284-capitulo11-revestimientosYMuros

8/3/2019 284-capitulo11-revestimientosYMuros

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CAPTULO

Revestimientos y Muros

INTRODUCCIN

Los revestimientos son estructuras de refuerzo de la superficie del suelo, construidas con el objetode aumentar la resistencia al esfuerzo tractivo del agua en movimiento. Los revestimientos seutilizan en taludes y especialmente en riberas de corrientes y ros.

Antes de disear un sistema de estabilizacin de las riberas de una corriente o cuerpo de agua esmuy importante tener conocimiento de cmo ocurren los mecanismos de erosin y de las fuerzasque actan sobre las estructuras de proteccin que se coloquen. El conocimiento inadecuado delos procesos de erosin activos y potenciales en un sitio especfico pueden conducir a la falla delsistema de proteccin. El diseo de las obras de proteccin contra la erosin no puede realizarsecon un sistema de libro de recetas, sino que debe ser el producto de un anlisis muy completo delcomportamiento de la corriente.

Un revestimiento es una forma de enchape o proteccin colocado sobre la superficie de un taludpara estabilizarlo y protegerlo contra la erosin producida por las corrientes de agua. El controlde la erosin en las riberas de los torrentes de agua, ros y canales puede realizarse mediante laconstruccin de revestimientos con materiales o elementos que tengan una alta resistencia a la

erosin. El objetivo de estas obras es el de aislar el suelo de la corriente para evitar eldesprendimiento, contener el suelo para minimizar el riesgo de deslizamiento por socavacin oerosin en el pie de los taludes y en algunos casos servir de estructura disipadora de la energa dela corriente.

El diseo de una estructura de proteccin lateral de una corriente de agua requiere de un anlisisdetallado no solamente del comportamiento de la estructura, sino tambin de los efectos delrevestimiento sobre la erosin de fondo o la erosin en las orillas contiguas u opuestas.Generalmente el revestimiento de la orilla induce erosin en el fondo del cauce junto al revestimiento(Figura 11.1), y se requiere que la estructura incluya obras de proteccin en pi para el control dela socavacin generada.

11


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CAPTULO 11. REVESTIMIENTOSY MUROS 402

12 m

375.0 mI = 78

14.32 m

I = 49.8375.0 m

372.98 m

15.50 m

I = 49.8373.63 m

372.24 m

16.23 m

I = 49.8373.63 m

372.24 m

12 m

377.4 m

14.32 m

377.4 m

372.63 m

377.4 m

371.51 m

377.4 m

370.87 m

0 Dias

60 Dias

120 Dias

180 Dias

1

2

3

4

a) Permitiendo la erosin lateral b) Cuando no se permite la erosin lateral

El trmino revestimiento se refiere a un sistema completo de proteccin consistente en:

a. Una armadura o manto superficial de proteccin

b. Un filtro o base protectora contra la erosin debajo de la armadura

c. Una proteccin contra la socavacin en el pie del talud revestido

d. Una proteccin o anclaje del revestimiento en la cabeza o cresta del revestimiento.

En la cabeza o parte alta del revestimiento se recomienda colocar un sistema de anclaje y de proteccin contrael sobrepaso de las corrientes o de las olas.

En el pie o parte baja del revestimiento se requiere construir un sistema de muro de anclaje o proteccin contrala posible socavacin.

En el presente captulo se muestran los tipos de estructura ms utilizados para revestimientos en orillas de rosy corrientes de agua, sus caractersticas y diseos tpicos, as como los procedimientos para diseo y construccin.

FIGURA 11.1 Degradacin de un cauce al colocar una proteccin lateral o de fondo (Thorne,).


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11.1 CRITERIOS GENERALES DE DISEO

A continuacin se presentan algunos criteriosgenerales para la ejecucin de los diseos de obraspara el control de la erosin en las riberas de lascorrientes.

Caudal de diseo

Los caudales de diseo para las obras de control dela erosin deben estar relacionados con el nivel deriesgo que podra conllevar la falla de la obra. Porejemplo para obras en carreteras, la AASHTOrecomienda periodos de recurrencia de 100 aos. Sinembargo, cuando hay asentamientos humanos en

riesgo junto a la obra deben utilizarse periodos deretorno entre 200 y 500 aos, de acuerdo al anlisisdel riesgo.

Tipo de flujo

El tipo de flujo es muy importante tal como se explicen el captulo 3 y debe determinarse para cada diseoespecfico, el tipo de flujo para las condiciones demayor criticidad. Por ejemplo, en corrientes con altaspendientes el flujo es comnmente supercrtico. Igualsituacin ocurre aguas abajo de las contracciones delos puentes. Las condiciones de flujo no uniformeUnsteady y supercrtico, crean esfuerzos en las orillasde la corriente que son significativamente superioresa aquellas inducidas por flujo uniforme steady ysubcrtico. Estos esfuerzos son difciles de cuantificarpero en los diseos deben tomarse factores deseguridad asociados con la incertidumbre de lascondiciones de flujo.

Seccin geomtrica de la corriente

La mayora de los procedimientos de diseo hidrulicorequieren como entrada la seccin geomtrica delcanal. Cuando se va a revestir totalmente el canal esmuy fcil determinar la seccin pero cuando se van aconstruir obras diferentes al revestimiento total no esclaro cual es la seccin del canal para lascircunstancias crticas y la suposicin de una seccinde canal es muy subjetiva. En estos casos esconveniente establecer varias secciones que podratener el canal, de acuerdo al comportamiento de lacorriente, despus de construidas las obras deproteccin o de manejo. Para determinar estassecciones se debe realizar un estudio de la historiade cambios geomtricos en la seccin del canal; nosolamente en este sitio sino en una longitud grande

aguas abajo y arriba del sitio, as como elcomportamiento de otras corrientes en sitios aledaos.

Flujo en las curvas

Como se indic en el captulo 3 el flujo en las curvases muy complicado por la distorsin de los patronesde flujo en las vecindades de la curva. Debe analizarseel efecto de la fuerza centrfuga, y las corrientessecundarias; y del incremento de velocidad y esfuerzotractivos que se generan como resultado de este flujono uniforme. Adicionalmente se debe tener en cuentala sobre-elevacin del flujo en la curva para lo cual

debe tenerse un factor de seguridad en los diseos.

Rugosidad

La determinacin de la rugosidad representada por elcoeficiente de Manning n es un trabajo que requierede un anlisis muy juicioso de la morfologa del ro,de los sedimentos y de las condiciones generales delflujo. Se recomienda utilizar un criterio para calcularel nmero de Manning teniendo en cuenta todos losfactores en la forma como se indic en el captulo 3.

Anlisis morfolgico e hidrulicoSe debe realizar un estudio previo de las condicionesde geologa y morfologa del ro, perfil longitudinal,localizacin y variaciones del thalweg, sinuosidad,trenzado, anaramificacin, meandros, dinmica fluvial,efectos de la intervencin antrpica, tamaos, formay mecanismos de transporte de sedimentos y anlisisde la socavacin. As mismo se deben analizar lascondiciones hidrulicas, velocidades del agua, fuerzastractivas, tipos de flujo, utilizando los modelosmatemticos y programas de software disponibles.

Determinacin de la longitud aproteger

La longitud que se requiere proteger de la orilla deuna corriente depende de las condiciones locales delsitio. En trminos generales la proteccin debe cubriruna distancia mayor que la longitud impactada enforma severa por las fuerzas de erosin. Sin embargo,no es fcil determinar a primera vista cual esverdaderamente la zona que se requiere proteger,teniendo en cuenta que los problemas tratan deampliarse tanto aguas arriba como aguas abajo.


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superiorGeotextil

Revestimiento

Cresta

Subbase

Filtro (geotextil)inferior Subsuelo

Proteccin de pie

Tablestaca

Punto de tangenciaPunto de tangencia

w

Flujo

1.0w1.5w

FIGURA 11.2 Longitud mnima de proteccin de la orilla de una curva en un ro (AASHTO).

La AASHTO recomienda para el caso de proteccinde corrientes junto a carreteras construir obras en unalongitud que incluye la zona erosionada y una vez elancho del canal aguas arriba y 1.5 veces el ancho delcanal hacia aguas abajo (Figura 11.2).

La anterior consideracin tiene en cuenta quegeneralmente el problema trata de extenderse ms

hacia aguas abajo que hacia aguas arriba. El anteriorcriterio es solamente una gua general. La extensindefinitiva debe responder a un anlisis completo de ladinmica de la corriente.

Altura y profundidad de la zona aproteger

La altura a proteger depende de un anlisis hidrulicode los niveles mximos de agua, de acuerdo al periodode diseo, adicionando la altura de corrimiento de lasolas hacia arriba de las riberas y un factor de seguridadadicional.

Generalmente se recomienda una altura adicional deproteccin entre 0.9 y 1.2 metros por encima del nivelmximo para la lluvia de 100 aos (AASHTO, 1999).La profundidad de proteccin debe considerar lascaractersticas de socavacin, degradacin ysedimentacin del canal. Las protecciones debenprolongarse hasta el fondo del canal y enterrarse unaprofundidad superior a la profundidad mxima desocavacin calculada (ver captulo 4) o disearprotecciones que se acomoden a la socavacin en elmomento de su ocurrencia.

Debe tenerse en cuenta que la causa principal de fallade las obras de proteccin es la socavacin.

Tipo de Revestimiento

Existe una gran cantidad de materiales, de constitucinmuy diferente que pueden ser utilizados para laconstruccin de revestimientos entre los cuales se

encuentran el enrocado, los colchones en gaviones,los bloques o pantallas de concreto, el bolsacreto, lasobras en asfalto, los geo-compuestos, los suelosestabilizados y la vegetacin etc. El tipo derevestimiento a utilizar depende de la disponibilidadde materiales para su construccin, de las necesidadesdel diseo especialmente de la fuerza tractiva de lacorriente y de la pendiente del talud, y de ladisponibilidad de recursos.

FIGURA 11.3 Detalles a disear en un revestimiento.


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Detalles a disear

El diseo debe incluir adems el diseo del talud, losmateriales para la construccin del revestimiento, eltamao y caractersticas de los elementos individuales,

la sub-base granular si se requiere, el filtro paraproteccin contra la erosin de la cimentacin, lasprotecciones del pi y de la cresta y los sistemas deanclaje (Figura 11.3).

11.2 COMPORTAMIENTO DE LOS REVESTIMIENTOS

El comportamiento de un revestimiento depende delas caractersticas propias del revestimiento y del suelode cimentacin. Estas estructuras de revestimientopueden ser permeables o impermeables, rgidas oflexibles.

Un revestimiento flexible permite cierto grado demovimiento o deformacin debido al asentamiento delsuelo del talud, mantenindose el contactopermanente y continuo de la cimentacin. Unrevestimiento rgido no permite movimientos aexcepcin del asentamiento uniforme de toda laestructura.

Un revestimiento permeable permite el libre paso delagua, mientras uno impermeable no permite el flujode agua a su travs. El grado de permeabilidad es unindicativo de facilidad con que un flujo de agua puedeatravesar el revestimiento.

La capa de filtro se coloca debajo de la armadura paragarantizar el subdrenaje del sistema de revestimiento,evitando la formacin de presiones de poro en excesoy previniendo la migracin de finos del suelo. Estacapa puede ser construida con materiales de filtronaturales como grava o arena o por filtros sintticos ogeotextiles.

11.2.1 ESFUERZOS SOBRE ELREVESTIMIENTO

Como se indic en el captulo 3 el movimiento del aguagenera esfuerzos sobre la superficie de la orilla,tratando de producir erosin. Si las orillas no tienenuna proteccin adecuada, estas pueden erosionarsey producir otro tipo de amenazas. Las orillas puedenerosionarse por dos procesos diferentes:

1. Abrasin

Los esfuerzos hidrulicos pueden generardesprendimiento del material de la superficie de laorilla.

2. Deslizamiento

La erosin o las fuerzas hidrulicas pueden producirinestabilidad de los taludes, producindosemovimientos de masas importantes de suelo o rocade la orilla.

Anlisis para el diseoPara el diseo del revestimiento del talud de la riberade una corriente se pueden utilizar dosprocedimientos:

1. Diseo basado en la velocidad

Este sistema es el ms sencillo debido a quegeneralmente, existe conocimiento sobre la velocidadprobable de diseo de la corriente. Puede disearsecon base en la velocidad promedio del canal o trabajarcon la velocidad en la superficie del cauce. Debido ala falta de informacin, generalmente se disea parala velocidad media de la corriente

2. Diseo basado en la fuerza tractiva de lacorriente

Cuando se tiene informacin completa sobre lasfuerzas hidrulicas que actan sobre el suelo se puededisear utilizando los criterios fsicos de la fuerzatractiva. Existe una gran cantidad de modelosmatemticos para el diseo de revestimientosutilizando el criterio de fuerza tractiva (Pilarczyk, 1989).

Fuerza de las olas

El ataque de las corrientes de agua y de las olas sobrelos revestimientos genera unas condiciones de flujomuy complejas sobre y a travs del revestimiento y elfiltro. El revestimiento puede ser sujeto a fuerzas delevantamiento por el movimiento del agua hacia arribadel talud. Las fuerzas de levantamiento dinmicopueden ocurrir como un resultado de las ondasgeneradas por el viento o por las embarcaciones, lascuales causan unos ascensos rpidos de la presinde poros y del nivel de agua junto al revestimiento.La presin de agua genera un flujo interno hacia arribaen el filtro y el revestimiento.


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Al subir la onda ejerce una fuerza hacia arriba sobrela superficie del revestimiento y un aumento de lapresin interna del agua dentro del filtro y el suelo. Amedida que la onda sube sobre l hay una infiltracinde agua a travs del revestimiento. La cantidad de

agua que fluye hacia adentro depende de lapermeabilidad del revestimiento y del filtro.

Al bajar la onda ejerce una fuerza hacia abajo sobre elrevestimiento, disminuye la presin de poros y ocurreun flujo interno de agua hacia abajo en el filtro y elrevestimiento. A medida que la onda empieza a bajarel agua trata de salir nuevamente a travs delrevestimiento.

En ese momento llega otra onda y se genera un nuevoflujo y presin hacia arriba, la cual se encuentra conla fuerza que baja. La unin de esas dos fuerzasproduce una fuerza resultante de levantamiento delrevestimiento.

Cuando las fuerzas de levantamiento no soncompletamente contrarrestadas por el peso delrevestimiento se produce un deslizamiento delrevestimiento, debido a la reduccin de la componentenormal del peso y a la disminucin de la friccin entreel revestimiento y la capa de cimentacin.

Las fuerzas mayores de impacto de las olas ocurrencuando las olas rompen directamente sobre la

estructura causando presiones muy altas de impactode corta duracin. El impacto de las ondas puedecausar rotura del revestimiento si este es rgido. En elcaso de revestimientos flexibles la continuidad deimpactos en forma cclica puede causar fatiga ydeformacin del revestimiento.

La fuerza de levantamiento depende de la altura de laonda, la pendiente del talud y el espesor delrevestimiento. Estas fuerzas de levantamiento sonmayores en el momento de ocurrencia de las ondasde mayor tamao.

Existe una gran cantidad de frmulas para calcularesta fuerza (Boer y otros, 1983 Bezuijen y otros, 1987,Przedwojski, 1985 y Pilarczyk y otros 2001). Ennuestro criterio las ecuaciones desarrolladas porPilarczyk son las ms completas y confiables.

Adicionalmente al anlisis de estabilidad delrevestimiento debido a la fuerza del flujo de agua y delas olas se deben realizar anlisis de deslizamientosobre la superficie del talud y de estabilidad generaldel talud, teniendo en cuenta las presiones de poro,causadas por el flujo y el oleaje.

Revestimiento

Subbase

Filtro

Filtro

< ds

Viga de Concreto Armado

Tablestaca

de socavacinProfundidad

Enrocado

Enrocado

Revestimiento

Subbase

Filtro

l

FIGURA 11.4 Detalles de proteccin del pi de unrevestimiento de bloques de concreto.


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Tapete de pie

Tapete de pie

Tapete de pie

Aguasmximas

Aguasmximas

Aguasmximas

Grava

Geotextil

Alternativas para eltratamiento del pie

Mtodo Espaol

Mtodo Alemn

FIGURA 11.5 Esquemas de los sistemas de proteccin del pi de un enrocado

Mecanismos de falla en losrevestimientos

a. Exceso de presin de poros

El exceso de presin de poros es uno de los msimportantes mecanismos de falla de losrevestimientos.

Si la proteccin diseada es de baja permeabilidadcomparada con el subsuelo, las olas o la turbulenciageneran un exceso de presin de poros debajo delrevestimiento, el cual puede producir la licuacin o elflujo del suelo inmediatamente debajo delrevestimiento, generndose su deslizamiento. Losrevestimientos permeables permiten la disipacin deesa presin en la medida de que el agua pueda salirde la capa de revestimiento.

b. Migracin de finos debajo del revestimiento

Otro problema generado por el agua en la orilla es lamigracin interna de granos por accin de losgradientes hidrulicos. Este proceso de erosininterna es ms grave en suelos con coeficiente deuniformidad Cu = D60/D10 > 10. Si la porosidad de laproteccin es alta se pueden perder materiales finosdel suelo de cimentacin, lo cual puede causar laeventual falla del revestimiento, igualmente puedeproducirse migracin de finos de la capa de filtro haciael revestimiento. En esos casos debe colocarse unfiltro de geotextil entre el revestimiento y el materialsubyacente.

c. Deslizamiento del revestimiento

El deslizamiento del revestimiento ocurre cuando lacomponente del peso de ste paralelo al talud es

mayor que la fuerza de friccin entre el revestimientoy el talud o cuando no existe apoyo adecuado en elpie del revestimiento.


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La posibilidad de ocurrencia de deslizamiento puedeaumentarse por la ocurrencia de presiones delevantamiento sobre la parte inferior del revestimiento,las cuales reducen la friccin entre la coraza y el filtro.Pilarczyk (1995) demostr que justo antes de que la

onda golpea la estructura hay un incremento encabeza piezomtrica, en la zona cercana a la lnea deagua. Se puede asumir que este incremento actasobre una altura de revestimiento equivalente a laaltura de la onda. Esta cabeza piezomtrica puededisminuir la resistencia a la friccin y producir al menostericamente la falla del revestimiento en este sector.Si los bloques del revestimiento en la zona cercana ala lnea de agua no estn bien sujetos puedendeslizarse independientemente del rea restante derevestimiento (Figura 11.7).

d. Asentamiento diferencial

Los revestimientos rgidos no deben utilizarse dondeexista la posibilidad de ocurrencia de asentamientosdiferenciales en el suelo de cimentacin. Cualquierasentamiento debajo del revestimiento rgido puederesultar en vacos que producen puntos de debilidad,los cuales pueden conducir a la falla.

En los sitios en los cuales exista posibilidad de algngrado de asentamiento diferencial debe utilizarse unrevestimiento flexible; sin embargo, un revestimiento

flexible no es una solucin para suelos malcompactados o materiales inestables, el suelo decimentacin debe ser esencialmente estable encondiciones estticas sin revestimiento.

e. Socavacin del pieLa construccin de una estructura de revestimientopuede causar un incremento en la velocidad de lacorriente del cauce junto al revestimiento, el cual a suvez causa un aumento de la erosin y la socavacin.Este fenmeno puede manifestarse con la formacinde fosas de socavacin en el pie de la estructura yesta socavacin puede producir la falla de la estructura.Para prevenir este fenmeno es importante construiruna proteccin adecuada para prevenir la socavacinen el pie del revestimiento. Existe una gran cantidadde procedimientos de proteccin del pi delrevestimiento, desde sistemas muy sencillos, hasta

obras profundas como tablestacados (Figuras 11.4 y11.5). El tipo de proteccin del pi de la estructuradepende de los niveles de socavacin esperados.

f. Estabilidad del talud

La falla por estabilidad del talud puede ocurrir por laocurrencia de presiones de poros relacionadas con lapresencia de la corriente, por abatimientos rpidos opor problemas geotcnicos internos del talud de la orilla.

11.3 PROCEDIMIENTOS PARA EL DISEO DE REVESTIMIENTOS

El diseo del revestimiento de la orilla de un ro o canalcomprende generalmente las siguientes etapas:

1. Diseo conceptual o heurstico de acuerdo a lasituacin observada en el sitio y la experiencia enese ro.

2. Esquema del diseo conceptual

3. Ingeniera de detalle.

En las etapas del diseo se deben definir algunoselementos bsicos del revestimiento entre los cualesse encuentran:

Pendiente y forma del talud

Elevacin de la cresta

Espesor de las diversas capas que componen elrevestimiento

Materiales que componen estas capas

Sistemas de proteccin en el pie y otras obras deestabilizacin.

Parmetros a tener en cuenta en eldiseo

Para el diseo deben considerarse un gran nmerode parmetros para seleccionar el mejor sistema derevestimiento:

a. Parmetros hidrulicos

Los parmetros hidrulicos son esenciales paradeterminar el tamao de los revestimientos. Entreestos parmetros se mencionan los siguientes:Velocidad promedio, velocidad en el fondo, ondas,nivel de turbulencia en el flujo, distribucin develocidades en la seccin transversal, niveles de aguaaltos, medios y bajos. Es importante tomar la decisinsobre el periodo de retorno para el cual se plantea eldiseo.

b. Parmetros geolgicos y geotcnicos

Litologa, afloramientos de roca, propiedades de lossuelos, caractersticas de la erosionabilidad y lainestabilidad histrica de la corriente.


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6.0

4.5

3.0

1.5

1 2 5 10 20 50

Revestimientos duros

TRMVegetalizado

Revestimientos blandos

TRMoECRMsinvegetacin

100%Cobertura

Vegetacin natural

Suelo desnudoMulching

Telas

Telas

Telas

VELOC I

DAD

DEDISEO

(m/seg)

DURACIN DEL FLUJO (hrs)

c. Parmetros Ambientales

Debe analizarse la influencia de la proteccin sobrelos habitat de flora y fauna, los factores estticos, lasposibilidades de pesca, deportes y las necesidadesde los residentes, agricultores, etc.

d. Factores de navegacin

Trfico de botes, ondas generadas, requerimientosmnimos de ancho y profundidad.

e. Parmetros de construccin

Disponibilidad de materiales y espacio, acceso demaquinaria y trabajadores, posibilidad de construccinpor debajo del agua.

f. Parmetros de mantenimiento

Necesidad de labores intensivas de mantenimiento ycostos, necesidad de corte de la vegetacin.

g. Factor costo

Es un factor muy importante que puede determinar eltipo de revestimiento a utilizar. Se recomienda realizarun anlisis costo beneficio para determinar lasolucin ms efectiva. En este factor debe incluirselos costos ambientales.

h. Factores legales

En cada pas, Estado o ciudad pueden existir leyesque regulan el manejo de los ros.

Procedimiento general de diseo derevestimientos

Williams (2001) recomienda seguir los siguientespasos para el diseo del revestimiento de un canal:

PASO 1: Seleccione el tipo de revestimiento ydetermine el esfuerzo permisible de corte,o la velocidad mxima.

PASO 2: Determine la forma del canal, pendiente ycaudal mximo de diseo.

PASO 3: Determine el coeficiente n de Manning.

PASO 4: Calcule la profundidad del flujo para lacreciente mxima.

PASO 5: Calcule el esfuerzo real de cortante, debidoal flujo ( d ). Si este es mayor que elpermisible se debe buscar otrascaractersticas para el revestimiento.(Tabla11.1 y figura 11.6).

PASO 6: Determine el esfuerzo real mximo en lascurvas.

FIGURA 11.6 Velocidades lmites sugeridas para el diseo de revestimientos (Synthetic Industries Inc.)


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PASO 7: Determine el ngulo de reposo para elmaterial.

PASO 8: Analice la estabilidad del talud.

PASO 9: Disee los detalles del revestimiento.

Tipo derevestimiento

Caractersticas

Esfuerzocortante

permisibleKg/m2

Yute o fique 2.20

Malla sinttica 2.90

Temporal

Colchn sinttico 9.70

Clase A 18.06

Clase B 10.25Clase C 4.88

Clase D 2.93

Vegetacin

Clase E 1.71

1 1.61Proteccincon grava 2 3.22

6 9.76Enrocado(Riprap) 12 19.52

TABLA 11.1 Esfuerzos de cortante permisibles paradiferentes materiales de proteccin (adaptado de HEC-15):

11.3.1 CLCULO DEL ESPESORREQUERIDO DE

REVESTIMIENTOUno de los parmetros bsicos a disear es el espesordel manto protector. Para el clculo del espesor derevestimiento se presenta uno de los sistemasuniversalmente utilizado: las ecuaciones de Pilarczyk:

Ecuaciones de Pilarczyk

1. Para fuerzas producidas por las olas

Pilarczyk(2001) desarroll las siguientes ecuacionespara representar el equilibrio entre las fuerzas de

levantamiento causadas por el oleaje y las fuerzas degravedad:

3/2op

s F

D

H

=

Con un valor mximo de:

0.8=

cr

s

D

H

Donde:

Hs = Altura crt ica de la onda que causa el

levantamiento del revestimiento en metros.

D = Espesor del revestimiento en metros (puedeasimilarse al valor de D50 para diseo deenrocados).

En la frmula de Pilarczyk conociendo la altura mximade onda (Figura 11.7), se puede calcular el espesorcrtico del revestimiento.

w

ws

-=

opsop

LH /

tan =

2

2pT

gopL

=

= Angulo de pendiente del talud

s = Densidad del material del revestimiento (cuandohay elementos porosos, como los gaviones olos sacos de arena deben incluirse los vacosllenos de agua en el clculo de valor des ).

w = Densidad del agua

D = Espesor del revestimiento en metros. (puedeasimilarse al valor de D50 para diseo deenrocados)

Lop = Longitud de onda de la ola pico en metros

Tp = Perodo de la onda pico en segundos

F = Factor de estabilidad que depende del tipo derevestimiento (Tabla 11.2)

2. Para fuerzas producidas por el flujo de agua

Para calcular las fuerzas generadas por el flujotangencial de agua Pilarczyk (2001) desarroll lasiguiente expresin:

g

u

K

KKD cr

m

hT

2035.0

2

=

Donde:

= Parmetro de estabilidad (Tabla 11.3).

= Parmetro crtico de Shields (Tabla 11.4).

KT = Parmetro de turbulencia (Tabla 11.5).

Kh = Parmetro de profundidad


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Ola rompientePresin de aguasobre el talud

S/M

b dsf

de presin sobreel revestimiento

Falla de revestimientopor diferencia de presin

Filtro

Presion alta debajodel revestimiento

Nivel fretico

Presinba

ja

aldesc

ender

Recubrimiento

Mxima diferencia

FIGURA 11.7 Mecanismo de falla de un revestimiento por accin del oleaje (Pilarczyk, 2001).

Tipo de revestimiento Composicin del sistemaValor de F para oleaje

permanenteValor de F para oleaje

no permanenteBloques unidos sobre arena 5 6

Arcilla buena 5 6Bloques unidos sobre arcillaArcilla mala 4.5 5

Ms permeable el revestimientoque el filtro

5 6

Permeabilidad similar delrevestimiento y el filtro

4 5

Bloques unidos sobre filtrogranular

Ms permeable el filtro que elrevestimiento

3 4

Mantos poco permeables sobrefiltro granular fino

2.5 3

Mantos poco permeables sobrearena

3.5 4

Revestimientos de concreto

Mantos permeables 4 5

Gaviones 6 9

TABLA 11.2 Valores recomendados para el factor de estabilidad F (Pilarczyk, 2001)


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Km

= Parmetro de pendiente del talud

g = Aceleracin de la gravedad (9.81 m/seg2).

ucr

= Velocidad crtica promedio (m/seg.)

Parmetro de estabilidad

Tipo derevestimiento

Parte centraldelrevestimiento

Bordes ytransiciones

Riprap o bloquessueltos

1.0 1.5

Mantos de bloques,gaviones, geobolsasy geomantos

0.5 a 0.75 0.75 a 1.0

TABLA 11.3 Valores del parmetro de estabilidad

MaterialParmetro crtico de

Shields

Riprap y bolsaspequeas sueltas

0.035

Bloques entrelazados ybolsas grandes

0.05

Mantos de bloquesunidos por cables

0.07

Gaviones 0.07 a 0.10Geomantos 0.75 a 1.0

TABLA 11.4 Valores del parmetro crtico de Shields

TABLA 11.5 Valores del parmetro de turbulencia KT

Tipo deturbulencia

SitioParmetro deturbulenciaK

T

Normal Muros laterales 1.0

Mediana Curvas suaves 1.5Resaltoshidrulicos ycurvas fuertes

2.0Fuerte

Sitios de altaturbulencia

2.0 a 2.5

Carga directadel aguasobrerevestimiento

Jets espirales 3.0 a 4.0

Ecuaciones para calcular el parmetro de ProfundidadKh

1

12log

2

2

=

s

h

k

h

K

Para perfil de velocidades bien desarrollado

2

2.0-

=

sh

k

hK

Para perfil de velocidades no desarrollado

03.1=hK

Para flujo muy rugoso (h/ks

< 5)

Donde:

h = Profundidad del agua en metros.

ks

= Rugosidad equivalente en metros. Para riprapusualmente se toma igual a dos veces el

dimetro de las piedras y para bolsas igual alespesor de las bolsas. Para otros revestimientosk

ses aproximadamente 0.05 metros para

superficies lisas.

Ecuacin para calcular el parmetro de pendiente deltalud K

m

2

1

-=

sen

senKm

Donde:

= Pendiente del talud de la ribera

= Angulo de friccin del material del revestimiento(Tabla 11.6).

TABLA 11.6 Valores de ngulo de friccin del material para diversos revestimientos.

MaterialAngulo de

friccin (o)Riprap (Enrocado) 40

Sistemas llenos de arena 30 a 40Revestimientos de concreto o

bloques unidos por cables

90

Revestimientos unidos peroflexibles

70

Mantos de geotextil 15 a 20

11.3.2 CALCULO DEL TAMAODE LOS BLOQUES OELEMENTOS INDIVIDUALES

En los revestimientos de enrocado, los elementosindividuales no se encuentran cementados uno con


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1H : 1V o ms suave

Lloraderos cada 4 mts.

Filtro

GeotextilT

Socavacincalculada

Nivel mximo de agua

Dique 5.00 mts.

Geotextil

Suelo naturalCauce

1H : 1V

1.5 m

1H : 1V

1 3/4H : 1V

1

1

1.5m

min.

5.00m

FIGURA 11.8 Proteccin de la ribera de una corriente utilizando enrocado o Riprap.

otro (Figura 11.8) y la estabilidad de la obra dependedel tamao de los bloques de roca.

Existe una gran cantidad de mtodos para calcular el

tamao de los bloques de enrocado, entre ellos eldesarrollado por Pilarczyk el cual fue explicadoanteriormente.

Aunque no es posible por falta de espacio presentartodos los mtodos; a continuacin se indican los quede acuerdo a nuestro conocimiento son los msutilizados.

Mtodo del Federal Highway Administration

El Departamento de Administracin de carreteras delos EE.UU., como norma presenta la expresin:

5.11

5.050

3

50001.0

Kd

VD =

Mtodo del U.S. Geological Survey

44.250 01.0 VD =

Mtodo antiguo del Cuerpo de Ingenieros

El cuerpo de ingenieros de los EE. UU. utiliz en elpasado un criterio basado en los trabajos de Isbash(1932). Esta expresin todava se usa para el diseode enrocados en condiciones de alta turbulencia (Teal,1998):


14/62


21

2

502)( K

VD

s

=

Donde:

= Densidad del agua

= Peso especfico del agua

s = Peso especfico de la piedra

V = Velocidad crtica, igual a velocidad promedioen el canal principal

K1 = Coeficiente de turbulencia, K1 = 1.2 para bajaturbulencia y K1 = 0.86 para alta turbulencia.

Mtodo nuevo del Cuerpo de Ingenieros

El US Army Corps of Engineers modific el criterioanterior y recomienda la siguiente ecuacin para eldiseo de enrocados en condiciones de pendiente demenos del 2% y baja turbulencia (Maynord, 1993)

( )

5.2

1

5.0

30

=

gyK

VyCCCSD w

s

wtvsf

Donde:

D30

= Dimetro para el 30% de pasantes en peso

Sf = Factor de seguridad. Se recomienda un valor

mnimo de 1.5

Cs= Coeficiente de estabilidad, 0.3 para roca

angulosa y 0.375 para roca redondeada

Cv= Coeficiente de distribucin de velocidades, el

cual refleja el nivel de turbulencia

Cv= 1.0 para canales rectos y 1.25 para sitios de

alta turbulencia

Cv= 1.283 0.2 log10 (R/W) en curvas, Cv = 1 para

R/W 26

Ct = Coeficiente de espesor de revestimiento,

generalmente igual a 1.0

y = Profundidad del agua medida hasta el pie deltalud

V = Velocidad promedio

K1= Factor de correccin por talud

)(cot045.0)(cot449.0)(cot492.1672.01 32 ++=K

= ngulo del talud

Existen programas de software para calcular el tamaorequerido de los bloques de enrocado, de acuerdo ala frmula anterior.

El espesor del revestimiento debe ser el suficiente paraacomodar los cantos ms grandes en mnimo doscapas. Debajo del enrocado debe colocarse un filtrode geotextil o de grava. No deben emplearse rocaslaminadas, fracturadas o meteorizadas. Igualmentedebe evitarse las rocas solubles en agua como lascalizas.

Mtodo de Escarameia y May

Escarameia y May (1992) proponen la siguienteexpresin:

( )12

2

50-

=sg

UCD bn

Donde:

Dn50

= Tamao promedio del enrocado

Dn50

= (W50 /s)1/3

Dn50 = Peso promedio de las partculass = Densidad de la roca

C = Coeficiente que depende de la intensidad dela turbulencia (Tabla 11.7).

Intensidad de turbulencia = (rms u) / u . (Tabla 11.8)

rms u = Raz de mnimos cuadrados de lascomponentes lineales de la velocidad

u = Velocidad promedio de la corriente

g = Aceleracin de la gravedad

s = Densidad relativa del material

Uv= Velocidad cerca de la superficie del terreno

La ecuacin de Escarameia y May incluye un factorde seguridad relativamente conservador.

El dimetro del enrocado para la proteccin contraoleaje puede ser calculado mediante la siguienteexpresin (Escarameia, 1998):


15/62


2000

1000

600

400

200

100

60

40

20

10

6

4

2

1

4000

2000

1200

800

400

200

120

80

40

20

12

8

4

2

Flujotu

rbulento

Flujola

min

ar

7 8 9 10 12 15 20 25

900

750

660

525

400

350

300

240

200

160

140

120

VELOCIDAD pie / seg

VELOCIDAD m / seg2 3 4 5 6 7

PESO

kg

DIMETRO

(mm)

FIGURA 11.9 Estabilidad de enrocados en cuerpos de agua.

Tipo de revestimiento Valor de C Observaciones

Enrocado 12.3 IT a 0.20 Vlido para intensidad de turbulencia IT mayoresde 0.05 y para taludes 2H : 1V o menores

Bloques de concreto 9.22 IT a 0.15 Vlidos para intensidad de turbulencia IT mayoresde 0.05 y para taludes 2.5 H: 1V o menores.

Colchones de gaviones 12.3 IT a 1.65 Vlidos para intensidad de turbulencia IT mayoresde 0.12 y para taludes 2 H: 1V o menores.

TABLA 11.7 Valores de C para el mtodo de Escarameia y May.

Condicin Turbulencia Intensidad de turbulencia IT

Ros rectos y curvas anchas (R/W>26)

Baja 0.12

Bordes de revestimientos en rosrectos

Media 0.20

Pilas de puentes, espigones ytransiciones

Media a alta 0.35 a 0.50

Abajo de estructuras hidrulicascomo vertederos y box coulvert

Muy alta 0.60

TABLA 11.8 Intensidad de turbulencia (Escarameia, 1998).


16/62


5.050

134.0 r

in I

s

HD

-=

5.023.1/2 zi

r

gTH

I

tan=

Donde:

Dn50

= Tamao promedio del enrocado

Hi = Altura mxima de la ola

s = Densidad relativa del material, definido comors /r, donde rs es la densidad de la piedra y r ladensidad del agua.

Ir = Nmero de Iribarren

= Inclinacin del talud de la ribera

g = Aceleracin de la gravedad

Tz = Periodo de la onda incidente

Fsicamente el nmero de Iribarren representa larelacin entre el talud de la ribera y la pendiente delas ondas incidentes.

Tamao de los elementos y espesorespara resistir fuerzas de oleaje

Cuando existen fuerzas de oleaje se requiere disearestructuras de revestimiento mucho ms resistentesque para el caso de aguas sin oleaje. El mtodo dePilarczyk permite realizar un clculo analtico de losespesores requeridos. Empricamente se presentanlos siguientes estimativos: Para bloques simples deconcreto el espesor debe ser superior a 1/6 de la alturade la ola. De esta forma se est teniendo en cuentaque los bloques deben resistir las fuerzas delevantamiento generadas por el rompimiento de laonda. Para placas de concreto la experiencia enInglaterra a demostrado (McConnell, 1998) que elespesor del revestimiento debe ser superior a 1/10 dela altura de la ola.

11.3.3 PROTECCIN DE LOSREVESTIMIENTOS

Filtros de material granular

Los filtros debajo de los revestimientos puedenconsistir en materiales granulares como roca triturada,grava o arena, o materiales mixtos como arena asfalto. Las ventajas de los filtros de material granular

son su durabilidad, su peso que contribuye al pesodel revestimiento, su buen contacto con las capasinferiores y superiores, la facilidad de reparacin y lacapacidad de amortiguacin del impacto de las olaso de las embarcaciones.

Los filtros de materiales granulares son muy difcilesde colocar por debajo del agua, debido a susegregacin y cambio de composicin y espesor deacuerdo al proceso de colocacin.

Los filtros granulares debajo de los revestimientosdeben tener espesores relativamente grandes convalores mnimos entre 150 y 200 mm de espesor odos veces el dimetro ms grande de las partculasdel filtro.

Es muy importante analizar las propiedades

geotcnicas del material de filtro a utilizar en el diseode revestimientos. Como norma bsica el ngulo defriccin del material de filtro siempre debe ser superiora la pendiente de la ribera sobre el cual se va a colocar.

Filtros de geotextil

Los filtros sintticos o geotextiles se usan parareemplazar las capas de material granular de filtroconvencionales. Los geotextiles usados enrevestimientos caben en dos categoras: tejidos y notejidos.

Los geotextiles tejidos son comnmentemanufacturados de filamentos sintticos continuostejidos octogonalmente. Estos materiales tienden aser relativamente rgidos con muy poca deformacina mxima carga. Sus deformaciones unitarias varanentre 15% y 20%. Los geotextiles tejidos soncomnmente delgados y al deformarse aumentanconsiderablemente sus poros por separacin entre lasfibras, afectando su eficiencia como filtros. Por la raznanterior no es comn su utilizacin como filtro.

Los geotextiles no tejidos se construyen con fibras

sintticas colocadas en forma aleatoria y unidas porcalor con resina o por punzonado.

Los geotextiles punzonados no tejidos permitendeformaciones hasta ms del 100% pero cambiansustancialmente el tamao de poros y permeabilidadal deformarse. Los geotextiles no tejidos de granespesor como por ejemplo, con peso superior a 800gr/m2., son capaces de resistir esfuerzos mecnicosgrandes y con sus espesores de hasta de 10 mm,pueden comportarse muy bien como filtros pararevestimientos y al mismo tiempo representar unaexcelente garanta de estabilidad.


17/62


Criterios para los filtros de geotextil

Es muy importante que haya una muy buena uninentre la armadura del revestimiento y el geotextil.

Encima del geotextil y entre este y el revestimientopropiamente dicho se puede colocar una capa decolchn de espesor entre 100 y 500 mm para crearuna unin en el sistema y servir de amortiguador delas olas y otros esfuerzos. Esta capa de material debetener un peso unitario alto y un ngulo de friccinimportante, prefirindose los materiales angulosos.

Debajo del filtro se puede colocar una capa detransicin para rellenar las irregularidades y vacos yal mismo tiempo mejorar la unin entre el geotextil yel suelo natural, previniendo adems la rotura delgeotextil por elementos cortantes dentro del suelo.

La infiltracin puede limitarse impermeabilizando lasuperficie debajo del revestimiento con arcilla yconcreto o asfalto y se deben colocar lloraderos paradisipar las presiones de poro debajo del revestimiento,generalmente en cuadrcula de cuatro metros conlloraderos de dos pulgadas de dimetro (en PVC) ycincuenta centmetros de longitud. En todos los casosse recomienda un filtro o geotextil para prevenir laerosin debajo del revestimiento.

Proteccin del pie del revestimiento

La proteccin en el pie del revestimiento cumple dosfunciones:

1. Provee soporte a la coraza del revestimiento y alfiltro para prevenir falla por deslizamiento.

2. Protege contra la socavacin y la erosin en el pie

de la estructura.

La proteccin del pie de un revestimiento puedeobtenerse colocando tablestacas, estacas de madera,vigas de concreto o zanjas, en las cuales se entierrala punta del revestimiento.

La proteccin del pie de revestimientos debeprofundizarse muy por debajo del nivel esperado desocavacin.

Proteccin de la cresta

En ocasiones se requiere construir una proteccin enla cresta o parte alta del revestimiento para evitarerosin por el paso de agua por encima de este nivel,o dao del revestimiento por erosin en surcos ycrcavas por encima de la estructura.

As mismo puede requerirse un anclaje de la partesuperior del revestimiento para evitar su deslizamiento.

La proteccin de la cresta del revestimiento puede seruna viga de concreto o enterrar el revestimiento dentro

de una zanja superior.

11.4. REVESTIMIENTOS CON ENROCADO

El enrocado o Riprap consiste en bloques o cantosde roca de diferentes tamaos con formas irregularescolocados sobre el talud a lo largo de la orilla de unacorriente (Figura 11.10). La estabilidad del conjuntose proporciona por el peso de los bloques individualesy el entrelace entre ellos. El enrocado se utiliza cuandohay disponibilidad de roca en un sitio cercano. Seprefieren las piedras con forma de bloque que laselongadas o redondeadas.

La pendiente mxima normalmente aceptada de unaribera para la colocacin de enrocados es 2H : 1V. Enel caso de utilizar grandes bloques semirectangularesse permiten pendientes hasta 1.5H : 1V (AASHTO1999). Para pendientes mayores se requieren murosde contencin.

Se debe utilizar piedras no redondeadaspreferiblemente de forma tabloide con espesoressuperiores a 100 mm, las piedras pueden colocarsesueltas o pegadas con mortero o concreto. En el casode utilizar uniones de concreto se requiere construir

juntas de dilatacin cada 10 a 20 metros. Debajo dela piedra es necesario colocar un manto de geotextil ofiltro para evitar la erosin.

Debido a su habilidad para resistir fuertes corrientesel rip rap es un mtodo efectivo y generalmente debajo costo y es tal vez el material ms utilizado para laproteccin de riberas de ros. El uso de revestimientosde roca cubre un gran rango de aplicaciones desde laproteccin directa contra el impacto de flujo hasta laconstruccin de capas de filtro debajo de otros


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Espesor mnimo 150mm

Conformacin

Geotextil o filtro granular

2H1V

Llave en el pie

Tamao de rocas segn diseo

T

T

T

o mayor2H

1V

Nivel de agua de diseo

Geotextil

H

Dimetro mnimo de la roca 150mm

materiales. El enrocado puede ser colocado en formaaleatoria (riprap) o colocando bloque por bloque.

El enrocado se adapta fcilmente a los movimientosdel terreno, se repara en forma sencilla, puede

aumentarse su espesor si se requiere, controla las olasy permite el establecimiento de vegetacin.

Tamao y gradacin del enrocado

El tamao de los bloques de roca, la forma ladistribucin de tamaos y el espesor de la capa deenrocado son los elementos bsicos en el diseo. Eltamao de los bloques se puede dar en peso (Kg) oen dimetro (mm).

FIGURA 11.10 Revestimientos en enrocado (McCullah, 2000)

Los bloques grandes pueden ser hasta de variastoneladas, los cuales deben manejarse como bloquesindividuales y los pequeos o finos son los menoresde 200 o 250 mm.

La gradacin puede caracterizarse por medio de unacurva granulomtrica similar a la utilizada paraclasificacin en mecnica de suelos. En las abscisasse coloca la escala de tamaos o pesos en distribucinlogartmica, y en las ordenadas el % de pasantes paracada tamao. De esta distribucin granulomtrica seobtienen algunos parmetros para caracterizar elenrocado. Entre los parmetros ms utilizados seencuentran los siguientes: W85, W50, W15, D85, D50, D30,D15.


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Las curvas de gradacin pueden clasificarse deacuerdo a la pendiente de la curva. En la tabla 11.9se muestra la clasificacin sugerida por la CUR (1995).

La AASHTO (1999) especifica seis gradacionesdiferentes de enrocado con unos lmites de gradacin,tomando como base los valores D100, D50,, D10, y D5 .(Tabla 11.10).

Espesor de la capa de enrocado

Para determinar el espesor de la capa de enrocadose utilizan los siguientes criterios (AASHTO 1999):

El espesor de la capa no debe ser menor que ladimensin correspondiente al D100 y a dos vecesD50, la mayor de las dos dimensiones.

El espesor anterior debe aumentarse en 50% si elenrocado se coloca bajo agua, con el objeto detener en cuenta las incertidumbres del proceso decolocacin.

Si hay oleaje, alto contenido de slidos oturbulencia se recomienda aumentar el tamao delenrocado e incrementar el espesor entre 150 y300 mm.

Gradacin D85 /D15 W85 /W15 Observaciones

Angosta 1.2 a 1.5 1.7 a 3.4 Llamada gradacin sencillaAmplia 1.5 a 2.5 3.4 a 16 Utilizada para riprap

Muy amplia 2.5 a mayor de 5.0 16 a > 125

Clase de enrocado Tamao de roca (m) Peso de roca (Kg) El % que pasa debe ser menor deEnchape 0.395

0.2940.122

85352.5

1005010

Ligero 0.5460.3950.122

225852.5

1005010

0.23 ton 06880.5460.294

45022535

1005010

0.45 ton 0.86606880.546

900450225

1005010

0.95 ton 1.0920.8660688

1800900450

100505

1.85 ton 1.3751.0920.866

36001800900

100505

TABLA 11.9 Clasificacin de la granulometra de enrocados (CUR, 1995).

TABLA 11.10 Clases y gradaciones de enrocado de acuerdo a las especificaciones de la AASHTO(1999).

Diseo del filtro bajo el enrocado

Debajo de la capa de enrocado se debe colocar unacapa de grava, piedra o un geotextil que impida la

migracin de finos del suelo hacia la superficie poraccin de las fuerzas del agua. Adicionalmente estefiltro no debe ser capaz de ser extrado a travs de losvacos del enrocado.

En el captulo seis se indicaron los requisitos que debecumplir la granulometra de un filtro granular para quesea estable.

El espesor de la capa de filtro vara entre 150 y 450mm para un filtro de una sola capa y entre 100 y 200mm para capas individuales de un filtro de variascapas. Cuando las curvas de gradacin del suelo, el

enrocado y el filtro son paralelas se pueden utilizarlos espesores menores y cuando no son paralelas sedeben incrementar estos espesores.

En el caso de filtros de geotextil se requiere definir lasespecificaciones del material con relacin a resistencia,deformacin y tamao de los poros.


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La AASHTO exige para condiciones normales de flujoque los filtros de geotextil cumplan con laespecificacin M288. Para condiciones de mayorseveridad se recomienda realizar un estudio msdetallado sobre las caractersticas que debe cumplir

el geotextil debajo del enrocado, en las condicionesparticulares del sitio.

Procedimiento de instalacin del filtrode geotextil

Para garantizar un buen comportamiento del materialde filtro se recomienda tomar las siguientesprecauciones en su instalacin:

Conforme el rea y remueva los obstculos paragarantizar una superficie uniforme.

Coloque el geotexti l en forma suelta,desenrollndolo en la direccin principal del flujo.

Cosa o translape el geotextil.

El geotextil no debe colocarse en taludes dependiente superior a 2.5 H : 1V a menos que sediseen y construyan sistemas especiales deanclaje y se disee un geotextil suficientementeresistente para soportar los esfuerzos que segeneran en la direccin de la pendiente.

El geotextil debe enterrarse en todos sus extremosarriba, abajo y lateralmente.

Coloque el enrocado en forma suave sobre elgeotextil evitando su rotura.

Sistemas de colocacin de enrocados

Existen varias formas de colocacin de enrocados as:

Revestimiento con Riprap

El riprap es el trmino utilizado para describir elenrocado de gradacin amplia (D85 / D15 = 1.5 a 2.5)colocado al volteo sobre los taludes de la ribera. Eltamao utilizado de bloques es generalmente superiora 200 mm, sin embargo, en ocasiones se utiliza riprapcon un (D85 / D15 entre 1.25 y 2.5). Generalmente nose utilizan bloques de ms de 1.000 kilos, conexcepcin de las protecciones marinas. La porosidadde un riprap vara entre 30 y 40% dependiendo de lagradacin, de la angulosidad y de la densidad.

El Rip rap es una proteccin de bloques de rocasueltos sobre la superficie del talud, formando unacapa de espesor importante. Esta tcnica es utilizadageneralmente para la proteccin de superficiesexpuestas a corrientes de agua en las riberas de ros,lagos o mares.

Enrocado

Base granular

Geotextilde filtro

Relleno

de socavacinProfundidad

enrocadoEspesor

2ds

ds 2ta

Relleno

3ds

ds

2t a

12

12

Enrocado

BaseGranular

Filtro

FIGURA 11.11 Detalles del pi de un revestimiento deenrocado.


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En la solucin general con Rip-Rap generalmente serecubre hasta una altura entre 1 y 1.5 metros porencima de la cota mxima esperada de agua.

El Rip-Rap puede ser colocado al volteo o acomodado

manualmente.

Generalmente se coloca una capa de material de filtroo geotextil debajo de los bloques de roca. Losmateriales deben ser de roca no meteorizada capazde resistir la accin del agua.

Aunque no es universalmente aceptado se cree quese obtiene mejor estabilidad con un riprap biengradado en el cual las partculas pequeas de piedrallenan los espacios de las piedras de mayor tamao.En esta forma se obtiene una porosidad deaproximadamente 25% comparada con 40% de la

gradacin uniforme.

En una obra de riprap se pueden utilizar formas debloques desde redondeados hasta angulares yelongados, aunque generalmente no se recomiendala utilizacin de partculas elongadas por su menorresistencia al flujo y la dificultad para acomodarse enposicin. Algunas fallas se han atribuido al uso debloques redondeados, sin embargo, muchos autoresaseguran que las piedras redondeadas son tanestables como las angulosas.

El dimetro del riprap puede especificarse como el

lado de un volumen equivalente cbico Dn o eldimetro equivalente de una esfera Ds. Debe tenerse

en cuenta que Ds

= 1.24 Dn.

El ngulo de friccin interna de un enrocadogeneralmente vara entre 40 y 45 (Escarameia, 1998).El espesor del revestimiento no debe ser menor de 2x D

n50o 1.5 x mxima dimensin del enrocado.

Para el diseo del enrocado se pueden utilizar loscriterios explicados anteriormente de acuerdo a lasecuaciones de Escarameia y May, Pilarczyk y Maynord.El diseo de un revestimiento en riprap no debe

limitarse a la determinacin del tamao del bloque deroca y el espesor del revestimiento, adicionalmentedeben disearse filtros de materiales granulares ogeotextiles debajo del enrocado.

Tambin debe mencionarse que cuando el riprap escolocado, el material rueda por el talud en unadeterminada longitud que depende de lascaractersticas del talud como del enrocado y del flujode agua.

El enrocado puede colocarse en taludes conpendientes hasta de 1.5 H : 1V, sin necesidad de

anclajes especiales, pero para taludes mayores sepueden requerir anclajes o pilotes.

Zanjas rellenas de riprap

El sistema consiste en la excavacin de unas zanjas alo largo de la orilla de la corriente, las cuales se rellenancon piedra colocada generalmente al volteo. Laszanjas se utilizan cuando se espera una rata fuerte deerosin, altas velocidades o grandes profundidadesde flujo. Estas zanjas generalmente se rellenan conpiedra de gran tamao, teniendo en cuenta que suutilizacin es generalmente para zonas de altavelocidad. El espesor del enrocado y el tamao delas piedras generalmente se calcula utilizando losmismo criterios que para el revestimiento con riprap yla principal diferencia es el procedimiento constructivoy su comportamiento en forma similar a la de un muro,aunque con las ventajas de su facilidad de reacomodoa la socavacin.

Bloques masivos de roca

Aunque es menos comn que el riprap, los grandesbloques de roca tambin se les utiliza con frecuenciapara la proteccin de riberas de ros. Aunque no existeuna definicin clara sobre que se debe considerar unbloque grande de roca, en Inglaterra se utiliza esetrmino para bloques de ms de 1.000 kilogramos,que corresponden a dimetros superiores a 700 mm.Los bloques de roca se colocan uno por uno en hileraspara formar generalmente, gradas en la ribera.

Comnmente se coloca suelo entre los bloques parapermitir el establecimiento de vegetacin.

En el diseo de protecciones con bloques masivosde roca es importante una buena cimentacin en elpie del sistema preferiblemente por debajo del fondodel cauce y la colocacin de un filtro en geotextil entreel enrocado y el suelo de la ribera.

El diseo de los bloques de roca generalmente, serealiza basados en la experiencia y la buena prcticade la ingeniera. No existen frmulas especficas paraeste diseo. Los bloques pueden disearse en grupos

masivos para que acten como muros de contenciny ayuden a la estabilidad de los taludes cuando existenproblemas geotcnicos.

Roca colocada a mano

La colocacin de enrocados a mano ayuda a formarun revestimiento ms agradable estticamente. Sepuede escoger la forma y el color de cada piedra paracombinar con el medio ambiente. Comparado con elriprap se requiere mucha ms mano de obra; sinembargo, generalmente requiere de menoresvolmenes de material.


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Comnmente entre las piedras grandes se colocanpiedras ms pequeas y usualmente se utiliza una solacapa de material. Para el diseo se utilizan las mismasexpresiones matemticas que para el diseo del riprap.

Enrocado anclado

Cuando las rocas disponibles no poseen el pesonecesario para su estabilidad contra la corriente, sepueden utilizar los enrocados anclados que consistenen un enrocado simple sobre el cual se coloca unamalla de acero galvanizado anclado con pines deacero. El tamao de la malla debe impedir la salidade los cantos o bloques.

Camellones o caballetes de roca

Un camelln es un dique de proteccin de orilla enpiedra colocado a una distancia determinada hacia

afuera del borde de la orilla, el cual acta comoproteccin solamente en el momento de desborde oinundacin de la corriente. (Veri-tech, 1998). Loscaballetes pueden ser apropiados para situaciones deemergencia o para evitar el desborde de las corrientes.El diseo del tamao de la roca se realiza en la mismaforma que un riprap de acuerdo a la velocidad o a lafuerza tractiva de la corriente.

Enrocado en lagos

Los lagos y embalses erosionan por accin del oleaje.La altura y fuerzas de las olas depende de la longitud

de agua expuesta a la accin del viento. En embalsesal descender el nivel del agua, disminuye la fuerza deerosin de las olas pero el proceso de ascenso ydescenso destruye la vegetacin exponiendo el sueloy formando una terraza de erosin.

La erosin superficial en taludes de presas por accindel agua del embalse puede obedecer al lavado departculas por el descenso del agua, y la velocidaddel oleaje a procesos de secamiento-humedecimientoo a la formacin de crcavas horizontales.

El talud hmedo debe protegerse contra el efecto

erosivo de las olas, contra la oscilacin brusca deniveles y contra la accin directa de la precipitacin.El tipo de proteccin recomendado generalmente esel enrocado.

Proteccin de taludes de pequeas presas

Las recomendaciones mnimas que se deben seguirpara el diseo del enrocado para presas pequeasson, de acuerdo al manual de pequeas presas delHIMAT-Colombia:

a. El enrocado se debe colocar sobre un filtro de gravay gravilla de 0.30 m. de espesor.

Concreto

Revestimiento

Subbase

Geotextil

Murorompeolas

Pilotes

Transicin

Transicin

Viga

b. El espesor mnimo del enrocado es de 0.30 m. si

se coloca en forma manual y de 0.45 m. si se colocaal volteo, es decir descargado directamente sobreel filtro del talud por las volquetas. Para taludes2H : 1V el espesor del enrocado se aumenta en0.15 m.

c. El enrocado se coloca en todo el talud desde elpie hasta el borde de la corona.

d. Las rocas encogidas para el enrocado deben serangulares, duras, de peso individual variable entre10 y 300 libras, pero sin que el porcentaje de rocasde diez libras ni el de trescientas libras sea mayorde 25%. Adems el tamao debe ser variable.

FIGURA 11.12 Detalles de la cresta de un revestimientocon bloques de concreto.


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FOTOGRAFA 11.2 Proteccin de orilla del Ro Magdalena utilizando revestimiento en bolsacreto.

FOTOGRAFA 11.1 Revestimiento del talud de una presa utilizando enrocado.


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Por debajodel nivel desocavacin

Adoqun

Filtro o geotextil

Suelo

Lloradero

30 cm

40cm

2

1

Pie en concreto simple

o ciclopeo

Detalle delelemento

pueden irrellenos

anclajes

de piedra

Los espacios

Prefabricado de concretotipo criba

Anclajes

Geotextil

Pie en concreto

Socavacinesperada

11.5 REVESTIMIENTOS CON BLOQUES DE CONCRETO

Los bloques prefabricados de concreto son utilizados

con mucha frecuencia para el revestimiento de rosen sitios de turbulencia baja a mediana, estos bloquesson comnmente utilizados para revestimientos ensitios donde no es posible conseguir bloques de rocay econmicamente es mejor la prefabricacin debloques en concreto.

Los bloques de concreto pueden ser libres o puedenestar entrecruzados o ligados por medio de cables.Los bloques simples pueden colocarse librementesobre el talud apoyndose en su peso unitario y sufriccin. Los bloques pueden estar entrelazados locual les da una mayor estabilidad

Tamao requerido de los bloques deconcreto

Para el diseo de bloques planos de concreto queresistan oleaje se puede utilizar una expresin muysimilar a la utilizada para el enrocado, segnEscarameia (1998).

( )5.0

cos1r

iI

s

HGD

-=

FIGURA 11.13 Proteccin con adoquines.


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Donde:

D = Espesor de los bloques

Hi, s, , I

r fueron definidos para el diseo de enrocado

G = Coeficiente que depende del tipo de bloquesG = 0.19 a 0.26 para bloques sueltos y 0.15 a 0.19

para bloques unidos por cables.

Esta ecuacin no cubre la totalidad del rango desistema de bloques existentes en el mundo, muchosde los cuales son celulares y por lo tanto tienendiferentes caractersticas de resistencia al ataque delas olas.

Sistemas de revestimiento con

bloques de concreto

La mayora de los sistemas de revestimientos conbloques de concreto para riberas de ros son objetode patentes y ellos se clasifican en cinco categoras:

1. Bloques individuales sueltos colocados alvolteo (camarones)

Consisten en bloques prefabricados de concreto, loscuales se colocan sobre la orilla en forma aleatoriasimilarmente a la colocacin de un riprap, con ladiferencia que no se utiliza roca sino bloques deconcreto. Los tamaos tpicos de estos bloques varande 300 a 600 milmetros y generalmente son de forma

alargada pero curva para que permitan un entrelacems eficiente entre ellos.

2. Bloques individuales colocados a mano(adoquines)

Esta categora comprende los revestimientos formadospor la yuxtaposicin de bloques conectados los unosa los otros, en tal forma que movilizan fuerzas fuertesde friccin unos con otros (Figura 11.14).Generalmente, son bloques pequeos que puedencolocarse con la mano, aunque algunos fabricanteshan desarrollado sistemas especiales que son

colocados con maquinaria.

La estabilidad de estos bloques cuando no existenaltas turbulencias depende principalmente de lavelocidad del flujo, la densidad del concreto y elespesor de los bloques, siempre y cuando haya unabuena unin entre ellos y el talud sea de suavependiente.

El revestimiento con adoquines entremetidos es usadoen taludes de pendientes menores a 1H : 1V. Seacostumbra colocarlos sobre geotextil o sobre grava

arcillosa. Los adoquines son de gran tamao y serecomienda construir un apoyo de concreto en el piedel talud.

El diseo de estos bloques cuando no existe

turbulencia puede realizarse mediante las siguientesexpresiones:

( )1/037.0 2 -= sUDdn

Para proteccin continua

( )1/048.0 2 -= sUDdn

Para bordes de revestimientos

Donde:

Dn= Espesor de los bloques

s = Densidad relativa del concreto

Ud= Velocidad promedio del flujo.

Esta frmula solamente se recomienda para rectas conbajo nivel de turbulencia. Para situaciones deturbulencia se deben utilizar las expresiones deEscarameia y May, Pilarczyk y Maynord presentadasanteriormente.

Espesor de losadoquines (mm)

Velocidad lmite(m/seg.)

75 a 80 1.4

90 1.5100 1.6

100 con pasto 4.0

150 1.9

175 2.1

TABLA 11.11 Espesores de revestimiento en bloques paradiferentes velocidades en rectas con bajo nivel deturbulencia (Escarameia, 1995)

Como se observa en la tabla 11.11 la colocacin depasto o vegetacin sobre los bloques aumentaconsiderablemente la resistencia de estos a la erosin.

Adicionalmente al espesor se debe disear un buensistema de drenaje en la base por medio de un filtrogranular o geotextil y la colocacin de anclajes pormedio de vigas enterradas de concreto para evitar eldeslizamiento de los bloques talud abajo.


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Cuando se utilice este tipo de bloques debe tenerseespecial cuidado de protegerlos contra el vandalismoy el robo. Por su facilidad de desprendimiento estos

bloques son presa fcil de ladrones que los llevan parautilizacin en sus viviendas.

3. Bloques articulados unidos por varillas deacero

Este sistema consiste en bloques de concreto unidospara formar una manta articulada flexible. Losadoquines tienen un refuerzo interno y barras dobladasque sobresalen. Las argollas del refuerzo se unenpor medio de varillas o cable para que el conjuntotrabaje en forma integrada. Los cables y varillasexpuestas deben recubrirse para protegerlos contra

FIGURA 11.14 Proteccin con adoquines grandes.

la corrosin. Este revestimiento es costoso y tiene elinconveniente de su poca efectividad en aguas saladaso cidas por su problema de corrosin.

4. Bloques conectados por medio de cables

Los bloques de concreto prefabricado pueden unirseentre ellos para formar una especie de colchones, loscuales reducen el riesgo de colapso progresivo delrevestimiento y facilitan la colocacin bajo agua y elcubrimiento de reas extensas con un nmero bajode operaciones. La forma ms comn de conectarestos bloques es por medio de cables de acero ysintticos, los cuales se introducen a travs de orificiosdentro de los bloques, formando paneles que puedenvariar entre 7.0 y 30 metros cuadrados cada uno.

A A'

.30

+6 m Muro de cabeza

+5 m

+3 m

1 : 2

Adoquines trabados

1 : 3

.20

m

.28

m

Filtro

Geotextil

Geotextil

Piedras de2 - 4 ton

Nivel +-0.00

-3.50 m

.10 .72

.10

.72

.10

.72

.10

.10

.18

.10

Seccion A - A'

Seccion A - A'

Bloque de .20 mts. de altura

Bloque de .28 mts. de altura


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5.00 m

Cable o varillade 1/4"

Anclajescada 3.00 m

Agua mxima

1H : 1V o ms

Geotextil

Varilla o cablelongitudinal 1/4"

Posicin despusde la erosin


.35 m

.075 m

.10 m

.075 m

.10 m

.50 m de lado

Perno 1/4"

Anclajes .20 m

Perno 1/4"Malla


Seccin

Planta Detalle

.18 m

.15 a

Los sistemas de cables son generalmente instaladosen la orilla con los cables en la direccin normal alflujo; sin embargo, existen sistemas con cablescruzados. Una alternativa a los cables es el pegar losbloques a una membrana de geotextil con suficienteresistencia para resistir las fuerzas de izado durantela instalacin. Este sistema permite la colocacin totaldel revestimiento bajo agua, minimizando lasdificultades de la colocacin del geotextil, el cual serequiere en todos los casos por debajo del sistemade bloques.

Los sistemas de bloques con cables utilizan elementosprefabricados de mayor tamao, los cualesgeneralmente resisten mayores fuerzas de la corriente.Se utilizan bloques hasta de 200 kilos por metrocuadrado y pueden alcanzar hasta 500 kilos por metrocuadrado con espesores hasta de 225 mm.

El diseo de los bloques conectados con cablesincluye el espesor del concreto, la densidad delconcreto y la velocidad de flujo.

Para el diseo se recomienda utilizar las mismas

expresiones utilizadas en el diseo de revestimientoscon bloques sin cables. Es importante tener en cuentala necesidad del drenaje por medio de filtros granulareso geotextiles.

Las experiencias en Europa muestran que los bloquesde concreto unidos con cables representan una buenaproteccin para flujos con velocidades hasta de 4 m/seg. Esto se combina con la habilidad para resistirataque de olas y turbulencia de flujo.

Al colocar bloques unidos por cables y vegetacin conraz profunda, la ribera puede resistir velocidades hasta

FIGURA 11.15 Proteccin con adoquines articulados.


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Nivel de agua

Terreno actual

Dique

Zanja o canal para

Conformacin

control de escorrenta

de 8 m/seg. (Escarameia, 1998). Esta solucin soloes posible en climas que permitan el crecimiento fcilde la vegetacin.

5. Geoceldas celulares rellenas de concretoLas geoceldas son construidas con cintas depolietileno de alta densidad soldadas a intervalosregulares para formar un panel tridimensional en formade panal. Adicionalmente a las geoceldas se le puedenincorporar tendones de refuerzo. Una vez extendidaslas celdas se rellenan con material granular o conconcreto. Las celdas se colocan sobre geotextil ymaterial de soporte (Figura 11.16).

Se debe disear el espesor del material de polietileno,

el espesor del revestimiento y el tamao de las celdas.

En Pensilvania (EE.UU.) se requiere que el espesor

de la lmina principal sea de 50 mils y las lminas

secundarias de 30 mils y el caudal de diseo para lalluvia mxima en 24 horas y perodo de retorno de

100 aos (Sochovca y otros, 1998).

El colchn se extiende sobre la superficie del canal

previa colocacin de una tela geotextil, extendindose

una distancia por encima del nivel de aguas mximas

calculado, se ancla por medio de pines metlicos y

luego se rellena de concreto.

Estos bloques pueden resistir velocidades entre 6 y 8

m/seg., de acuerdo al espesor y tamao de las celdas.

Procedimiento de diseo de

revestimientos con bloques de

concreto

1. De acuerdo a las caractersticas de la corriente,

determine el sistema ms apropiado de

revestimiento y criterios de esttica, econmicos,

etc.

2. Calcule el espesor mnimo y tamao de los bloques

de concreto.

3. Disee el sistema de filtro y /o manto de apoyo.FIGURA 11.16 Proteccin con esterillas celulares.

Figura 11.17 Conformacin del terreno antes de colocar el revestimiento.


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Mnimo 1.00 mt.

Nivel naturalGeotextil

Anclajes

2

1Sacos llenos de concretomortero suelo-cemento

Talud mximo 1 : 1 en cortes

Fondodel cauce 1.5 mt. mnimo

y 1.5H : 1V en relleno

Detalles constructivos

La superficie de apoyo del revestimiento debeconformarse a una pendiente uniforme, eliminandotodas las salientes y huecos (Figura 11.17). Se

recomienda compactar la superficie antes decolocar el geotextil y el revestimiento.

Los bordes superior, inferior y laterales de losrevestimientos requieren un tratamiento especialpara prevenir su socavacin. Este sistema puedeconsistir en una viga perimetral de concreto armadoo un sistema de enterramiento de los bloques enlos bordes.

Los espacios entre adoquines por encima del nivelde agua deben rellenarse con tierra y sembrarvegetacin.

Bloques de piedra o de concretopegados con concreto

En este sistema los vacos entre los elementos serellenan de concreto para formar un revestimientomonoltico. Su comportamiento es muy similar al deun revestimiento totalmente en concreto.

Comparativamente con el uso de piedra suelta, lapiedra pegada permite la utilizacin de partculas mspequeas pero la permeabilidad del revestimiento esnecesariamente menor.

Existen varias formas de cementar el enrocado, as:a. Colocacin de las piedras a mano conjuntamente

con el mortero o concreto.

b. Colocacin del cemento o mortero encima del

enrocado. La mezcla no necesariamente penetra

la totalidad del revestimiento y solo llena

aproximadamente 1/3 de los vacos.

c. Inyeccin completa del enrocado con lechada de

cemento.

Al colocar piedra pegada se puede disminuir el tamao

de los bloques requeridos en el diseo hasta en un

10% con revestimiento superficial y hasta un 40%

cuando el 60% de los vacos se encuentren

cementados.

Se requiere la construccin de lloraderos regularmente

espaciados y con un sistema de proteccin con filtro

de geotextil. Generalmente se utilizan lloraderos de

75 mm de dimetro y un espaciamiento mximo

horizontal de 1.8 metros y mximo vertical de 3.0

metros.

Las pendientes de los taludes en este tipo de

revestimiento no deben exceder 1.5H : 1V. El tamao

medio de la piedra en el revestimiento no debe exceder

los 2/3 del ancho total del revestimiento y el de la roca

de mayor tamao no debe exceder el espesor total

del revestimiento. El concreto debe ser concreto de

muy buena resistencia, tamao mximo de agregado

19 mm y un slump de 75 a 100 mm. se requiere la

construccin de filtros para prevenir los problemas de

presiones de levantamiento. Comnmente se coloca

una capa de filtro granular de 150 mm de espesor.

FIGURA 11.18 Esquema de una proteccin con bolsacreto.


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Revestimientos con bolsas rellenas de

arena-cemento, concreto o suelo-

cemento

Se llenan sacos de fibra de polipropileno o geotextilcon mortero, concreto o suelo cemento, en la formacomo se indica en el captulo 6. El revestimientoconsiste en recubrir la superficie del talud con sacosrellenos superpuestos. (Figura 11.18). Uniendo estoselementos por superposicin se construyenespigones, muros, presas y pantallas y revestimientossuperficiales. El tamao de los elementos dependede los requerimientos de cada proyecto en particular.

Estas bolsas tienen la ventaja que se pueden colocarbajo el agua. Se les emplea en sitios donde no sedispone de roca para proteccin. Generalmente seemplean sacos de fique o polipropileno de desecho,

que forma bloques de aproximadamente 0.02 m3

devolumen.

El tejido abierto de los sacos permite la adherenciadel concreto de un saco a otro. Deben colocarse entaludes compactados y estables de ngulo no superiora la pendiente estable del suelo de cimentacin(Angulo de Friccin Interna). Comnmente se limitana taludes de pendiente hasta 1.5 H:1V.

Geotextil

Talud previamenterecompactado

Colocar transversalmentelos sacos del fondo

Sacos longitudinalmente

Colocar uno que otrosaco transversalmente Voltear los

sacos al darla vuelta

Pie del cauce

Socavacin

calculada

a) Seccin

b) Frentec) Planta

Cauce

FIGURA 11.19 Detalles de colocacin de bolsacreto.


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B

B

A

A

Agua mxima

Bolsacreto

Pie enterrado Cauce

1.00 m

3.00 m

Geotextil 1.50

m

Colocacin tpicaAnclajes

cada 10 m

Anclajes

de borde

1.50 m

1/2H : 1V

1.00 m

Planta de anclajes Seccin A-A Seccin B-B

a) Talud 1.5H : 1V

0.5m

FIGURA 11.20 Diseo tipo de proteccin en bolsacreto.

Criterios de colocacin

Debajo de los sacos debe colocarse un geotextil comofiltro para evitar la erosin del suelo de fundacin. Labase inferior debe profundizarse por debajo de lasocavacin esperada (mnimo 1.5 metros por debajode la lnea de agua) (Figuras 11.19 y 11.20), y debenconstruirse pantallas transversales profundas en lospuntos extremos de la longitud del revestimiento y aintervalos de mnimo nueve metros. Se exige slumpdel concreto de tres a cinco pulgadas. La colocacindebe hacerse inmediatamente despus de lamezclada.

Para preservar una buena apariencia los sacos debencolocarse todos con la misma orientacin. Se puedenemplear sacos de diferentes tamaos, siguiendo la

misma recomendacin de pesos exigidos paraenrocados simples. En ocasiones los sacos se llenancon mezcla seca. Para mejorar la unin entre sacosse pueden colocar anclajes de varillas de hierro

semiverticales clavadas a mano uniendo las capas desacos.

En Europa se utilizan bolsas de 600 mm x 300 mm x150 mm, despus de lleno.En algunas ocasiones se colocan varillas de aceroatravesando los sacos para mejorar la unin entreellos.

El bolsacreto puede colocarse como revestimientosobre la superficie de la ribera o formando paredes omuros semiverticales (Figura 11.21).


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Cauce

1.00 m

3.00 m

Geotextil

1

.50

m

b) Talud 1H : 1V

0.5m

Cauce

3.00 m

0.5m

Filtro

Lloraderos cada 4 mts.

Mximo 3 mts.para talud 1 : 1

1.00 m

Socavacin

1.50

m

b) Talud 2H : 1V

GeotextilSocavacin

11.6 REVESTIMIENTOS DE CONCRETO

FIGURA 11.21 Diseo tipo de proteccin en bolsacreto.

La colocacin de un revestimiento total en concretoes un sistema muy utilizado para taludes de gran

pendiente (Figura 11.22). Los revestimientos en placade concreto fundida en el sitio se consideran comouno de los sistemas de proteccin ms efectivos queexiste y es muy comn su utilizacin para canalizarros en zonas urbanas.

Generalmente se requiere refuerzo cuando lapendiente de los taludes es mayor a 1H : 1V. Seacostumbra colocar elementos de anclaje debajo dela pantalla para evitar su deslizamiento. Estoselementos pueden consistir en varillas de acero(pernos) o elementos de concreto que se puedenfundir integralmente con la pantalla.

El revestimiento en concreto puede hacerse fundiendodirectamente en el sitio, utilizando concreto corriente

o empleando concreto o mortero lanzado (gunita). Elespesor de estos revestimientos vara de 8 a 10centmetros para morteros y de 10 a 20 centmetrospara concretos (Japan Road Association, 1984). Seemplea comnmente concreto armado. En los casosde pendientes muy suaves y velocidades bajas delagua se puede emplear mortero concreto simple. Elconcreto debe tener muy buena resistencia al desgastey es comn exigir resistencias de 4000 PSI.

La construccin de pantallas de concreto puederealizarse utilizando colchonetas preformadaselaboradas con Geotextil, las cuales se colocan sobre


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Vegetacin

Cuneta

Berma

Malla de refuerzo

Lloradero

Espesor .08 m

Anclajes

Fundacin en concreto

.40

.30

1

1

FIGURA 11.22 Detalles de revestimientos en concreto

el talud y luego se inyecta el mortero o concreto enforma similar a las que se utilizan para el control deerosin en ros. En este caso se elabora un sistemade capa de espesor uniforme entre 75 y 100 mm(Duffin, 1998).

Los revestimientos en concreto son generalmentecostosos inicialmente pero tienen una vida til bastantelarga. Su principal inconveniente es la imposibilidad

de establecimiento de vegetacin, lo cual los hacepoco aceptables ambientalmente; sin embargo,existen sistemas celulares de colocacin del concretodejando espacios para la vegetacin.

1.00 m 1 : 1

.12

a

.20

Filtro

Malla de refuerzo

Lloraderos a 2 mts. horizontalmentey 3 mts. verticalmente

Paredes de anclaje de 25 cmsde ancho cada 6 mts.

Cauce

Suelonatural

Socavacinesperada

.30 m

.50 m

.30 m

Comnmente se especifica el refuerzo mnimo decontrol de cambio de temperatura en las dosdirecciones.

Se requieren juntas de contraccin impermeabilizadas,cada seis a nueve metros y aditivos en el concretopara disminuir el agrietamiento. Se acostumbracolocar juntas de contraccin cada seis metros y dedilatacin cada veinte a veinticinco metros.

Debido a la rigidez del revestimiento su fundacin debeser buena y estable. Deben proveerse lloraderos y serecomienda colocar una capa de material filtrantedebajo de la placa de concreto de mnimo 150 mm deespesor.

Los espaciamientos mnimos de lloraderos de 75 mmmdimetro es de 1.8 metros horizontalmente y tresmetros en direccin vertical. En el sitio de cadalloradero debe colocarse una bolsa filtrante.

No es comn su uso en litorales marinos, debido aque la fuerza de las olas puede generar fuerzas muygrandes de levantamiento por presiones internasdebajo del revestimiento. Se recomienda colocarleanclajes de mnimo cuarenta centmetros deenterramiento, cada tres metros en las dos direcciones.

En los bordes perimetrales del revestimiento serecomienda construir vigas ms profundas para evitarla socavacin (Figura 11.23). El pie de la proteccindebe estar por debajo de la profundidad de socavacincalculada o bajarla hasta la roca. En ocasiones serequiere colocar una tablestaca de pie para obtenerla seguridad necesaria.

FIGURA 11.23 Ejemplos de revestimientos de concreto.


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El sistema de pantallas de concreto permite una grandiversidad de acabados y enchapes (Figura 11.24),permitiendo diferentes arreglos arquitectnicos.

Concreto o mortero lanzado

El concreto lanzado tiene la facilidad de poderseaplicar sobre superficies irregulares pero es sensiblea los asentamientos y agrietamientos.

Las especificaciones sobre materiales son muysimilares a las utilizadas para los concretosconvencionales. Se requiere que los agregadosprevengan la segregacin. Generalmente, el mximotamao es 3/8 de pulgada. Se recomienda juntas de

Ver detalle AElementos de concretofundidos en el sitio

Piedra pegada

Anclajes

Piedra pegada

Mortero

30cm

20cm

Anclajes 1/2" a 1.0 mt.

de profundidad

4.70 .30.30Ver detalle B Refuerzo

Decorado

Detalle A

Detalle B

FIGURA 11.24 Proteccin con elementos de hormign armado decorados.

concentracin cada tres metros. Los espesores deconcreto varan de cinco a quince centmetros y serecomienda reforzar con malla electrosoldada.

Existen dos tipos principales de mezcla de concreto

lanzado: Mezcla hmeda y mezcla seca (Tabla 11.12).El concreto lanzado en seco, como lo indica sunombre, se mezcla en seco y se aade el agua en laboquilla. El concreto lanzado hmedo se mezcla comoun concreto de revenimiento bajo y as es bombeadohasta la boquilla.

En el caso de la mezcla seca, puede incorporarse unacelerante en la mezcla, pero en el caso de la mezclahmeda tendr que aadirse en la boquilla.


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Para cualquiera de los dos, se tendrn que satisfacerlos siguientes criterios:

a) Lanzabilidad: Debe poder lanzarse sobre-cabezacon un mnimo de rebote.

b) Resistencia temprana: Debe tener una resistenciasuficiente para dar soporte al terreno en menos decuatro a ocho horas.

c) Resistencia a largo plazo: Debe alcanzar unaresistencia determinada a los veintiocho das conuna dosificacin de acelerante necesaria paralograr la lanzabilidad y la resistencia temprana.

d) Durabilidad: Debe resistir el ambiente a largo plazo.

e) Economa: Debe ser bajo el costo de los materialesy mnimo el desperdicio por rebote.

Agregados

Se prefiere grava natural y la piedra triturada, por lasmejores caractersticas de bombeo de las partculasde la grava natural. Por otro lado, la calidad delagregado que requiere el concreto lanzado es lamisma que la de un concreto de buena calidad.

Por la malla 200 (0.075 mm) no pasar ms del 2%del agregado. Este no podr contener limo, granossuaves o recubiertos, mica, lcalis dainos o materiaorgnica. Se descartarn agregados con reaccinalcalina. El tamao mximo de los agregados no

exceder un tercio de la parte ms restringida de lamanguera.

En el mercado existen varios acelerantes para laaplicacin de concreto lanzado, que tienen una accinmucho ms rpida que los del concreto normal. Losacelerantes se venden en forma lquida o en polvo y,en vista de su causticidad, tendrn que manejarse conprecaucin.

Proporciones de la mezcla

Una mezcla tipo concreto lanzado contiene lossiguientes porcentajes de componentes secos (Tabla

11.13):

Cemento 15 - 20%

Agregado grueso 30 - 40%

Agregado fino o arena 40 - 50%

Mezcla hmeda Mezcla seca Menos rebote durante el lanzado. Es ms adaptable a las condiciones cambiantes del

terreno sobre todo donde hay agua. Menos polvo. El equipo de mezcla seca es menos costoso y esfcil conseguir equipo.

El control de calidad de los agregados es ms fcilporque la fabricacin es parecida a la del concreto.

El equipo de mezcla seca es ms compacto y por lotanto ms adaptable en sitios con espacio limitado.

La calidad del concreto lanzado no depende tanto dela habilidad del operador de lanzado ya que la cantidadde agua no depende de l.

Mayores prdidas por rebote.

El operador controla directamente la velocidad deimpacto de las partculas y por lo tanto su compactacinya que l controla el flujo del aire.

Mayor cantidad de polvo.

Es ms fcil de limpiar. Tiene menos costo de mantenimiento. Rinde mayor produccin.

TABLA 11.12 Comparacin entre los procedimientos de mezcla seca y hmeda para el concreto lanzado.

Agregados finos Malla Porcentaje que pasa la malla por peso

3/8 (9.5 mm) 100

No. 4 (4.75 mm) 95 a 100

No. 8 (2.36 mm) 80 a 100

No. 16 (1.18 mm) 50 a 85

No. 30 (0.60 mm) 25 a 60

No. 50 (0.30 mm) 10 a 30

No. 100 (0.15 mm) 20 a 10

TABLA 11.13 Limites granulomtricos de los agregados para concreto lanzado.


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Agregados gruesos Malla No. 8 a 3/8 No. 4 a No. 4 a 1 100 90 1003/8 85 100 40 70 20 55

No. 4 10 30 0 15 0 10

No. 8 0 10 0 5 0 5No. 15 0 5

Planta

Punto de

filtro

L

L

A

A

Filtro

Seccin A-A

Cosido

La relacin agua - cemento para concreto lanzadoseco se sita en el rango 0.3 a 0.5 y se ajusta por eloperador, segn las condiciones locales. Paraconcreto lanzado de mezcla hmeda, la relacin agua- cemento se sita entre 0.4 y 0.6.

Una vez limpia la superficie sobre la que se va a lanzarconcreto, la operacin podr dar comienzo. Eloperador de la boquilla elige la presin de aire y eloperador de la mquina ajusta el flujo del material para

adaptarse a esa presin del aire. La distancia ptimaentre la boquilla y la superficie sobre la cual se estlanzando es aproximadamente de un metro.

Previamente a la colocacin del concreto

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