Control de Erosion en Zonas Tropicales · CAPÍTULO 10. CONTROL DE EROSIÓN EN TALUDES Y OBRAS DE INGENIERÍA 351 60º 50º 40º 30º 0.5 1000 1500 2000 2500 Zona Inestable Estable

CAPÍTULO10

Control de Erosión en Taludes yObras de Ingeniería

INTRODUCCIÓN

Para el diseño de las obras de control de la erosión en un talud debe realizarse un análisis muycompleto de las condiciones geológicas, geotécnicas, hidrológicas y ambientales que permitantener un conocimiento completo del comportamiento del talud después de construido. En el casode requerirse la estabilización por problemas de deslizamientos o erosión activos se debe analizarlos mecanismos de falla y cuantificar el desequilibrio. El análisis debe incluir los conocimientosde mecánica de suelos, geología, hidrología, etc., y la experiencia del manejo de otros taludes encondiciones similares.

La principal causa de los problemas en los taludes es la presencia del agua de la lluvia, la escorrentíay el agua subterránea, por lo tanto el manejo de las aguas es muy importante desde el inicio de laconstrucción. La protección de la superficie del terreno generalmente se obtiene utilizando lavegetación como obra principal de estabilización y se debe tener especial cuidado en la seleccióndel sistema de establecimiento de la cobertura vegetal y de las especies vegetales a establecer;Sin embargo, en ocasiones se requieren obras con materiales no orgánicos para complementarla protección con vegetación. El planteamiento, diseño e implementación de las obras de controlde erosión, requiere de un trabajo conjunto donde deben intervenir geólogos y ambientalistas,forestales y expertos en vegetación nativa y los ingenieros civiles, hidrólogos, hidráulicos, ygeotécnicos.

Las obras de ingeniería involucran la intervención de laderas y taludes, los cuales requieren de unprograma de control de erosión durante la construcción, y de medidas definitivas de control amediano y largo plazo. La producción de sedimentos, ocasionada por la erosión requiere deobras de control de sedimentos. La erosión es una de las principales fuentes de contaminacióndel agua, y la construcción de obras de ingeniería es una de las principales fuentes de erosión.

En los países desarrollados existen normas muy estrictas de control de erosión que deben cumplirlos constructores, para la protección del medio ambiente. En los países latinoamericanos se estáempezando a trabajar en el control de erosión en construcciones y los ingenieros somos losresponsables de su diseño e implementación.

CAPÍTULO 10. CONTROL DE EROSIÓN EN TALUDES Y OBRAS DE INGENIERÍA 350

Se debe crear inicialmente una conciencia de la importancia y necesidad de controlar la erosión y la sedimentacióndurante la construcción de una obra de ingeniería, para lo cual es muy importante conocer los problemas que sepresentan y las metodologías para su solución.

10.1 DISEÑO DE TALUDES

El diseño de un talud debe incluir como mínimo lossiguientes elementos:

a. Diseño de la forma del talud, pendientes, bermas,etc.

b. Diseño de las obras de manejo de aguas deescorrentía

c. Diseño de las obras de protección de la superficiedel terreno.(Bioingeniería o recubrimientos)

d. Diseño de las obras de control geotécnico(Subdrenajes, muros y otros sistemas deestabilización que se requieran).

Pendiente del talud

Para el diseño de la pendiente del talud se debeanalizar a detalle las condiciones de litología,estructura y meteorización de los materialesconstitutivos del talud. El suelo y la roca son materialesextremadamente complicados y heterogéneos ytienden a deteriorarse con el tiempo. Los suelosresiduales por la presencia de discontinuidadesestructurales son especialmente difíciles de manejar(Figura 10.1).

Para decidir el valor de la pendiente y la forma deltalud se debe realizar un juicio en conjunto, analizandola influencia de todos los factores. En este estudio sepuede requerir realizar ensayos de laboratorio yanálisis de estabilidad, utilizando modelamientosmatemáticos y físicos.

El cálculo de factores de seguridad utilizando modelosmatemáticos determinísticos como los de Fellenius,Bishop Janbú o tantos otros es una práctica deingeniería muy utilizada; Sin embargo, no siempre sedispone de información geotécnica suficiente y serequiere utilizar criterios empíricos generales. El usode sistemas semi-empíricos requiere de muchocuidado especialmente si la experiencia no provienede taludes en las mismas condiciones topográficas,climáticas y geotécnicas.

A continuación se presenta una tabla empírica dependientes típicas utilizadas para taludes en cortesde carreteras.

a

b

MuyMeteorizado

MenosMeteorizado

SueloSuelto

Roca

Roca

SueloSuelto

Muro

Meteorización

Sistema de estabilización

Contacto suelo-roca

Vía

FIGURA 10.1 Fallas y estabilización en suelos residuales.

Para determinar la pendiente del talud, en ocasionesse utiliza la información de la velocidad de ondaelástica (Vp) a través del material (Figura 10.2).


60º

50º

40º

30º

0.5 1000 1500 2000 2500

Zona Inestable EstableZona

IntermediaZona

PE

ND

IEN

TE D

EL

TAL U

D E

N G

RA

DO

S

VELOCIDAD DE ONDA ELÁSTICA m/seg)

FIGURA 10.2 Taludes estables e inestables en roca de acuerdo a la velocidad de onda elástica (Japan Road Association, 1984).

Material Propiedades Altura del corte (mt) Pendiente SugeridaRoca dura 0.3 H:1V a 0.8H:1VRoca blanda 0.5H:1V a 1.2H:1VArena Poco densa 1.5H:1V a 2H:1V

Menos de 5 0.8H:1V a 1H:1VDenso5 a 10 1H:1V a 1.2H:1VMenos de 5 1H:1V a 1.2H:1V

Suelo arenoso

Poco denso5 a 10 1.2H:1V a 1.5H:1VMenos de 10 0.8H:1V a 1H:1VDensa10 a 15 1H:1V a 1.2H:1VMenos de 10 1H:1V a 1.2H:1V

Mezcla de arena con grava omasas de roca

Poco densa10 a 15 1.2H:1V a 1.5H:1V

Suelos cohesivos 0 a 10 0.8H:1V a 1.2H:1VMenos de 5 1H:1V a 1.2H:1VSuelos cohesivos mezclados

con masas de roca o bloques 5 a 10 1.2H:1V a 1.5H:1V

TABLA 10.1 Pendientes típicas para taludes en cortes de carreteras (Adaptada de Japan Road Association, 1984).

Taludes de pendiente combinada

En la mayoría de los casos la resistencia y calidad delos materiales varía de acuerdo a la profundidad de laexcavación y se requiere tener en cuenta estasdiferencias para definir la pendiente. La solución másutilizada es la construcción de pendientes combinadasde acuerdo a las características del material (Figura10.3).

Bermas intermedias

Se debe construir bermas intermedias en los sitios decambio de pendiente y en los sitios donde se requierapara garantizar un factor de seguridad adecuado

contra deslizamiento. La localización y ancho de lasbermas depende del propósito de las bermas.

1. Bermas para el manejo de aguas deescorrentía y control de erosión

Estas bermas generalmente tienen un ancho 1 a 2metros y se colocan a diferencias de altura entre 5 y10 metros, dependiendo de la calidad de los suelos ycoincidiendo con sitios de cambio de pendiente deltalud. En suelos erosionables la berma debe teneruna pendiente de 5 a 10 % hacia adentro del talud yse debe construir una cuneta revestida en su parteinterior para el control y manejo de las aguas deescorrentía. La pendiente longitudinal de la bermadebe ser superior al 3 % para garantizar la salidaeficiente y rápida del agua recolectada.


MasMeteorizado

MenosMeteorizado

m :

1

Suelo

Roca blanda

Roca dura

1H : 1

V

0.8H

: 1V

0.5H

: 1V

n : 1

FIGURA 10.3 Pendientes variables de taludes en suelosresiduales.

2. Bermas para aumentar el factor de seguridadcontra deslizamiento

En ocasiones se requiere la construcción de bermasde gran ancho en suelos cohesivos para aumentarlos factores de seguridad al deslizamiento. En suelosgranulares (arenosos o gravosos) se debe preferirdisminuir la pendiente del talud a construir bermasque pueden ser inestables por la pendiente del taludentre ellas.

La construcción de terrazas en la parte alta de undeslizamiento de rotación tiende a reducir el momentoactuante y controlar el movimiento. Si el proceso sehace en la parte inferior se puede lograr el proceso

inverso de disminuir el factor de seguridad. Endeslizamiento de traslación y en ciertos flujos odeslizamientos de residuos, generalmente no esefectivo emplear métodos de remoción de materiales.

El efecto es el de disminuir las fuerzas actuantes, enla zona más crítica para la generación de momentosdesestabilizantes. En esta forma el círculo crítico defalla se hace más profundo y más largo,aumentándose el factor de seguridad.

Al construir las terrazas el talud puede quedar divididoen varios taludes de comportamiento independiente,los cuales a su vez deben ser estables. El terraceo sele puede realizar con el propósito de controlar laerosión y facilitar el establecimiento de la vegetación.La altura de las gradas es generalmente, de 5 a 7metros y cada grada debe tener una cuneta revestidapara el control del agua superficial. El sistema decunetas a su vez debe conducir a una estructura derecolección y entrega con sus respectivos elementosde disipación de energía.

En suelos residuales generalmente, la grada más altadebe tener una pendiente menor, teniendo en cuentaque el suelo subsuperficial es usualmente el menosresistente. Las terrazas generalmente, son muy útilespara control de aguas de escorrentía.

En todos los casos debe considerarse el efecto quese puede tener sobre los taludes arriba y abajo de laterraza a excavar.

Criterios generales para el diseño debermas y pendientes

Para el diseño de bermas y pendientes se deben teneren cuenta los siguientes criterios:

1. Formación Geológica

A mayor competencia de la roca se permiten mayorespendientes y mayores alturas. Las areniscas, calizasy rocas ígneas duras y sanas permiten taludes casiverticales y grandes alturas. Los esquistos y lutitasno permiten taludes verticales.

2. Meteorización

Al aumentar la meteorización se requieren taludes mástendidos, menores alturas entre bermas y mayor anchode las gradas. Los materiales muy meteorizadosrequieren de taludes inferiores a 1H:1V, en la mayoríade las formaciones geológicas no permiten alturasentre bermas superiores a 7 metros y requieren anchosde berma de mínimo 4 metros.


DiaclasasFalla

< ØFalla

Diaclasas

> Ø

Falla de bloquesFalla Masiva

a) b)

'

' '

'

α

α

α

α

Para cortes en materiales meteorizados la pendienteen la parte más profunda del corte permite ángulossuperiores a la cabeza del talud. Se recomienda paracortes de gran altura establecer ángulos diferentes dependiente para el pie y la cabeza del corte,adaptándolos a la intensidad del proceso demeteorización.

3. Microestructura y estructura geológica

A menos que las discontinuidades se encuentren biencementadas, las pendientes de los taludes no debentener ángulos superiores al buzamiento de lasdiaclasas o planos de estratificación. Entre menosespaciadas sean las discontinuidades se requierenpendientes menores de talud. Para materiales muyfracturados se requieren taludes, alturas y bermassimilares a los que se recomiendan para materialesmeteorizados (Figura 10.4).

4. Minerales de arcilla

Los suelos que contengan cantidades importantes dearcillas activas, tipo Montmorillonita, requieren dependientes de talud inferiores a 2H:1V. Los sueloscon Kaolinita permiten generalmente, taludes hasta1H:1V. Las alturas entre bermas en suelos arcillososno deben ser superiores a 5 metros y las gradas debentener un ancho mínimo de 4 metros.

5. Niveles freáticos y comportamientohidrológico

Los suelos saturados no permiten taludes superioresa 2H:1V a menos que tengan una cohesión alta.

6. Sismicidad

En zonas de amenaza sísmica alta no se debenconstruir taludes semiverticales o de pendientessuperiores a 1/2H:1V, a menos que se trate de rocasmuy sanas.

7. Factores antrópicos

En zonas urbanas no se recomienda construir taludescon pendientes superiores a 1H:1V y las alturas entrebermas no deben ser superiores a 5 metros.

8. Elementos en riesgo

Los taludes con riesgo de vidas humanas deben tenerfactores de seguridad más altos.

Soluciones a problemas específicosde estabilidad

a. Cambios bruscos de litología

Cuando ocurren cambios bruscos de litología por lapresencia de coluviones, mantos de suelos blandos operfiles muy meteorizados, se puede requerir construiruna berma ancha en el sitio de cambio de litología yla construcción de estructuras de estabilización en laberma.

b. Presencia de estructuras heredadas

Los mantos de roca y los suelos residuales poseenuna gran cantidad de fracturas o superficies dedebilidad, en este caso las pendientes de los taludes

FIGURA 10.4 Modos de falla en taludes de roca fracturadas.


Berma intermedia

Protección convegetación

Gradas en el contactocorte-relleno

Enrramadosvivos

Tierra reforzada congeotextil y ramas vivas

1.51

1/2

1

Compactación para colocarrevestimiento duro

1.5 a 31

Escarificación para sembrar vegetación

deben ser determinadas por la localización ybuzamiento de las fracturas. En ocasiones cuandoaparecen estratos muy blandos se puede requerirtender el talud por el plano de estratificación.

c. Presencia de niveles freáticos

Cuando existen niveles freáticos dentro de talud serequiere pendientes muy suaves en la zona saturadao la construcción de sistemas de subdrenaje profundo(previamente a la realización del corte).

d. Taludes de gran altura

Los cortes de alturas muy grandes pueden producir fallascatastróficas y se deben realizar estudios y diseñosespecíficos, de acuerdo a las características geológicas,geotécnicas e hidrogeológicas de cada sitio.

Gradas para establecimiento devegetación

El talud puede diseñarse con una serie de gradas, lascuales permiten el establecimiento de vegetación. Eldiseño de estas gradas depende de las característicasdel talud, de la topografía y del sistema de vegetacióna utilizar. Se puede requerir la construcción de trinchospara garantizar la estabilidad de las gradas.

Taludes en rellenos (Terraplenes)

Los taludes en llenos deben diseñarse racionalmenteteniendo en cuenta las características de los materialesdisponibles, el suelo de cimentación y las condicionesde estabilidad y de ejecución en cada sitio.

FIGURA 10.5 Diagramas de manejo de rellenos.


Max.

Min.

Estacas

Malla

Mulching

Estacas vivas

Malla

Protección en colchonetasde gaviones

Material de relleno Altura de relleno (mt) PendienteMenos de 5 1.5H:1V a 1.8H:1VArena o grava de buena calidad SW, GM, GC,

GW, GP 5 a 15 1.8H:1V a 2H:1VArena de mala calidad SP Menos de 10 1.8H:1V a 2H:1V

Menos de 10 1.5H:1V a 1.8H:1VMaterial rocoso10 a 20 1.8H:1V a 2H:1VMenos de 5 1.5H:1V a 1.8H:1VSuelos areno arcillosos de buena calidad5 a 10 1.8H:1V a 2H:1V

Suelos arcillosos blandos Menos de 5 1.8H:1V a 2H:1V

TABLA 10.2 Pendientes típicas para taludes en relleno.

Generalmente se utilizan pendientes uniformes conbermas cada determinada altura (Figura 10.5). Lapendiente a utilizar depende de la pendiente del talud(Tabla 10.2).

También en los rellenos se pueden requerir pendientescombinadas cuando se trabaja con espesoresdiferentes de materiales diferentes.

Se debe tener especial cuidado en el diseño delsistema de drenaje debajo y detrás del relleno paragarantizar la estabilidad y la compactación del suelosubsuperficial de los taludes del terraplén. Lasuperficie de contacto entre el suelo natural y el rellenodebe trabajarse en superficies semiplanas o terrazasque permitan una excelente integración entre el rellenoy el suelo de fundación. Adicionalmente, se debeconstruir sistemas de manejo de las aguas deescorrentía y protecciones para las superficies de lostaludes.

Debe tenerse especial cuidado en la compactaciónde la superficie de los taludes, para lo cual serecomienda compactar en forma inclinada, utilizandoun sistema de rodillo y/o buldózer. En la mayoría delos casos se requiere proteger el talud con mantos ovegetación (Figura 10.6).

Para el análisis de la estabilidad de los taludes serecomienda consultar el libro “Deslizamiento yEstabilidad de Taludes en Zonas Tropicales” (Suárez ,1998).

FIGURA 10.6 Protección de la superficie de un talud encorte.

Para el diseño de obras de control de escorrentíadebe tenerse en cuenta las características de laslluvias, las áreas aferentes, la topografía y lascaracteríst icas de la geología, inf i l tración yerosionabilidad de los suelos. Es importante que

las obras de manejo de aguas de escorrentía seandiseñadas con secciones y pendientes suficientesque impidan la concentración de aguas quepudieren inducir la formación de cárcavas deerosión.

10.2 MANEJO DE LAS AGUAS DE ESCORRENTÍA


Canal 1 - 1.5mRelleno

0.3min

Vía

rellenoTalud del

Durante la construcción de las obras es frecuente quese dejen las estructuras de control de aguas para lasúltimas etapas del proyecto y puedan ocurrir lluviasintensas durante la construcción que destruyan lasobras ya construidas, debido a que no se manejaronadecuadamente las aguas durante el procesoconstructivo.

10.2.1 DRENAJE SUPERFICIAL

El objetivo principal del drenaje superficial es mejorarla estabilidad del talud, reduciendo la infiltración yevitando la erosión.

El sistema de recolección de aguas superficiales debecaptar la escorrentía, tanto del talud como de la cuencade drenaje arriba del talud y llevar el agua a un sitioseguro lejos del talud. El agua de escorrentía debeen lo posible, desviarse antes de que penetre el áreacercana a la corona del talud. Esto puede lograrsecon la construcción de zanjas interceptoras en la partealta del talud o canales de desviación.

No se recomienda en problemas de taludes lautilización de conducciones en tubería por la altasusceptibilidad a agrietarse o a taponarse, generandoproblemas de infiltración masiva concentrada.

Caudal de escorrentía

La escorrentía recogida depende de varios factores,los cuales incluyen: Intensidad de la lluvia, área dedrenaje, pendiente y longitud de los taludes a drenarse,naturaleza y extensión de la vegetación o cultivos,condiciones de la superficie y naturaleza de los suelossubsuperficiales.

FIGURA 10.7 Canal de protección en la corona del rellenode una vía (AASHTO).

Las obras de control de escorrentía “deben diseñarse”para recibir los caudales de una lluvia predeterminadacon un período de retorno generalmente de 100 a500 años, de acuerdo a la importancia de la obra.

Generalmente se recomienda para diseño de obrasde drenaje en taludes, la utilización del método racionalpara calcular las cantidades de agua recogida, debidoa que los caudales calculados por la fórmula racionaltienen intrínsecamente un factor de seguridad mayorque otros métodos.

Q = AxIxC

Donde:

Q = Caudal recolectado (volumen/tiempo)I = Intensidad de Lluvia de diseño (mm/hora, la

cual depende del tiempo de concentración.A = Area a drenar.C = Coeficiente de escorrentía (Tabla 10.3).

Para taludes, la Geotechnical Engineering Office (1984)recomienda utilizar un C = 1.0, el cual representateóricamente una sobreestimación de la escorrentía,pero en la práctica es muy efectiva para tener en cuentalos procesos de sedimentación de los sistemas,especialmente por la presencia de bloques o cantos.

El área de drenaje debe determinarse por medio deun plano con líneas de nivel, definiendo los bordestopográficos de las áreas que aportan agua al sistemade drenaje.

El tiempo de concentración se define como el tiempomáximo tomado por el agua desde el extremo superiordel área de drenaje hasta el punto de colección.

El tiempo de concentración puede calcularse utilizandola ecuación modificada de Bransby - Williams:

t = 0.14464 ⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡1.02.0 AH

L

Donde:

t = Tiempo de concentración (min.)A = Área de drenaje (m2).H = Caída promedio (metros por cien metros) desde

la parte más alta del área a drenar hasta el puntode diseño.

L = Distancia en metros medida sobre la líneanatural de flujo entre el punto de diseño y elpunto de drenaje que toma el tiempo más largoen llegar a la sección de diseño.


1.40

P > 10%

COLOCAR DISIPADORESEN PIEDRA CADA 5.00m

1.00

0.50

0.50 0.1

0-0.

15

0.300.30 0.80

0.60

0.10

-0.1

5

1.400.30 0.80 0.30

0.10

a 0

.20

0.10

-0.1

5

0.60

Superficie Características Coeficiente CPavimentada 0.7 a 0.95Superficie de carreteraDestapada 0.3 a 0.7Suelo fino 0.4 a 0.65Suelo Grueso 0.1 a 0.3Roca dura 0.7 a 0.85

Talud

Roca blanda 0.5 a 0.75Pendiente 0 a 2% 0.05 a 0.12 a 7% 0.1 a 0.15

Pastizales en suelos arenosos

Más de 7% 0.15 a 0.25Pendiente 0 a 2% 0.13 a 0.172 a 7% 0.18 a 0.22

Pastizales en suelos arcillosos

Más de 7% 0.25 a 0.35Escarpes de fuerte pendiente en Roca 0.75 a 0.95Arenas intermedias 0.20 a 0.40Parques con árboles y pastos 0.10 a 0.25Montañas de pendientes suaves 0.30Montañas de pendientes fuertes 0.50

TABLA 10.3 Valores típicos del coeficiente de escorrentía C (Japan Road Association).

Especial atención debe darse a las corrientes que hansido canalizadas o modificadas y por lo tanto se hadisminuido el tiempo de concentración.

Como la intensidad media de la lluvia disminuye conla duración, la mayor colección de flujo ocurre cuandola duración de la tormenta es igual al tiempo deconcentración.

Para el diseño de obras en taludes, se recomiendadiseñar con base en un periodo de retorno de 200años, de acuerdo a las recomendaciones delGeotechnical Engineering office, de Hong Kong.

Es muy importante para el correcto diseño de las obrasde drenaje superficial, que se realice un estudio muycompleto de la información hidrológica existente paradeterminar lo más exactamente posible el aguaceromáximo esperado. La mayoría de los diseños de obrasde drenaje superficial en taludes, que se realizan conprocedimientos totalmente empíricos, dan comoresultado obras insuficientes con secciones que noson capaces de manejar los caudales de agua que seconcentran en las coronas de los taludes. Es muycomún que las obras de control de aguas acelerenlos procesos de erosión por falta de capacidad paramanejar los caudales.

10.2.2 TIPOS DE CANAL

Los canales son estructuras que interceptan laescorrentía y la conducen lateralmente (Figura 10.7).Los canales interceptores se emplean como zanjasen la corona de taludes y cárcavas de erosión o ensitios intermedios. Adicionalmente se pueden utilizarFIGURA 10.8 Canales en piedra pegada con mortero.


1

1/2

1

1/2

DIÁMETRO 4mm CADA 0.25 mMALLA ELECTROSOLDADA

REFUERZO

ambos sentidos

GEOMETRIA

1.00

.50 .25.25.07.5

0.0

7.07

.50

.07

.07 .25 .50 .25.07

bermas o bancas para disminuir la longitud del canalerosionado y dividir la escorrentía en volúmenesfácilmente manejables. Estos canales o bermas debenser recubiertos para protección contra la erosión oposibles deslizamientos.

Canales desviadores del flujo arribadel talud

Son canales que se construyen arriba del corte de lavía o estructura, con el objeto de desviarcompletamente la escorrentía y alejarla lo más posiblede la estructura o talud.

Estos canales ayudan a disminuir el riesgo de surcosy cárcavas sobre la superficie del talud.

FIGURA 10.9 Canales revestidos en suelo cemento.

El canal desviador no debe construirse muy cerca alborde superior del talud, para evitar que se conviertanen el comienzo y guía de un deslizamiento en cortesrecientes o de una nueva superficie de falla(movimiento regresivo) en deslizamientos yaproducidos; o se produzca la falla de la corona deltalud o escarpe.

Se recomienda que los canales desviadores seantotalmente impermeabilizados, así como debeproveerse una suficiente pendiente para garantizarun rápido drenaje del agua captada. Larecomendación de impermeabilizar se debe adicionarcon un correcto mantenimiento.

Las dimensiones y ubicación de la zanja pueden variarde acuerdo a la topografía de la zona y al cálculo previode caudales colectados. Generalmente, serecomienda una zanja rectangular de mínimo 60centímetros, de ancho y 50 centímetros deprofundidad.

FIGURA 10.10 Canales revestido en concreto

SACOS EN SUELO-CEMENTO (6:1)



P > 10%

COLOCAR 3 SACOSADICIONALES CADA5.00m COMO

1.00

0.50

.10

.10.10

0.40

.10

0.80

1.40

.10

0.6 0

.10

DISIPADORES DEENERGÍA

.10

.10.10

.10

.10

0.60

.10

1.40

0.80


Enrocado2H :1V

Flujo

0.6mSuelocompactado

0.6m

Flujo

Vegetación o recubrimiento de protección

2 H : 1V

Suelo compactado 0.5 m Mínimo

0.5m Mínimo

0.5m

7.5-18m4.5m

PENDIENTE

Protección de entrega

Protección de entrega

min225mm

3 H : 1 V

SECCIÓN

FIGURA 10.12 Diagrama ilustrativo de la función de un cortacorriente.

FIGURA 10.11 Dique para el desvío de aguas de escorrentía (McCullah, 2001).


Diques en la corona del talud

Estas obras consisten en montículos de tierra opantallas que se colocan en la parte superior del talud(Figura 10.11), con el objeto impedir el paso de laescorrentía hacia la superficie del talud. Este es unmétodo muy utilizado en rellenos de carreteras. Serecomienda que vaya acompañado de un canalsuperior.

Los cortacorrientes o canalesinterceptores

Los cortacorrientes son canales transversales al talud,espaciados a intervalos para recolectar el agua deescorrentía y evitar la formación de corrientes a lo largode la pendiente principal (Figura 10.12). La

construcción de canaletas al través de un taludintercepta el agua e impide que su velocidad aumentey la lleve a un lugar seguro. Estos cortacorrientesdeben estar protegidos contra la erosión utilizandorevestimientos en sacos de suelo cemento ovegetación. Las aguas recolectadas por loscortacorrientes son llevadas a unos canales colectoreslocalizados generalmente a un lado del talud. Loscanales a mitad de talud deben tener una pendientetal que impida la sedimentación de materiales. Esmuy común que estos canales se construyan conpendientes muy bajas y al taponarse produzcancárcavas de erosión localizadas.

Se recomienda construir canales interceptores entodas y cada una de las bermas intermedias del talud.Estos canales deben revestirse apropiadamenteconduciendo las aguas a canales o graderías de

BIOMANTO DE FIQUE

RELLENO COMPACTADO

ESTOLONES DE PASTO

GRAPAS METÁLICAS

PERFIL NATURALDEL TERRENO

MANUALMENTE CON PISÓN Pmax < 17º

BIOMANTO DE FIQUE

RELLENO COMPACTADO

SEMILLASGRAPAS METÁLICAS


MANUALMENTE CON PISÓN Pmax < 17º

BIOMANTO DE FIQUE

RELLENO COMPACTADO

ESTOLONES

GRAPAS METÁLICAS


MANUALMENTE CON PISÓN

SACOS EN SUELO-CEMENTO(6:1)

17º< P < 29º

SEGÚN DISEÑO

0.50 (min)

0.50 (min)

.30 (min).30 (min) .

30 (m

in)

.10

.10

1. REVEGETALIZACIÓN CON BIOMANTO Y ESTOLONES

2. REVEGETALIZACIÓN CON BIOMANTO Y SEMILLA

3. RECUBIERTOS CON BOLSAS DE SUELO - CEMENTO

0.30

( min

)0.

30

( min

)

0.30

(min

)

FIGURA 10.13 Cortacorrientes en corte relleno.


P > 29º

BIOMANTODE FIQUE

RELLENO COMPACTADOMANUALMENTE CON PISÓN


ESTOLONES o SEMILLAS

PANTALLA EN BAMBÚ

ESTACAS EN MADERADIÁMETRO 2" a 4"

GRAPAS METÁLICAS

P > 29º

BIOMANTODE FIQUE

RELLENO COMPACTADOMANUALMENTE CON PISÓN


GRAPASESTOLONES o SEMILLAS

PANTALLA EN TABLILLA +PUNTILLAS

ESTACAS EN MADERADIÁMETRO 2" a 4"

SACOS SUELO-CEMENTO(6:1) 0.

10 min

.10

.10

0.50 (min)

0.30

(min

)0.30

.10

L>=0

. 50

0.2 5

(min

)

0.50 min.

0.30

min

.

0.30(min) 0.10(min)

L>=0

.50

0.25

(min

)

disipación de energía. Las bermas deben ser losuficientemente anchas para que exista un sobreanchode protección para los canales, en el caso deproducirse deslizamientos de las coronas de lostaludes resultantes.

Generalmente los canales en taludes se construyenen tamaños y configuración estándar. El ingenierodebe comprobar que este tamaño estándar essuficiente para cada caso en particular y si es necesariodiseñar canales de mayor capacidad.

Recomendaciones para canales interceptores entaludes de carreteras (AASHTO, 1999)

La AASHTO recomienda tener en cuenta los siguientescriterios para el diseño y construcción de canalesinterceptores en taludes de carreteras:

FIGURA 10.14 Cortacorrientes utilizando trinchos.

• La sección del canal debe tener una capacidadmínima para conducir la escorrentía esperada deun aguacero con un periodo de retorno de diezaños, con un borde libre de al menos 100 mm.

• En zonas de alto riesgo como taludes junto aescuelas, hospitales, etc., se recomienda trabajarcon un periodo mínimo de retorno de 100 años.

• El canal puede tener forma parabólica, trapezoidalo en V .

• Los taludes laterales no deben tener pendientesmayores de 2 H : 1 V.

• El ancho mínimo es de 1.2 metros.

• Todo canal debe ser recubierto o revegetalizado.

• Deben eliminarse todas las irregularidades paragarantizar un canal uniforme. Si se requierenrellenos estos deben ser compactadosadecuadamente.


10.2.3 DISEÑO DE CANALES

En el diseño de canales se debe tener en cuenta lossiguientes elementos:

a. Localización. Los canales deben localizarse en talforma que intercepten la mayor cantidad de flujo ya suficiente distancia de los sitios críticos para evitaramenazas de movimientos del canal.

b. Alineamiento. Los canales deben construirse parapermitir un paso suave del flujo. Deben evitarselos cambios fuertes de dirección o de gradiente.

c. Tamaño. El tamaño de los canales debe sersuficiente para conducir el caudal de agua dediseño, con un factor de seguridad adicional.

d. Revestimiento. Los canales deben revestirse conun material que pueda resistir las velocidades delagua.

Si el volumen de escorrentía es significativo, lascunetas deben diseñarse empleando los principios dela hidráulica y si el caudal es pequeño, generalmentese adoptan diseños estándar. Las cunetas puedenconstruirse en concreto simple o armado, o conelementos prefabricados debidamente sellados en elcampo. Una práctica común es el uso de concretolanzado, colocando previamente juntas premoldeadas.Recientemente se ha incrementado el uso de cunetasde medios tubos de concreto, gres, PVC o metal.

Diseño hidráulico

El diseño hidráulico de la cuneta debe proveervelocidades lo suficientemente altas para que nosedimenten (Pendientes de más del 4%) y limitandosu velocidad a diez metros por segundo para que noproduzcan abrasión de los materiales de la cuneta ydeben diseñarse estructuras de disipación para evitarvelocidades excesivas. Los cambios de dirección dela cuneta y estructuras de disipación conducen a quese incremente el área de la sección del flujo y éstedetalle debe tenerse muy en cuenta en el diseño.

El gradiente mínimo de los canales es determinadopor la velocidad de flujo necesaria para evitar lasedimentación. La velocidad no debe ser menor de1.3 m/segundo para el flujo de periodo de retorno de2 años.

El dimensionamiento del canal puede hacerseutilizando la fórmula de Manning, asumiendo unavelocidad máxima permisible de 4 m/seg. y unarugosidad de 0.013. La pendiente mínima permitidaes del 4% para impedir la sedimentación.

Para calcular la velocidad de flujo se puede utilizar lasiguiente expresión:

5.067.01 SRVη

=

Donde

V = Velocidad en m/seg.

η = Factor de rugosidad

R = Profundidad hidráulica media = pA

en metros

S = Pendiente promedio del canal

La separación entre cunetas intermedias debedepender de la intensidad de la lluvia y la pendientedel terreno, así como de la erosionabilidad del suelo.Sin embargo, algunos códigos o manuales sugierenespaciamientos tipo. Por ejemplo, el Uniform BuildingCode (1991) especifica espaciamientos de diez metrosy la Geotechnical Control Office (1984) de Hong Kongrecomienda espaciamientos entre 5 y 8 metros.

Confluencia de canales

Las uniones de canales representan el problema másdelicado en un sistema de drenaje. Ellosinevitablemente causan turbulencia, adicionado porla vulnerabilidad a ser bloqueado por cantos dematerial. Se recomienda en las uniones ampliar lasección de los canales para darles una mayorcapacidad y contener la turbulencia.

Debe hacerse un diseño detallado de la confluenciade un canal a otro. En estos sitios se puede presentarel caso de flujo subcrítico o supercrítico.

En el caso de flujos subcríticos se calculan los perfilesde la superficie de agua en la unión, iniciando en unpunto aguas abajo de la confluencia; balanceando laenergía de cada uno de los flujos que llegan con laenergía en la confluencia, se calcula la altura de flujo.En uniones con flujo supercrítico se puede presentarresalto hidráulico, generación de ondas y escape dela corriente por encima del canal. Se recomiendalevantar en forma importante la altura de los canalesen la vecindad de la unión y en una longitudconsiderable aguas abajo de la unión.Desafortunadamente no existen metodologíasconfiables para calcular la unión en flujos supercríticos.En el caso de curvas se requieren sobreelevacionesen el borde convexo del canal.


FOTOGRAFÍA 10.2 Talud conformado y vegetalizado.

FOTOGRAFÍA 10.1 Conformación del talud previamente al establecimiento de la vegetación.


Pasto

Llave en la tela

Telade filtro

EnrocadoCon esterilla

Mulching o esterilla

EnrocadoTelade filtro

150-225mm

150-225mm

de filtro

Enrocado

Llave en la telade filtro

Telade filtro

FIGURA 10.15 Vegetalización de canales (McCullah, 2001).

Cualquier cambio de dirección cambia el sistema deflujo, por lo tanto las curvas en los cambios dedirección para una velocidad de aproximadamente 2m/seg., deben tener un radio no menor de tres vecesel ancho del canal. Este radio debe incrementarsecuando la velocidad es mayor de 2 m/seg.

Revestimiento de canales en taludes

Las cunetas pueden revestirse utilizando los siguientessistemas:

1. Concreto y mortero o suelo-cemento.

2. Asfalto

3. Fibra de vidrio con asfalto como ligante. Seextienden las fibras en una proporción de 100 a200 g/m2 y luego se cubren con asfalto 1.1 a 1.6litros/m2 (AASHTO 1999).

4. Vegetación (Utilizando un biomanto de protección).Los biomantos deben anclarse enterrándolosmínimo cada 15 metros de intervalo.

5. Enrocado pegado con mortero

6. Enrocado suelto (El tamaño de las piedras debediseñarse de acuerdo a la velocidad del agua).


10.2.4 CANALES COLECTORES YDISIPADORES

El agua recogida por los canales e interceptores esentregada a canales de alta velocidad generalmenteen la dirección del talud. Las alturas verdaderas deflujo son mayores que las calculadas por la ecuaciónde Manning por la presencia de aire atrapado.

Se presentan dos tipos diferentes de canales: El canalrápido y el canal en gradería.

El canal rápido se construye a una pendiente igual ala del talud y en ocasiones se le colocan elementossobresalientes en su fondo para disipar energía. Estesistema es muy utilizado por ser más económico, peropresenta el problema de la poca energía disipada. Alo largo de las canaletas se recomienda colocarelementos que produzcan gran rugosidad paragenerar flujo amortiguado y minimizar la velocidad ensu pie.

En modelos hidráulicos muy sencillos en el laboratoriose puede obtener el valor de rugosidad que se debeemplear de acuerdo a las características de larugosidad. Generalmente se emplean gradas, bloquessalientes de concreto o piedras enterradas en elconcreto.

El sistema de graderías es más eficiente para disiparenergía. El flujo en este tipo de canal es turbulento ydebe construirse un muro lateral de borde libresuficiente para permitir la salpicadura del flujo. En laausencia de datos experimentales, los canales en

d

1.00

L

h

h

L

Cuneta

Muroprotector

Corte

Borde del muro dela torrentera

Canal triangular de coronamiento

Isométrico Perfil

0.01

2

FIGURA 10.16 Torrentera en gradería.

h

l

Flujosupercrítico

ResaltoHidraúlico

Flujosubcrítico

dc

dp dl d2 dc

Esquema general

Detalle

FIGURA 10.17 Régimen de flujo saltante sobre un canal engradería (Mejía, 1999).

gradería pueden diseñarse asumiendo una velocidadde 5.0 m/seg., a través de la sección mínima en lacabeza de cada grada.


Tramo 1

Tramo 2

Tramo 3 Tramo 4 Tramo 5

I =57.7%1

I =21.5%2

I =67.5%3

I =62.5%4Corte longitudinal

Detalla A

Detalle A

Estructuras en gradería

Son estructuras rápidas escalonadas las cuales estánformadas por una serie de gradas o escalones dentrodel canal (Figura 10.16). Este canal en gradas conduceel agua y al mismo tiempo se va disipando energía encada uno de los escalones.

El régimen de flujo de las rápidas escalonadasdepende de las características geométricas y el caudalmanejado por la estructura. Pueden analizarse dossituaciones:

a. Régimen de flujo saltante

En este caso la disipación de energía se generaindependientemente en cada escalón al romperse elchorro en el aire, al mezclarse en el escalón o por formaciónde resaltos hidráulicos (Figura 10.17) (Mejía, 1999).

b. Régimen de flujo rasante (Skimming)

Las gradas actúan como una rugosidad del canaldonde se desarrollan vórtices y la disipación se obtieneen la formación de estas turbulencias en las gradas.Para el diseño de rápidas escalonadas Mejía (1999)recomienda seguir los siguientes pasos:

• Estimar el caudal de diseño

• Evaluar la geometría del canal (pendiente, altura yancho)

• Seleccionar la altura óptima de los escalones paraobtener el sistema de flujo deseado.

• Calcular las características hidráulicas del flujo.

• Diseño de la cresta.

• Calcular la altura de las paredes del canalconsiderando un borde libre de salpicaduras.

FIGURA 10.18 Sistema de vertimiento con vertedero y pantalla utilizada en Bucaramanga-Colombia.


h

0.6

b

S b

d 0.2 b

b

0.26 h

0.6

b

b < 1.4 m

b b b bb b

De acuerdo a las necesidades de disipación y a lascondiciones del flujo se pueden plantear elementosadicionales de disipación en las rápidas, así:

a. Bloques de concreto o salientes en la grada

Son elementos que bloquean el flujo y ayudan en elproceso de disipación.

b. Rápidas escalonadas con tapa

El sistema consiste en una rápida con una serie detapas que interceptan los chorros de agua y facilitanla disipación.

c. Rápidas escalonadas con vertedero y pantalla

Se forza un resalto hidráulico en el escalón utilizandoun levantamiento o contravertedero y se coloca unapantalla para recibir el golpe del flujo (Figura 10.18).

Canal con pantallas deflectoras

Consiste en un canal de sección rectangular y fondoliso dentro del cual se coloca una serie de obstáculoso pantallas deflectoras en ambas paredes del canal(Figura 10.19).

Para caudales pequeños el flujo es desviadolateralmente en forma consecutiva y en caudales altoslos obstáculos actúan como grandes rugosidades quedisipan energía en el fondo del canal.

Rápidas lisas con estructuras dedisipación

Son canales de fondo liso que conducen el agua alpie del talud o a una cañada. En estos canales elagua adquiere grandes velocidades y se requiere la

FIGURA 10.19 Canal disipador con pantallas deflectoras.


LECHOAMORTIGUADOR SACOS EN

SUELO-CEMENTO (6:1)

2 PINES DE ACERODIÁMETRO 1/2" L=0.60m (min)

DISIPADORES EN SACOSDE SUELO-CEMENTO (6:1) F

LUJO

PLANTA - TIPO I

FLUJO

CORTE A-A

SACOS ENSUELO-CEMENTO (6:1) DISIPADORES EN SACOS

DE SUELO-CEMENTO (6:1)

2 PINES DE ACERODIÁMETRO 1/2" L=0.60m (min)

AA

PERFIL LONGITUDINAL

DISIPADORSECCION TRANSVERSAL

DISIPADORES EN SACOSDE SUELO-CEMENTO (6:1)

2 PINES DE ACEROØ1/2" L=0.60m POR

POR CADA DISIPADORCADA DISIPADOR

DISIPADORPERFIL LONGITUDINAL

DISIPADORES EN SACOSDE SUELO-CEMENTO (6:1)

2 PINES DE ACEROØ1/2" L=0.60m PORCADA DISIPADOR

FLUJO

.25.60.25

3.00

1.42

1.58

60º 60º

.30 .40 .70 .40 .30

2.10.25 .25

.50

.30

.50

.30

.50

.30

.60

3.00

0.50

0.50

.20

.30

.50

0.40

.30.50.30.50.30.60

.30

.30

.40

.30

.10

.20

.10

.30

.30.2

0

0.600.25 0.25

0.50

.10

construcción de una estructura de disipación o tanquede amortiguación en el pie del talud. Las estructurasde disipación también se pueden construir en sitios alo largo del canal, de acuerdo a las condicionestopográficas e hidráulicas del canal.

Disipador de caída libre

Consiste en un vertedero y contravertedero en loscuales se trata de producir un resalto hidráulico.

Existe además una gran cantidad de sistemas dedisipación de energía en pozos de aquietamiento,algunos de los cuales se explican en el capítulo 13.

Protección de la entrega de canalesen carreteras

La AASHTO(1999) recomienda que todas las entregasde canales en suelos susceptibles a la erosión seanprotegidas de acuerdo a los siguientes criterios:

• En toda entrega deben construirse estructuras detransición para absorber el impacto inicial del flujoy reducir la velocidad a un nivel que no erosionelas áreas receptoras del flujo (Figuras 10.20 y10.21).

FIGURA 10.20 Protección y disipación de energía en entrega de canal en sacos de suelo cemento.


A

A

FLUJOCORTE A-A

LECHOAMORTIGUADOR

PERFIL LONGITUDINALPLANTA - TIPO I

PAREDES ENCONCRETO SIMPLE

FONDO ENPIEDRA PEGADA

FLUJO

FONDO ENPIEDRA PEGADA

PAREDES ENCONCRETO SIMPLE

1.60

.25

.25

1.00 1.00 2.00

.50

.60

.50

3.00

0.50

0 .50

0.40

.07 0.25 0.60 .070.25

0.50

.10

Pendiente VegetaciónVelocidadpermitida(m/seg)

Pastos de raízprofunda

1.80 a 5%

Pastos de raízpoco profunda

1.2


1.55 a 10%


0.9


1.2Más del 10%


0.9

En suelos erosionables estas velocidades debendisminuirse en un 25% (AASHTO, 1999).

TABLA 10.4 Velocidades permisibles para áreas cubiertascon vegetación.

• Para velocidades bajas se recomienda construir uncolchón protector recubierto en piedra o concreto.Estos colchones se construyen a una pendientecero y con una longitud relacionada con el caudaly el nivel de agua.

• En todos los casos se debe limitar la velocidad, deacuerdo al tipo de suelo y protección (Tablas 10.4y 10.5).

Tipo de suelo Velocidad permisible(m/seg.)Arena fina 0.8Arena gruesa 0.9Arena arcillosa 1.0Grava fina 1.5Arcilla dura 1.5Grava gruesa 1.8Lutitas y sueloscementados 1.8

TABLA 10.5 Velocidades permisibles para suelos desnudos(AASHTO, 1999).

FIGURA 10.21 Protección de entrega de un canal en piedra pegada con mortero.

10.3 PROTECCIÓN DE LA SUPERFICIE DEL TALUD

Para la protección de la superficie del talud se empleageneralmente la vegetación pero en algunos casosse requiere la construcción de otro tipo derecubrimientos, especialmente cuando no es posiblegarantizar el establecimiento y mantenimiento de lacobertura vegetal. En el capítulo 11 se muestran losdiferentes tipos de recubrimiento utilizados, y en elcapítulo 9 los sistemas de protección utilizandovegetación.

Problemas para el establecimiento devegetación

El establecimiento eficiente de vegetación requiere deuna serie de condiciones ambientales que permitansu germinación y crecimiento.

Los principales problemas que dificultan la formaciónde una buena cobertura vegetal son los siguientes:


D = Ø 4" y 6"

BIOMANTODE FIQUE


PERFIL TEÓRICODE COLMATACIÓN

MALLA HEXAGONAL Ø= 5mm

MALLA DE GAVIONES ENALAMBRE GALVANIZADODIÁMETRO>=2mm CON HUECOSHEXAGONALES DE ABERTURANO MAYOR DE 10cms.

MATERIAL

del terreno)

D = Ø 4" y 6"

BIOMANTODE FIQUEPERFIL NATURAL

DEL TERRENOPERFIL TEÓRICODE COLMATACIÓN

PANTALLA RETENEDORA DE

CADA 1.00m TERMINADAS EN PUNTAMATERIAL DE RELLENO

SEDIMENTOS EN BAMBÚ

ESTACAS DE MADERA Ø 4" a 6"

ESTACAS DE MADERA

AMARRES EN

TERMINADAS EN PUNTADE RELLENO

min.20

min

. 0.5

0

D

1.50

< L

< 2

.00

1.00 (max)

.20(min)

.50

(min

)

1.50



PERFIL TEÓRICODE COLMATACIÓN

MATERIAL DE RELLENO

SACOS DE FIBRA DE FIQUEEN SUELO-CEMENTO(6 und. min.)

ESTACAS L=0.45 minimoDIÁMETRO 3" CADA 0.30 mts

TERMINADAS EN PUNTA 1.5< L


Barreras de rollos prefabricados defibras orgánicas y/o sintéticas.

En el mercado internacional se ofrecen una granvariedad de rollos de fibra o “fajinas prefabricadas”.Estos rollos son manufacturados con fibras orgánicasbiodegradables envueltas en malla de fibras sintéticasu orgánicas. Su objetivo es utilizarlos como barreraspara controlar la formación de surcos y cárcavas en eltalud. Son materiales porosos, absorben agua y creanun ambiente favorable para el establecimiento de lavegetación. Se colocan a intervalos regulares paradisminuir la longitud de los flujos libres de escorrentíaa lo largo del talud y en las bermas para facilitar latransición de la pendiente.

Estos prefabricados orgánicos están diseñados parataludes con pendientes suaves (3 H : 1 V) y paradistancias de flujo y caudales pequeños. Su propósitono es depositar sedimentos sino disminuir la velocidaddel flujo del agua.

Recomendaciones para la colocaciónde fajinas prefabricadas

Para la instalación de las barreras de fibras serecomienda tener en cuenta las siguientesrecomendaciones: (California RWQCB-SFBR, 1999)

• Conforme el talud finamente, si es necesario amano, para remover desviaciones puntuales oremover grandes piedras o bloques que puedenimpedir el contacto de la fajina con el suelo.

• Antes de instalar el rollo excave una zanja a lo largode la línea de nivel de aproximadamente 100 mmde profundidad a lo largo de la ruta propuesta deinstalación del rollo.

• Coloque las fajinas dentro de la zanja y coloqueestacas a ambos lados del rollo a espaciamientosde 1.5 metros a lado y lado. Las estacas debentener una longitud mínima de 60 centímetros.Asegúrese que se coloquen estacas cerca de laspuntas de los rollos individuales.

• Cuando se coloquen dos rollos pegados, los rollosdeben asegurarse a presión el uno contra el otro yen ningún momento traslaparse.

• Inspeccione los rollos en forma permanente yespecialmente después de los eventos lluviosos yrepare las fallas.

Barreras con geosintéticos(Silt Fences)

Son barreras verticales de geotextil apoyadas sobrepostes hincados de poca altura. Su objetivo es filtrar

el agua de escorrentía e impedir el paso de sedimentosde las obras en construcción. Generalmente se utilizancomo obras provisionales para controlar lossedimentos durante la construcción.

Para la construcción de barreras con geosintéticos laAASHTO recomienda los siguientes criterios:

• Bajo ninguna circunstancia se permite laconstrucción de barreras con geosintéticos encanales de agua permanente o donde los flujosexcedan un caudal de 0.028 m3/seg.

• La vida útil de una barrera es aproximadamentecinco meses.

• La fibra de geosintéticos debe ser una tela porosade polipropileno, nailon, poliéster o etileno quecumpla con los requisitos del FHWA para filtracióny resistencia.

• Los postes para sostener las telas pueden ser demadera de 100 mm de diámetro o de hierro, conpeso de 2 kg/m., con una longitud mínima de 1.5metros.

• La altura libre de la barrera no debe exceder 0.9metros.

• La tela debe ser continua y no se permiten unioneso traslapos.

• Los postes deben espaciarse máximo tres metrosy deben enterrarse mínimo 0.6 metros.

• La zanja para enterrar al geotextil debe tenermínimo 200 mm de profundidad. Una vez colocadala tela debe rellenarse la zanja y compactarseadecuadamente.

• Cuando se utilizan telas estándar se debe colocaradicionalmente una malla y alambre parasostenerla.

Barreras de ramas

Son cúmulos de ramas que se colocan comoretenedores de sedimentos. Estas barreras se colocancerca del pie de los taludes en la construcción decarreteras (AASHTO 1999). Su altura es superior a unmetro, y su ancho de 1.5 a 3 metros.

Para la construcción de barreras con ramas la AASHTO(1999) recomienda tener en cuenta los siguientescriterios:

• Solamente se deben utilizar en áreas de bajavelocidad de flujo.

• La altura mínima de la barrera es de un metro.

• El ancho mínimo de la barrera es de 1.5 metros.

• La barrera debe construirse con ramas y raíces dehierbas y juncos cortados para la construcción dela obra.


• Arriba de la barrera debe excavarse una zanja demínimo 100 mm de profundidad.

• Encima de la barrera debe colocarse una tela defiltro, asegurada mediante ganchos.

Barreras de enrocado

Son diques de poca altura para la sedimentación deresiduos de suelos de una obra transportados por lascorrientes efímeras de agua.

Para la construcción de estas barreras de piedra sedeben tener en cuenta los siguientes criterios:

• Debe utilizarse piedra entre 50 y 75 mm dediámetro.

• El área de drenaje no debe exceder 4 hectáreas.

• La altura máxima de las presas no debe ser mayorde 0.6 metros.

• El centro de la presa debe estar por lo menos 15mm por debajo de los bordes.

Diques sedimentadores

Los diques sedimentadores represan cantidadesgrandes de agua para sedimentar los materialesarrastrados por el agua y en suspensión. Se puedenconstruir del tamaño que se requiera de acuerdo alárea de la cuenca y los caudales de agua. Puedenconstruirse en corte o en lleno.(AASHTO 1999).

El sistema consiste en una presa, un área parasedimentación y un sistema de vertedero controlado.Para el diseño y la construcción de diquessedimentadores se recomienda tener en cuenta lossiguientes criterios: (AASHTO 1999):

• La máxima área de drenaje recomendada es de60 hectáreas.

• La capacidad de acumulación de la represa debeser de mínimo 127 m3. por hectárea de área dedrenaje, medida por debajo del vertedero.

• Los sedimentos deben removerse de la represacuando el volumen libre se ha reducido a 64 m3

por hectárea de área de drenaje.

• En todos los casos no debe permitirse que el fondodel embalse esté por encima de un nivel de 0.6metros por debajo de la cresta del vertedero.

• Si se desea una vida útil de más de 18 meses debendiseñarse como estructuras permanentes,siguiendo las metodologías de diseño de presasde tierra.

• La cresta de la presa debe tener un ancho mínimode 2.5 metros y los taludes deben ser menoresque 2H:1V, Para alturas de máximo 3.0 metros y2.5H:1V para alturas hasta de 4.5 metros.

• Los vertederos deben diseñarse para un caudalde un periodo de retorno superior a 10 años, deacuerdo a los niveles de riesgo.

• Las velocidades máximas permitidas dependen deltipo de revestimiento y del sistema de vertederoutilizado.

• El relleno de la presa debe ser material de excelentecalidad debidamente compactado.

• Previamente a la colocación del relleno de la presadebe limpiarse la zona de cimentación, retirandotodos los materiales sueltos o con raíces.

• Los taludes deben revestirse para protección contrala erosión.

• Los taludes de la presa deben diseñarse en talforma que la presa actúe como vertedero deemergencia sin sufrir daños importantes.

Mallas de alambre

En los taludes con bloques sueltos de roca que puedencaerse se acude con frecuencia a la colocación demallas ancladas para sostener los bloques.

Para el diseño de mallas generalmente se acostumbrael siguiente procedimiento (Japan Road Association,1984):

a. Determinar la sección del cable vertical parasostener el peso de la piedra de mayor tamaño.

b. Determinar la sección de los cables horizontalescapaces de resistir el peso de las piedras quepueden caerse distribuyendo este peso a todo lolargo del cable entre dos puntos de anclaje.

c. Determinar el tipo y características de la mallacapaz de resistir el peso de las piedras en lasmismas condiciones del numeral b.

d. Calcular la resistencia y diseñar el anclajeasumiendo que toda la carga de cada cable estransmitida al ancla.

Barreras flexibles para retención debloques

Estas barreras deben diseñarse para resistir el impactode las piedras. La energía del bloque debe repartirseentre la energía absorbida por la malla, la absorbidapor los cables y la absorbida por los postes de anclaje.Frecuentemente se combinan las mallas con una seriede elementos que absorben el impacto como son lasllantas usadas o materiales de arena. Las energías ytrayectorias de los bloques de roca son elementosesenciales para diseñar una estabilización y medidasde protección. Para este diseño existen algunosprogramas de Software de los cuales el más populares desarrollado por el departamento de carreteras deColorado (Wolcott 2001).


10.4 ESTABILIZACIÓN DE CÁRCAVAS

Tipo de obra Objetivo CaracterísticasEstructuras para el control delfondo de la cárcava.

Impedir la profundización del canalde la cárcava.

Diques para control de pendiente orecubrimiento del fondo del canal.

Estructuras para la entrega decorrientes en el escarpe de lacárcava.

Disminuir la velocidad y turbulenciadel agua en su paso por la cárcava.

Torrenteras y otras estructuras de entrega y/oestructuras de disipación en el pié delescarpe.

Protección o recuperación delárea de la cárcava.

Aumentar la resistencia a la fuerzatractiva del suelo superficial.

Revestimiento con vegetación, o estructurade biotecnología.

Manejo de aguas deescorrentía.

Captación y desviación de lascorrientes de agua.

Canales desviadores, cortacorrientes yestructuras de entrega y disipación.

TABLA 10.6 Obras para el control de erosión en cárcavas

10.5 CONTROL DE EROSIÓN DURANTE LACONSTRUCCIÓN DE OBRAS CIVILES

Las cárcavas se generan por la ve loc idadexcesiva de corrientes concentradas. El controlde la erosión en cárcavas incluye obras para el

control de escorrentía, control del fondo de lacárcava y protección de la superficie del talud(Tabla 10.6)

La construcción de obras de ingeniería generaproblemas graves de erosión y la producción decantidades muy grandes de sedimentos. Al removerla vegetación para la construcción de las obras lasuperficie del terreno queda expuesta al golpeo delas gotas de lluvia y se producen fenómenos de erosiónlaminar, en surcos y en cárcavas como se indicó enlos capítulos 1 y 2. Estos sedimentos sontransportados por el agua de escorrentía hacia loscauces de agua ocasionando daños ecológicosenormes, especialmente a la fauna y flora de loscuerpos de agua. En los países desarrollados existelegislación muy estricta para obligar a los constructoresa controlar tanto la erosión como lossedimentos(California RWQCB-SFBR 1999). En lospaíses de América del sur los grupos ambientalistasestán presionando por un control más estricto a estafuente importante de contaminación, y se requieremejorar tanto en la legislación como en el control.

Control de erosión en obras civiles enzonas tropicales

Los ambientes húmedos tropicales sonparticularmente vulnerables a cualquier alteración delmedio ambiente. Existe una relación muy íntima entrelos suelos y la vegetación. La remoción de la coberturavegetal, así sea temporal genera un ciclo vicioso dedegradación, el cual es muy difícil de romper.

El restablecimiento de la cobertura vegetal en zonasque han sido deforestadas presenta una serie deproblemas especiales, debido especialmente a la faltade nutrientes que dificultan el establecimiento de lavegetación y a la gran intensidad de las lluvias quedestruyen las obras de control de erosión antes deque se haya establecido totalmente la vegetación.

Para el manejo de obras de ingeniería civil en zonastropicales se recomienda utilizar los siguientescriterios:

• No se debe remover la vegetación existente hastael momento mismo de la construcción de la obra.Es irresponsable mantener expuesto el suelodurante períodos largos de tiempo.

• La vegetación es el mejor sistema de control deerosión en los trópicos. El control de sedimentosutilizando obras de ingeniería solamente no eseficiente para el control de la erosión. En todoslos casos se requiere revegetalizar.

• Inmediatamente después de realizado el corte sedebe fertilizar y sembrar utilizando sistemasefectivos de revegetalización (Ver capítulo 7).

• La revegetalización debe diseñarse utilizandoespecies nativas y limitando el uso de especiesexóticas.


4"

Pasos provisionales controlados sobrelas cañadas

Lavallantas a la salida de la obra

Bolsas de arena en las cañadas Barreras con geotextilBarreras de paja

Grava y geotextil en los sumideros Barreras de ramasCubiertas permeables dentro de los sumideros

1.5 - 3.0m var.

0.50

m

Plan maestro para el control deerosión en una obra

En la construcción de una obra donde se va a intervenirel suelo y la cobertura vegetal se debe diseñar un planmaestro para el control de la erosión.

La AASHTO recomienda seguir el siguienteprocedimiento general:

a. Determinar los límites de las áreas a intervenir.Debe decidirse exactamente que áreas deben serintervenidas para construir la obra. Debe darseespecial atención a áreas críticas de erosión quepor alguna razón deben ser intervenidas.

b. Dividir el área de la obra en áreas de drenaje.Determinar como va ser el paso de escorrentía porencima del lote y como puede controlarse laerosión y la sedimentación en cada pequeña zonade drenaje.

c. Seleccionar los sistemas que se van a utilizar, loscuales se clasifican en tres grandes categorías:

1. Control de la erosión

Practicas dirigidas a proteger la superficie del suelo yprevenir el desprendimiento de partículas por accióndel agua y del viento.Debe tenerse en cuenta que la vegetación es la mejorforma de control de erosión, sin embargo para suestablecimiento se requieren prácticas adecuadas orevestimientos de protección.

2. Control de sedimentos

Atrapar los sedimentos después de que han sidodesprendidos por acción del agua y del viento. Sonsistemas pasivos de sedimentación o filtración paraevitar que los sedimentos producidos por laconstrucción lleguen a los cuerpos de agua (Figura10.24).

FIGURA 10.24 Métodos para controlar los sedimentos en una obra en área urbana o suburbana.


Actividad de control Objetivos CaracterísticasPreserve la vegetaciónexistente.

Minimizar las áreasdesnudas expuestas a lalluvia.

Elabore un cronograma de intervención. No corte hasta elmomento en que realmente se requiere cortar. No realicetoda la intervención al inicio de la obra. No intervenga lazona que no se va a construir. Guarde el suelo y la hierbadel descapote para la resiembra.

Corte dejando gradas yrugosidades.

Disminuir la longitud delos taludes.

Construya zanjas y gradas en zonas intermedias de loscortes. Construya terrazas provisionales de control. Manejelas huellas de los equipos de oruga paralelamente a laslíneas de nivel.

Revegetalice y proteja amedida que avanza laobra.

Disminuir el área y eltiempo de exposición a lalluvia y escorrentía.

Utilice sistemas de Mulching , biomantos o hidrosiembra.Vaya utilizando para resiembra el suelo vegetal y la hierbaque debió salvar en el descapote. Utilice especies derápida germinación y crecimiento y estacas vivas.

Proteja de la formaciónde nubes de polvo.

Disminuir la erosión poracción del viento.

Utilice agua permanentemente para mantener húmedas lasáreas expuestas. Utilice compuestos como Cloruro decalcio, silicatos, sal, aceites vegetales, etc. (Ver capítulo 6 ,productos para controlar el polvo).

Piscinas, lava-llantas enlas porterías de acceso

Evitar que las llantas delos vehículos llevensedimentos hacia fuerade la obra.

Piscinas en forma de batea, colocadas sobre la vía deacceso. Las llantas de los vehículos al pasar se lavandepositando los sedimentos. Deben limpiarse las piscinastodos los días para retirar los sedimentos depositados.

Estabilización de lassuperficies de carreteo.

Disminuir el polvo y evitarerosión por el tránsito.

Cubrir con material de subbase y base granularpermanentemente las zonas de carreteo para impedir quelos vehículos recojan barro y sedimentos.

Drenajes temporales enlos taludes.

Evitar la formación decárcavas.

Son mangueras flexibles o rígidas provisionales, que secolocan en los sitios de concentración de flujos, paraconducir las aguas de arriba a abajo de los taludes, antesde que se construyan los drenajes definitivos..

Barreras de geotextil Son cercas enterradas degeotextil para atrapar lossedimentos

En todos los sitios de salida de agua escorrentía de la obrase construyen cercas de geotextil soportadas por estacas,las cuales filtran el agua y detienen un porcentajeimportante de sedimentos.

Obras diversas deatrape de sedimentos.

Sedimentar o filtrar lossedimentos antes de queel agua salga de la obra.

Barreras de piedra, barreras de ramas, barreras de bolsasde polipropileno llenas de grava y sistemas patentados deatrape de sedimentos.

Este tipo de obras deben seleccionarse, diseñarse yconstruirse adecuadamente.

3. Manejo adecuado de la obra

Este es tal vez el mejor sistema de control de erosión.La planeación de la secuencia de la construcción, eltiempo de exposición de las áreas a la lluvia, elmantenimiento y el control permanente sonresponsabilidades que deben asignarse aprofesionales específicos dentro del grupo de trabajo,pero todos los profesionales y todos los obreros debenentender los procedimientos que se deben seguir paratener una obra sin problemas de erosión ysedimentación.

Normas generales de manejo

Se sugiere cumplir los siguientes lineamientos paramitigar el problema de erosión y sedimentación enlas obras de ingeniería:

1. Corte los materiales de acuerdo al tipo de suelo ysiguiendo las líneas de nivel de arriba hacia abajo,evitando taludes fuertes y deslizamientos.

2. Mantenga la vegetación en la mayor cantidad deárea posible. No corte áreas que no se requiereintervenir.

3. Realice los cortes y llenos en temporadas secas(En Colombia los meses de Noviembre a Febrero).

TABLA 10.7 Control de erosión en construcciones civiles.


de arena

Flujo

300mm

225mm

300mm

3/4" triturado

Flujo

200mm

3 mt. con refuerzo

Colocar malla y sobre ella

Poste metálico

Altura máxima 1.0 mt.

Máximo

Mínimo

Zanja profundidad150 mm rellena

Flujo

Con zanja

Mínimo

geotextil no tejido

Sin zanja

1.8 mt. sin refuerzo

Espaciamiento máximo

o de madera

4. Minimice la longitud de los taludes construyendobermas intermedias para controlar la velocidad delagua de escorrentía.

5. Después de cortar vaya revegetalizandoinmediatamente o colocando capas de protecciónde la superficie del terreno (Mulching). No dejeáreas expuestas por más de 48 horas.

6. Construya zanjas de desvío de las aguas deescorrentía para alejarlas de las zonas expuestas.

7. Si hay sitios de concentración de agua avelocidades o turbulencias altas construyaestructuras de disipación de energía.

8. Construya canales protegidos dentro de la obrapara manejas las aguas concentradas.

9. Atrape los sedimentos utilizando piscinas obarreras antes de que salgan de la obra.

10. Inspeccione permanentemente la obra para tomarmedidas de prevención y control.

Control de erosión durante laconstrucción de carreteras

Para la construcción de carreteras la AASHTO (1999)recomienda tener en cuenta los siguientes criteriosespecíficos:

• Se debe colocar una cobertura definitiva paraproteger las superficies expuestas de los taludes,dentro de los 15 días siguientes después de quese llegó a la cota definitiva en cualquier sitio deltalud.

• Los depósitos de material deben recubrirse conmembranas para evitar su erosión y alrededor deellos deben colocarse trampas para prevenir eltransporte de sedimentos.

• Debe colocarse vegetación permanente en todaslas áreas denudadas.

FIGURA 10.25 Barrera – filtro para sedimentos en la construcción de una obra (McCullah, 2001).


FOTOGRAFÍA 10.4 Barreras internas en zanjas de oleoductos enterrados

FOTOGRAFÍA 10.3 Manejo de aguas de escorrentía utilizando elementos prefabricados de concreto.


• Las áreas adyacentes a los sitios de obra debenprotegerse utilizando barreras para sedimentos.Estas barreras deben construirse antes de iniciarlos movimientos de tierra.

• Deben construirse ductos provisionales para llevarlas aguas de las partes altas a las bajas. No debepermitirse el movimiento de flujos concentradossobre los taludes no protegidos.

• Deben desviarse del sitio de obra todos losdrenajes de áreas superiores a dos hectáreas,utilizando canales provisionales o permanentes.

• Si la zona intervenida cubre áreas muy grandes,deben construirse diques para el control desedimentos, debidamente diseñados.

• No debe permitirse el cruce de vehículosdirectamente sobre las cañadas o corrientes deagua. Se recomienda la colocación de puentesprovisionales.

Control de erosión en construcción deredes eléctricas

En el diseño y construcción de redes eléctricas serecomienda tener en cuenta las siguientesrecomendaciones específicas (Cook y Hollifield, 1998):

• Diseñar la ruta para disminuir a un mínimo laDEFORESTACIÓN.

• Construir caminos de acceso por zonas con lamínima intervención posible del medio natural.

• Colocar grava sobre los caminos de acceso paradisminuir la erosión.

• Construir puentes provisionales para el paso delos caminos de acceso sobre cañadas. Utilizarpuentes desarmables portátiles.

• No cortar la vegetación sobre el derecho de vía,donde no sea estrictamente necesario (Figura10.26). En lo posible cortar la vegetaciónsolamente en los sitios de torre.

• Mantener siempre los arbustos y hierbas.

• No utilizar equipos pesados. Las licenciasambientales deben limitar el tamaño de los equiposa utilizar.

• Revegetalizar todos los sitios de torre.

• Colocar rápidamente la cimentación y la estructurapara disminuir el tiempo de exposición del suelodesnudo a la lluvia.

• Una vez construidas las torres revegetalizar loscaminos de acceso.

Limpiaralrededor dela torre

Sembrarpastos

Cortara mano

Especial permitir cortar la vegetación

Cortara mano

Especial

Limpiaralrededor de la torre

Sembrarpastos

8 metros deGalibo

En esta área no se debeÁrea Área

FIGURA 10.26 Sistema para la conservación de la vegetación en la construcción de líneas de conducción eléctrica (Cook yHollifield, 1998).


ANCLAJE TERMINAL

ANCLAJE INICIAL

ANCLAJE TRANSVERSAL CADA 7.0 METROS

ANCLAJES INTERMEDIOS

ANCLAJE LONGITUDINAL

GANCHOS A INTERVALOSDE 1.0 METRO

150mm

300mm

300mm

150mm

150mm

150mm

10.6 PROTECCIÓN DE LOS TALUDES DE LAS CARRETERAS

La construcción de las vías de comunicación terrestrerequieren de grandes cortes y grandes terraplenes conmodificaciones sustanciales de la topografía y laeliminación de la cobertura vegetal protectora natural.Las carreteras son las obras de ingeniería queproducen mayores volúmenes de erosión y desedimentos.

Se requiere tomar una serie de medidas de control deerosión durante la construcción de la vía y diseñar yconstruir obras permanentes para al control de laerosión durante la vida útil de la vía (TransportationResearch Board 1980) (Tabla 10.8).

FIGURA 10.27 Protección de un canal a la entrega de una alcantarilla, utilizando un manto o esterilla (McCullah, 2001).


Tipo de obra Objetivos CaracterísticasConformación de taludesen corte.

Disminuir la amenaza dedeslizamientos de tierra y erosión.

Pendientes estables para movimientos en masay para erosión en surcos y cárcavas. Debecomplementarse con el control de aguas y laprotección de la superficie de los taludes.

Conformación deterraplenes.

Disminuir la amenaza dehundimientos, falla de la banca yerosión.

Taludes estables de acuerdo a la calidad delmaterial de suelo, contactos estables entre ellleno y la fundación, cimentación y subdrenajesque garanticen la estabilidad.

Bermas y gradas en lostaludes

Controlar la erosión en surcos ycárcavas y mejorar la estabilidad adeslizamiento, tanto en los cortescomo en los terraplenes

Construcción de gradas a bermas que garanticenvelocidades aceptables de las aguas deescorrentía sobre el talud. El ancho y pendientede las bermas deben ser suficientes para captary conducir el agua a un sitio seguro.

Desvío de aguas arriba delos taludes.

Disminuir la escorrentía sobre el taludpara evitar la formación de cárcavas ydisminuir la infiltración.

Zanjas de buena capacidad y pendienterevestidas, localizadas a una distancia arriba dela corona que garantice su propia estabilidad.

Control de aguas dentrode los taludes.

Evitar la formación de surcos ycárcavas.

Cunetas, cortacorrientes, o estructuras parainterceptar las aguas y/o disminuir la velocidaddel flujo.

Cunetas en la vía Controlar las aguas en la vía y evitarla infiltración y la erosión

Cunetas revestidas de capacidad suficiente paracaptar y conducir las aguas de escorrentíaprovenientes del talud y de la vía.

Bordillos Controlar la erosión Estructuras junto a la cuneta o la vía para evitarque las aguas se escapen y corran sobre lostaludes.

Lavaderos Conducir las aguas recolectadas porlas cunetas y evitar la erosión.

Estructuras en forma de canal, la dirección de lapendiente del talud que conduzcan las aguas aestructuras de disipación de energía.

Estructuras de disipaciónde energía.

Conducir las aguas recolectadas ydisipar su energía

Canales rugosos, graderías o cámaras de caídaque disipen la energía del agua.

Control de la pendiente delos cauces.

Disminuir la erosión en los cauces ocañadas que atraviesan la vía.

Trinchos o estructuras de control de fondo de loscauces que permitan garantizar una pendienteestable.

Protección de la superficiede los taludes yvegetación

Controlar la erosión en surcos ycárcavas.

Revegetalización de la superficie de los taludes,surcos de vegetación o recubrimientos duros yblandos.

Estructuras colectoras yAlcantarillas.

Recolectar las aguas controlando laerosión.

Estructuras hidráulicamente diseñadas yconvenientemente localizadas en tal forma queno se generen problemas graves de erosión.

Estructuras en el pie delas alcantarillas.

Evitar la formación de cárcavas en lasentregas de las alcantarillas.

Revestimientos y estructuras de disipación aguasabajo de las alcantarillas, diseñadas en tal formaque se evite totalmente la formación de cárcavasde erosión.

Manejo de los sitios dePuentes.

Construcción de puentes en tal formaque no se produzca erosión nisedimentación.

Localización adecuada de los puentes, luzsuficiente, contracción mínima del cauce yestructuras de manejo de las aguas que eviten lasocavación y no produzcan daños irreparablesen la morfología del río.

Compactación adecuadade llenos

Control de la erosión y garantía decalidad de la calzada de la vía.

Compactación en capas sobre superficies planascon materiales de buena calidad que garantice elbuen comportamiento del terraplén.

Subdrenes Control de erosión y calidad de lacalzada de la vía

Manejo de las aguas infiltradas y aguassubterráneas en tal forma que se garantice laestabilidad de la calzada, de los pavimentos y lostaludes.

TABLA 10.8 Obras permanentes para el control de erosión en vías terrestres.


SECCION

D'

d'

MIN.0.5 X D'

d50 >6"

PLANTA

4.0 x D' MIN.

Nivel del terreno

La = 4.5 x D' MIN.

gruesoMaterial

Nivel dematerial

Alcantarillas y box coulverts

Una alcantarilla tiene por objeto conducir el agua deun sitio a otro. El caso más común es el del paso delagua a través de una vía. Las alcantarillas deben tenersuficiente capacidad para transportar el agua esperaday suficiente resistencia para soportar las cargas detrafico, cargas muertas, etc.

Es importante para toda alcantarilla determinar el áreade drenaje con mucho cuidado para poder calcularlos caudales máximos recogidos. Igualmente se debeanalizar el uso de la tierra en el área de drenaje.

Generalmente las alcantarillas se construyen en el sitiodonde existían cañadas o corrientes no permanentesde agua. En estos casos la alcantarilla debe diseñarse

FIGURA 10.28 Protección con enrocado en la entrega de una alcantarilla o canal (McCullah, 2001).

para que tengan una mayor capacidad de transportede sedimentos que la corriente misma, con el objetode impedir sedimentación dentro de la alcantarilla.

La alcantarilla debe diseñarse como canal abierto yno debe permitirse que trabaje a presión. Dentro dela alcantarilla no debe existir un cambio de pendientemayor a menor para impedir sedimentación.

Diseño de alcantarillas

Las alcantarillas y box coulvert se diseñan para quetengan la sección suficiente para el paso del caudalde diseño sin causar daño a los terraplenes o al suelocontiguo. En la practica, según el TRRL (1992) estose logra limitando la altura de la inundación en el ladoaguas arriba de la alcantarilla. El área requerida dealcantarilla es el área requerida para permitir un flujo


USBR Tipo IV

Colorado State University

St. Anthony

Contra Costa Country, Calif.

USBR Tipo VI Entrega en T

Caída vertical

Virginia Departament of Highways and Transportation

FIGURA 10.29 Alternativas de disipadores de energía en entregas de alcantarillas (North Carolina Erosion Control Manual).

que mantenga la cabeza de agua, aguas arriba delbox por debajo del nivel crítico. La cabeza aguas abajose toma como el nivel de la creciente antes de construirel terraplén o la parte superior de la alcantarilla, el valormás alto entre los dos (TRRL, 1992).

La cabeza de operación H se define como hu – hd.

Donde hu es la cabeza aguas arriba y hd es la cabezaaguas abajo.

La cabeza H es igual a la suma de las perdidas decabeza en la alcantarilla.

H = he + hf + ho

Donde he es la pérdida en la entrada, hf es la pérdidapor fricción y ho es la perdida en la salida.

Estas perdidas se pueden calcular con las siguientesexpresiones:

gkh ee 2

V.2

=

gkh oo 2

V.2

=


HW

Elev. A

Elev. BS Elev. C

Elev. EElev. D

TW

B/2

W/2

X

3dc

L I L/B L E L s

Entrada

Media planta

Expansión Aquietamiento

Perfil

CuerpoCL

6 mm elipse

A

Wo

12.5

Revestimiento

Do

Do2.5

Do5 Do

Do0.5Do0.5

Planta Seccion A-A

FIGURA 10.30 Dimensiones a diseñar para la disipación de energía en un box coulvert (AASHTO, 1999).

gDLfhf 2

V..2

=

Donde:

V = Velocidad de flujo (m/seg.)g = Aceleración de la gravedad (m/seg2)D = Diámetro interno de la alcantarilla (m)

Para box coulvert de concreto se puede asumir lossiguientes valores;

Ke = 0.15f = 0.016Ko = 1.0 (para todo tipo de alcantarilla)

Para alcantarillas metálicas corrugadas

Ke = 0.9 y f = 0.075

Protección de entregas dealcantarillas

Se deben diseñar y construir mantos protectores yestructuras de control para la protección de la saliday entradas de alcantarillas para prevenir la erosión.

Fletcher y Grace(1974) recomiendan construir un canalrevestido con taludes laterales 2H : 1V y longitud 5veces la altura del box. Al final del canal se debeenterrar el revestimiento

FIGURA 10.31 Canal revestido debajo de box coulverts de acuerdo a recomendación de Fletcher y Grace (1974).


0.5

1.0

0.5

Variable

1.0

1.0 2.0 1.01.0 2.0 1.0

4.0

Defensa en gavionesEmpotramiento en gaviones

Conducto

Suelo seleccionado LL > 3D

Empotramiento en gaviones

2.0

Defensa en gaviones1.0

0.30 - 0.50

1.00.5

Sección

Entrada

Salida

Salida

FIGURA 10.32 Protección en gaviones para alcantarillas en tubería.


variableRevestimiento Proteccion en gaviones

Cajón enhormigón armado Diente en

hormigón armado

0.23 - 0.30

1.00

3.00

1.00

L

L = 2.50 - 3D

variable

D0.30 - 0.50

Revestimiento

Cajón de hormigónArmado

2.003.00

2.00

2.00L

3.00 4.00

variab

le4.0

0

Tapete

FIGURA 10.33 Protección en gaviones para box coulverts.


L

2.00

4.00

Variab

le4.0

02.0

0

1.00D

Variab

le

D

D

Variabl

e

2.00 1.00

Variabl

e

4.00

4.00

2.00 1.00

a) Salida en cauce no definido

b) Salida con transición a la sección trapecia

c) Salida encajonada con ensanchamiento brusco

FIGURA 10.34 Protección en gaviones para box coulverts compuestos.


1.00 4.00 1.00 2.00

3.00 1.00

6.00

0.50

21.5

B

B

VariableCajón en hormigón armado

Protección en gaviones

Filtro engeotextil

4.002.00 2.00

0.501.001.00

1.00


Filtro en geotextil


Sección longitudinal

Sección B-B

10.7 PROTECCIÓN DE DERECHOS DE VÍA DE OLEODUCTOS

FIGURA 10.35 Protección en gradería para box coulverts.

Los oleoductos y gasoductos requieren de laconformación de un derecho de vía DDV a lo largo delcual se colocan los ductos, tanto enterrados comoexpuestos sobre la superficie. Para la construccióndel derecho de vía se requiere realizar cortes y rellenosy la remoción de la vegetación original.

Espaciamiento de Cortacorrientes

El espaciamiento de los cortacorrientes depende delos siguientes factores:

a. Intensidades máximas de las lluvias

b. Pendiente del derecho de vía

c. Erosionabilidad del suelo del DDV

d. Cobertura vegetal.

Se han elaborado tablas y gráficas para determinar laseparación entre cortacorrientes en derechos de víade oleoductos (Figura 10.37).

Control de erosión interna en laszanjas

Las zanjas dentro de las cuales se colocan los ductospueden tener grandes pendientes y longitudes y a lolargo de ellas se forman corrientes internas de agua,


Tipo de obra Objetivos CaracterísticasCortes para conformacióndel DDV.

Uniformización de la pendiente.Disminución de la pendiente.

Eliminación de cambios bruscos de topografía.Conformación de una pendiente estable.

Rellenos paraconformación del DDV.

Conformación de una pendienteuniforme.

Relleno de depresiones y construcción derellenos para disminuir la pendiente.

Control lateral de lomosde colinas.

Controlar la erosión y deslizamientos alado y lado del lomo.

Muros en gaviones, piedra o tierra reforzada,trinchos con estacas o postes profundos.Subdrenes.

Cortacorrientes. Disminuir la longitud de recorrido yvelocidad del agua.

Canales o diques transversales al derecho devía para recolectar y conducir lateralmente elagua.

Canales longitudinales. Colección, manejo y entrega de lasaguas recolectadas.

Canales revestidos en suelo-cemento, concretoo vegetación.

Entregas de los canales. Disipar la energía del agua en laentrega.

Ampliación de los canales, bloques disipadoreso estructuras de disipación.

Protección de la superficiedel DDV.

Control de la erosión por golpeo de lalluvia, laminar, en surcos y cárcavas.

Obras de bioingeniería o de biotecnología.

Control de erosión internaen las zanjas de ductos.

Controlar las corrientes de agua que seforman a lo largo de las zanjas.

Cortacorrientes internos y subdrenes.

Pasos Subfluviales Proteger el ducto de la erosiónproducida por la corriente.

Zanjas profundas, elementos de proteccióndentro de la zanjas y estructuras laterales juntoa la corriente.

Manejo de corrientestransversales.

Control de la erosión en las cañadas ytorrentes.

Estructuras de control lateral y de fondo de lascorrientes.

TABLA 10.9 Obras para el control de erosión en derechos de vía de oleoductos.

Scc (espaciamiento)

Cortacorrientes

Canal derecolección

Desague a corriente naturalcada 5 cortacorrientes comomáximo



Cortacorrientes

Scc (espaciamiento)

Canal derecolección

FIGURA 10.36 Esquemas típicos de localización de cortacorrientes en derecho de vía de oleoductos (Ecopetrol Ingeniería yGeotecnia).


LOMO REVEGETALIZADO

MADERA Ø>5"(Poste o tablon)

SACOS ENSUELO-CEMENTO

TUBO GASODUCTO.80

1.20

.20 .20 .40 Aprox.

.50

.20 B=Variable .20

H

DIÁMETRO 20"

SECCIÓN LONGITUDINALSECCIÓN TRANSVERSAL

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 105

50

45

40

35

30

25

20

15

10

5

0

Terreno normal

Terreno erodable o condicionesclimáticas severas

SEP

AR

ACIÓ

N S

cc (m

)

PENDIENTE LONGITUDINAL DE DERECHO DE VÍA (%)

las cuales pueden adquirir velocidades muy grandesy producir cárcavas internas de erosión, las cualespueden afectar la estabilidad del ducto.

Para controlar la erosión interna se utiliz

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Control de Erosion en Zonas Tropicales · CAPÍTULO 10. CONTROL DE EROSIÓN EN TALUDES Y OBRAS DE INGENIERÍA 351 60º 50º 40º 30º 0.5 1000 1500 2000 2500 Zona Inestable Estable