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FORMACIÓN COMPLEMENTERIA PREVENCIÓN, MANTENIMIENTO Y CONSTRUCCIÓN DE OBRAS DE ARTE
PARA VIAS SENA
OSWALDO HURTADO FIGUEROA INSTRUCTOR DE CONSTRUCCIÓN SENA Email: [email protected] Cell: 314-3026758
Obras de arte
http://www.wikivia.org/wikivia/index.php/Tipos_drenajes_subterr%C3%A1neos
Muchos alguna vez nos habremos hecho la pregunta de porque se le llama "Obra de Arte" a las obras hidráulicas mayormente en carreteras, el origen de este término que es muy usado en algunos países posiblemente tenga su origen en la siguiente hipótesis.
Según los franceses tienen dos palabras diferentes para "obra", y podemos expresarlo de esta manera:
Ouvre d'art
(obra de arte)
Ouvrage d'art
(obra de arte)
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Este término pudo haberse acuñado a través de la influencia francesa en la construcción en Argentina, con incluso la llegada de ingenieros y arquitectos franceses en los siglos XIX y principios del XX, lo que se refleja en sus numerosas edificaciones.
El idioma español al tener solamente la palabra "obra", hace que aparezca la ambigüedad. Este término, aparentemente según investigaciones no se utiliza en el idioma inglés o el alemán o en el español de España.
una Obra de Arte es una estructura sólida destinada a canalizar aguas que deben cruzar una calzada o calle.
SISTEMA DE DRENAJE
se define sistema de drenaje al dispositivo específicamente diseñado para la
recepción, canalización de las aguas que puedan afectar directamente las
características funcionales de cualquier elemento integrante de la carretera.
Dentro de esta amplia definición se distinguen diversos tipos de instalaciones
encaminadas a cumplir tales fines, agrupadas en función del tipo de aguas que
pretenden alejar o evacuar. Podemos dividirlas en dos grupos:
Drenaje superficial
Drenaje profundo
Es práctica habitual combinar ambo sistemas, superficial y subterráneo, para conseguir una total y eficiente evacuación de las aguas.
DRENAJE SUPERFICIAL
Conjunto de obras destinadas para la recogida de aguas pluviales o de
deshielo, su canalización y evacuación a los cauces naturales o sistemas de
alcantarillado.
Las aguas pluviales caídas tanto sobre las calzadas como sobre los taludes
adyacentes a la misma, en el caso que existan, hace necesario disponer
elementos específicos destinados a recoger y canalizar longitudinalmente
dichas precipitaciones.
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se divide en 2 subgrupos:
Drenaje longitudinal
Canaliza las aguas caídas sobre la plataforma y taludes de la
explanación de forma paralela a la calzada, para ello se emplean
elementos como:
Cunetas
Colectores
Sumideros
Bajantes
CUNETAS
La cuneta puede definirse como una zona longitudinal situada en el extremo de
la calzada y que discurre paralela a la misma cuya misión es la de recibir y
canalizar las aguas pluviales procedentes de la propia calzada y de la
escorrentía superficial del talud de desmonte si es que existe.
Además de esta función principal, las cunetas prestan otro tipo de funciones
útiles para el correcto funcionamiento de la estructura viaria, como son:
Evacuación de las aguas infiltradas tanto en el firme como en el terreno
circundante.
Servir de almacén eventual de la nieve retirada.
Las cunetas pueden construirse de diferentes materiales en función de la
velocidad de circulación del agua en su seno, magnitud que depende
directamente de la inclinación longitudinal de la cuneta, que suele coincidir por
la adoptada por la vía. Una velocidad superior a la tolerante por el material
causaría arrastres y erosiones del mismo, reduciendo la funcionabilidad de la
cuneta. Así para bajas velocidades no es necesario efectuar ningún
revestimiento, mientras que si esta supera los 4.5 m/s es necesario revestir las
paredes de hormigón.
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Ubicación de las cunetas
Como ya se ha comentado, las cunetas suelen ubicarse generalmente en los
laterales de las calzadas, aunque este no es el único lugar donde pueden
encontrarse. Otras disposiciones propias de las cunetas son:
Contracuneta
Se coloca en la parte más alta del desmonte para evitar la erosión y
arrastre de materiales que conforman el talud, asi como para aliviar
parte del caudal que debería recoger la cuneta principal, interceptando la
escorrentía de las laderas circundantes.
Cuando es bastante el agua de escorrentía que desciende de un talud, se
puede evitar construyendo una cuneta en la parte superior del talud, tomando
el nombre de Contracuneta, se construyen canales de descarga laterales para
la evacuación del agua.
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Cuneta principal
Como su nombre lo indica es la cuneta encargada de recoger la mayor
cantidad de agua proveniente de la escorrentía del talud y de la calzada,
y llevarla a una cámara de descarga.
Calzada
Cuneta de terraplén
Al igual que las anteriores evitan que el agua recogida por la calzada
penetre en el talud, lo que podría ocasionar arrastres e incluso el
desmoronamiento parcial del terraplén. Son de menor tamaño ya que
únicamente deben evacuar el agua recogida de la calzada.
Cuneta de pie de terraplen
su misión es recoger las aguas que caen sobre el talud del terraplen y
sobre el terreno circundante, sobretodo si su pendiente vierte hacia su
propio relleno, ya que podría llegar a erosionar gravemente la base del
mismo.
Calzada
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Tipos de cunetas
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Sumidero
Es una franja estrecha situada longitudinalmente en los bordes de la
calzada y cuyo cometido es recoger y conducir las aguas superficiales y
de escorrentía hasta un elemento de desagüe. Dado su reducido tamaño
se emplean únicamente para evacuar pequeños caudales, como los
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recogidos únicamente en la superficie de la calzada o en zonas donde el
espacio es limitado, como travesías y núcleos urbanos.
Drenaje transversal
Permite el paso del agua a través de los cauces naturales bloqueados
por la infraestructura viaria, de forma que no se produzcan destrozos en
esta última. Comprende pequeñas y grandes obras de paso como
puentes o viaductos.
PUENTES Estructuras diseñadas y construidas para salvar el paso de ríos o profundidades del terreno, donde se dificulta realizar un relleno y donde no es propicio o aconsejable ejecutar otra obra de arte. Una estructura de este tipo se puede construir con diversidad de diseños y materiales, como madera, acero, concreto reforzado, preesforzado y post tensado. Siendo comunes dentro del FSDC los de concreto reforzado y preesforzado.
Según su utilidad La utilidad de los puentes puede ser muy distinta. Los más modernos son los viaductos para transporte rápido masivo de pasajeros (TRM). Entre los distintos puentes tenemos:
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• Puentes peatonales
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Puentes para carreteras.
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• Puentes para vías férreas. • Puentes para el paso de tubería. • Viaductos para transporte rápido masivo de pasajeros
Según el material En cuanto a los fines de clasificación se refiere, la identificación se hace en base al material utilizado en la estructura principal. Por ejemplo, cuando se habla de un puente de acero, se entiende que la estructura principal es de acero pero la losa puede ser de concreto. Los tipos más usados son: • Puentes de madera. • Puentes de concreto reforzado o preesforzado. • Puentes metálicos. • Puentes compuestos (metal con concreto).
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BOVEDAS Y CAJAS
Son estructuras con los mismos objetivos que las anteriores, pero más simples y para luces relativamente más cortas, que se eligen donde no se justifica la construcción de un puente por su longitud, complejidad y costo. Las bóvedas son de forma circular o parabólica, construidas en concreto reforzado o metal, y las cajas definitivamente de concreto reforzado.
Para la colocación de las bóvedas deberán seguirse las especificaciones del fabricante.
COPANTES y PONTONES
Son puentes de estructuras relativamente planas y de poca altura, algunos son rudimentarios y de uso temporal, construidas con madera rolliza y tablones; pero también se construyen con losas planas reforzadas de luz corta; que sin embargo, pueden alcanzar buena longitud por repetición del módulo de losas apoyadas sobre pilas de concreto ciclópeo o concreto reforzado.
Normalmente las losas son perforadas para permitir el paso del agua hacia arriba en caso sobrepase el nivel de la losa. Son recomendables para ríos angostos o anchos, pero de poca profundidad.
VADOS Y BADENES Son estructuras de empedrado o losa de concreto reforzado o no, fundidas en el lecho del río con la finalidad de que permitan el paso de vehículos prácticamente entre el agua, por lo que solo son factibles en los casos en que el río es de poco caudal y poca profundidad, o bien se utilizan solo en época de verano. Pueden incluir o no, tubería adicional.
BADEN
Depresión del terreno en un camino o carretera; suele formarse naturalmente por el paso de las aguas de lluvia, o estar construido para permitir el paso de una pequeña corriente de agua.
VADO
Parte de la acera que está rebajada al nivel de la calzada para facilitar el acceso de vehículos a locales situados en los edificios.
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ALCANTARILLAS
Son obras de drenaje, cuya finalidad es evacuar el agua de las cunetas longitudinales de un lado del camino; que por alguna razón, no es posible alejarlas de ese lado y requiere ser trasladada al lado contrario. Generalmente son tubos de cemento o de concreto reforzado cuando los diámetros son muy grandes, o bien se utiliza tubería corrugada de hierro galvanizado.
En el inicio de la alcantarilla siempre existe una caja recolectora del flujo de la cuneta a descargar y en el otro extremo de salida, cuenta con un cabezal de refuerzo y soporte del material de la carretera.
Son estructuras que permiten el paso de las aguas superficiales por debajo de la plataforma de la carretera sin causar daños a esta, riesgos al tráfico o a la propiedad adyacente, proporcionando un medio para que el agua superficial escurra por cauces naturales o artificiales de moderada importancia, en forma
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permanente o eventual, siendo deseable que cumpla con las siguientes condiciones: • Ser elementos estructurales construidos en base a diseños tipo que prevean dimensiones variables dentro de determinados rangos, en cuanto a sección, largo, profundidad de fundación, pendientes,, etc. • La alcantarilla debe ser capaz de soportar las cargas del tráfico en la carretera, el peso de la tierra sobre ella, las cargas durante la construcción, etc., es decir también debe cumplir requisitos de tipo estructural. Generalmente, se considera a las alcantarillas como estructuras menores, sin embargo, aunque un costo individual es relativamente pequeño el costo total de ellas es importante y por lo tanto debe darse especial atención a su diseño.
Son ductos que permiten el paso del agua de un lado a otro de la vía.
Las alcantarillas deben clasificarse principalmente desde el punto de
vista de su ubicación. Capacidad (diseño hidráulico) y resistencia
(diseño estructural). Se requiere la ayuda de personal calificado para
escoger debidamente la alcantarilla de acuerdo con los factores
mencionados.
Las alcantarillas pueden tener forma circular, rectangular o elíptica. Las
alcantarillas pueden prefabricarse o construirse en el sitio, a criterio del
encargado. Por lo general, aquellas construidas en el sitio tienen forma
cuadrada o rectangular, mientras que las prefabricadas son circulares o
elípticas. A menudo se construyen pasos de dos o tres ductos en forma
cuadrada o rectangular una al lado de la otra, o “baterías de tubos” unos
al lado de los otros.
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Las alcantarillas de sección cuadrada o rectangular se fabrican de
concreto reforzado, las de forma circular se hacen con tubos de concreto
o de acero corrugado. Las secciones elípticas se fabrican, por lo
general, con planchas de hierro corrugado y las recomendaciones
técnicas son las siguientes:
· Diámetro mínimo 30”
· pendiente tubería 2 a 3 %, pudiendo aumentar según topografía del terreno
· compactar primero los lados sin tocar el tubo
· la compactación sobre el tubo se debe hacer una vez que este tenga una
capa de 20 cm. sobre su corona.
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BOX CULVERT
Los box culvert son elementos versátiles que pueden ser utilizados para
conducción de fluidos, puentes, túneles de servicio, paso subterráneo y
transporte de material, entre otros, y que requieren de facilidad y rapidez
en la instalación cuando el tiempo de ejecución de obra es limitado o en
condiciones difíciles de excavación
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DRENAJE PROFUNDO
su misión es impedir el acceso del agua a capas superiores de la
carretera – especialmente al firme- por lo que debe controlar el nivel
freático del terreno y los posibles acuíferos y corrientes subterráneas
existentes. Emplea diversos tipos de drenes subterráneos , arquetas y
tuberías de desagües.
Es práctica habitual combinar ambos sistemas para conseguir una total y
eficiente evacuación de las aguas, aunque en ocasiones en zonas muy
secas o con suelos impermeables solo es necesario emplear
dispositivos de drenaje superficial.
ZANJAS DRENANTES
Son zanjas rellenas de material drenante y aisladas de las aguas
superficiales, en el fondo de las cuales generalmente se dispone tubería
drenante.
El agua afluirá a las zanjas a través de sus paredes laterales, se filtrará
por el material de relleno hasta el fondo y escurrirá por este, o por la
tubería drenante.
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TUBERÍA DRENANTE
. La tubería drenante es una tubería perforada, ranurada, etc., que
normalmente estará rodeada de un relleno de material drenante o un
geotextil, y que colocada convenientemente permite la captación de
aguas freáticas o de infiltración.
COLECTORES
. Los colectores son tuberías enterradas conectadas a arquetas o pozos
de registro, de los que recogen las aguas provenientes de los elementos
de drenaje.
No son elementos específicos del drenaje subterráneo de las carreteras,
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ya que aunque pueden conducir caudales provenientes del mismo,
suelen recibir otros provenientes del drenaje superficial que
normalmente serán muy superiores.
DRENES EN ESPINA DE PEZ
. Para la captación de un conjunto localizado de manantiales o
surgencias, los mantos drenantes pueden sustituirse por una red,
generalmente arborescente o con forma de espina de pez, constituida
por zanjas drenantes que confluyen a una principal que funciona como
emisario y que, normalmente, alojará tubería drenante y colector en su
interior.
Los entronques deberán definirse en el proyecto, mediante piezas
especiales entre tuberías, transiciones entre zanjas, arquetas, etc.
El trazado de esta red se determinará de acuerdo con la ubicación de los
manantiales o surgencias que hubieran de captarse en cada caso,
pudiendo combinarse los drenes en espina de pez con los mantos
drenantes.
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CRITERIOS DE DISEÑO
A la hora de proyectar el drenaje de una carretera deben tenerse
presentes una serie de factores que influyen directamente en el tipo de
sistema más adecuado, así como en su posterior funcionalidad. Los más
destacables son:
Factores topográficos
Dentro de este grupo se engloban circunstancias de tipo físico, tales
como la ubicación de la carretera con respecto al terreno natural
contiguo, en desmote, terraplén o a media ladera, la tipología del relieve
existente, llano, ondulado, accidentado, o la disposición de sus
pendientes en referencia a la vía.
Factores hidrológicos
Hacen referencia al área de la cuenca de recepción y aporte de aguas
superficiales que afectan directamente a la carretera, así como la
presencia nivel y caudal de las aguas subterráneas que puedan
infiltrarse en las capas inferiores del firme
Factores geotécnicos
La naturaleza y características de los suelos existentes en la zona
condicionada, la facilidad con la que el agua pueda llegar a la vía desde
su punto de origen, así como la posibilidad que ocasioné corrimientos o
una erosión excesiva del terreno. Las propiedades a considerar son
aquellas que afecten a su permeabilidad, homogeneidad, estratificación
o compacidad, influyendo también la existencia de vegetación.
Una vez sopesados estos factores se procede al diseño de la red de
drenaje, que deberá cumplir los siguientes objetivos:
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Evacuar de manera eficaz y lo más rápidamente posible el agua
caída sobre la superficie de rodadura y los taludes de la
explanación contiguos a ella. Por supuesto deberán evitar la
inundación de los tramos más deprimidos en la vía.
Alejar del firme el agua freática, así como los posibles acuíferos
existentes, empleando para ello sistemas de drenaje profundo.
No suponer un peligro añadido para la seguridad del conductor,
empleando para ello taludes suaves y redondeando las aristas
mediante acuerdos curvos evitando así posibles accidentes
adicionales.
También debe cuidarse el aspecto ambiental, procurando que
produzca el menor daño posible al entorno.
Todos los anteriores puntos están como siempre supeditados a la economía de la obra, por lo que la solución adoptada debe tener en cuenta dos condicionantes adicionales:
o El costo inicial de construcción e implantación del sistema
de drenaje. o Los costos de reparación y mantenimiento de la
infraestructura de drenaje a lo largo de la vida útil de la carretera.
CANALES DE DESCARGA Son estructuras en forma de canal liso o bien con graderíos, que se construyen para descargar el agua que conducen las cunetas hacia los puntos bajos a los lados del camino. Se construyen de mampostería o de concreto reforzado, siendo esto último lo más recomendable.
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OBRAS DE PROTECCION Son las obras adicionales, que se diseñan y construyen para proteger las estructuras del camino o de las obras de arte; entre otras están:
Los propios estribos de apoyo de los puentes con sus aletones, que pueden ser de concreto reforzado o de concreto ciclópeo, para sostener el material de relleno de los accesos al puente o los taludes aledaños
Muros de concreto ciclópeo, para evitar deslaves de las orillas y taludes hacia el lado bajo del camino.