obras de arte
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Capítulo I. Obras de Arte.
Es una estructura sólida destinada a canalizar aguas que deben cruzar
una calzada o calle.
En las obras viales y debido a la naturaleza de las mismas, es necesario
desarrollar el diseño y detallamiento de estructuras de obras de arte, como por
ejemplo: alcantarillas, muros de contención, badenes, etc.
Como saben el diseño de las estructuras de obras de arte de una
carretera, está supeditada a muchos factores, como por ejemplo: tipo de suelo,
clima, importancia de la carretera, etc.
1.1 Clasificación de las obras de arte.
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, pre esforzado y post tensado. Siendo comunes dentro del
FSDC los de concreto reforzado y pre esforzado.
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Bóvedas 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.
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.
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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.
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.
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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.
Cunetas
Son estructuras para recolectar y conducir el agua de lluvia caída sobre
la carretera y el área aledaña, que por la pendiente transversal del camino y los
taludes llega hasta la cuneta, para ser evacuada en las descargas hacia los lados
del camino. Se construyen únicamente conformadas en suelo natural, sobre
todo cuando el suelo es prácticamente horizontal y poco erosionable; y se hace
necesario revestir cuando las características del suelo es lo contrario.
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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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.
Capitulo II. Drenaje de una carretera.
Las obras de drenaje son elementos estructurales que eliminan la
inaccesibilidad de un camino, provocada por el agua o la humedad.
Los objetivos primordiales de las obras de drenaje son:
Dar salida al agua que se llegue a acumular en el camino.
Reducir o eliminar la cantidad de agua que se dirija hacia el camino.
Evitar que el agua provoque daños estructurales.
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De la construcción de las obras de drenaje, dependerá en gran parte la
vida útil, facilidad de acceso y la vida útil del camino.
El drenaje en la carretera consiste en:
Drenaje de aguas Superficiales. El drenaje superficial tiene el propósito de
alejar las aguas de las carreteras. Esto evitara su influencia negativa, tanto en
el aspecto de la estabilidad de su infraestructura, como en sus condiciones de
transitabilidad. Las dimensiones de la sobras de drenaje serán determinadas
en base a cálculos hidráulicos.
Drenaje del agua que escurre el pavimento. La eliminación del agua que
escurre sobre la superficie del pavimento, se efectúa por medio del bombeo
en las secciones en tangente y mediante peralte en las curvas, de modo que el
escurrimiento sea hacia las cunetas. Los paseos de una carretera
pavimentada se someterán a un tratamiento de impermeabilización.
Desagüe sobre los taludes de rellenos. Las aguas que escurre sobre el
pavimento deberán ser encauzadas hacia ambos lados del mismo. Deberá
hacerse de tal forma que el desagüe se efectué en sitios preparados
especialmente para ello. De este modo se evitara la erosión de los taludes.
Capitulo III .Alcantarillados
Se denomina alcantarillado o red de alcantarillado al sistema de estructuras
y tuberías usadas para el transporte de aguas residuales o servidas
(alcantarillado sanitario), o aguas de lluvia, (alcantarillado pluvial) desde el
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lugar en que se generan hasta el sitio en que se vierten a cauce o se tratan.
Actualmente las redes de alcantarillado son un requisito para aprobar la
construcción de nuevas urbanizaciones.
3.1 Clasificación de los alcantarillados
Los sistemas de alcantarillado se clasifican de acuerdo al tipo de agua que conducen: A)Alcantarillado Sanitario: Es la red generalmente de tuberías, a través de la
cual se deben evacuar en forma rápida y segura, las aguas residuales
municipales (domesticas o de establecimientos comerciales) hacia una planta
de tratamiento y finalmente a un sitio de vertido donde no causen daños ni
molestias.
B) Alcantarillado pluvial: Es el sistema que capta y conduce las aguas de lluvia
para su disposición final, que puede ser infiltración, almacenamiento ó
depósitos y cauces naturales.
3.2 Alcantarillado Pluvial.
El alcantarillado tiene como su principal función la conducción de aguas
residuales y pluviales en forma unitaria o combinada, hasta sitios donde no
provoquen daños e inconvenientes a los habitantes de poblaciones de donde
provienen o a las cercanas.
Un sistema de alcantarillado pluvial está constituido por una red de
conductos e instalaciones pluviales complementarias que permiten la
operación, mantenimiento y reparación del mismo. Su objetivo es la evacuación
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de las aguas pluviales, que escurren sobre las calles y avenidas, evitando con
ello su acumulación y propiciando el drenaje de la zona a la que sirven. De este
modo se impide la generación de daños materiales y la propagación de
enfermedades relacionadas con las aguas contaminadas.
3.2.1 Sistemas de Alcantarillado Pluvial. a) Alcantarillado Pluvial Particular.
A este alcantarillado se considera como la red de instalaciones pluviales
que se encuentran dentro de un predio, finca o edificio que capta y conduce los
escurrimientos pluviales que se generan dentro del mismo, hasta disponerles
en un sistema de infiltración y/o a otro cauce o tubería dentro de los límites de
la propiedad.
b) Alcantarillado Pluvial General Particular.
Este alcantarillado, es la red que capta y conduce los escurrimientos de
aguas pluviales que ocurren dentro de las áreas comunes de los conjuntos
habitacionales, centros comerciales, fraccionamientos privados, etc., hasta
disponerlos en un sistema de infiltración y/u otro cauce o tubería dentro de los
límites de la propiedad.
c) Alcantarillado Pluvial Municipal.
Es el sistema o red que capta y conduce las aguas pluviales que ocurren
en su gran mayoría sobre las vialidades, de la zona metropolitana
disponiéndolas en sistemas de infiltración y/o hasta las diferentes descargas
sobre los cuerpos de agua naturales existentes.
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3.2.2 Importancia de un alcantarillado pluvial
La función primordial de un sistema de alcantarillado pluvial es eliminar
rápida y eficazmente las aguas de lluvia que tienden a acumularse en las zonas
bajas de las localidades, causando daños y molestias a la población.
La ubicación de los interceptores y la determinación de sus capacidades
son los problemas esenciales a resolver en un proyecto pluvial.
La ubicación de los interceptores es un problema de relativa sencillez de
solución que corresponde a la planeación física del sistema, para lo cual, el
ingeniero proyectista dispone de la topografía de la zona o área por drenar y
de un conjunto de reglas prácticas, didactas por el sentido común y la
experiencia: los interceptores deben localizarse en el centro de las calles y solo
en casos especiales variarse de esta ubicación. Nunca deben cruzar
edificaciones o manzanas. Deben ubicarse en las calles más bajas para facilitar
hacia ellos el escurrimiento de las zonas más elevadas. Debe evitarse la
utilización de bombeos y aprovechar íntegramente la gravedad.
Se procurara que las líneas sean lo más rectas posibles, sin inflexiones o
vueltas para evitar la formación de contracorrientes y se buscara siempre el
camino más corto para llegar al sitio de vertido.
3.3 Alcantarillado Sanitario. La prioridad fundamental en cualquier desarrollo urbano es el
abastecimiento de agua potable, pero una vez satisfecha esa necesidad se
presenta el problema del desalojo de las aguas residuales. Por lo tanto se
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requiere la construcción de un sistema de alcantarillado sanitario para eliminar
las aguas residuales que producen los habitantes de una zona urbana
incluyendo al comercio y a la industria.
Un sistema de alcantarillado está integrado por todos o algunos de los
siguientes elementos: atarjeas, subcolectores, colectores, interceptores,
emisores, plantas de tratamiento, estaciones de bombeo, descarga final y obras
accesorias. El destino final de las aguas residuales podrá ser desde un cuerpo
receptor hasta el reúso dependiendo del tratamiento que se realice y de las
condiciones particulares de la zona de estudio.
3.3.1 Componentes de una red de alcantarillado sanitario
Los componentes de una red de alcantarillado sanitario son:
Colectores Terciarios : Son tuberías de pequeño diámetro (150 a 250 mm de
diámetro interno, que pueden estar colocados debajo de veredas a las cuales
se conectan las acometidas domiciliares.
Colectores Secundarios : Son las tuberías que recogen las aguas de los
terciarios y los conducen a los colectores principales. Se sitúan enterrada, en
las vías públicas.
Colectores Principales : Son tuberías de gran diámetro, situadas
generalmente en las partes más bajas de las ciudades y transportan las aguas
servidas hasta su destino final.
Conexiones Domiciliares : Son pequeñas cámaras de hormigón, ladrillo o
plástico que conectan el alcantarillado privado interior a la propiedad con el
público en las vías.
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Capitulo IV. Tuberías de un sistema de alcantarillado.
La tubería de alcantarillado se compone de dos o más tubos acoplados
mediante un sistema de unión, el cual permite la conducción de las aguas
negras.
En la selección del material de la tubería de alcantarillado, intervienen
diversas características tales como: hermeticidad, resistencia, mecánica,
durabilidad, resistencia a la corrosión, capacidad de conducción, economía,
facilidad de manejo e instalación, flexibilidad y facilidad mantenimiento y
reparación.
Las tuberías para alcantarillado sanitario se fabrican de diversos
materiales, siendo los más utilizados: concreto simple (CS), concreto reforzado
(CR), fibrocemento (FC) plástico poli (cloruro de vinilo) (PVC) y polietileno de
alta densidad (PEAD) así corno acero.
En los sistemas de alcantarillado sanitario a presión se pueden utilizar
diversos tipos de tuberías para conducción de agua potable, siempre y cuando
reúnan las características para conducir aguas negras.
A continuación, se detallan las características de las tuberías de
alcantarillado mencionadas y de los sistemas de unión entre tuberías de los
diversos materiales utilizados.
4.1 Tuberías de concreto simple (CS) y reforzado (CR) con junta hermética
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Las tuberías de concreto reforzado con junta hermética, se fabrican de
acuerdo a la norma NMX-C-402-1,996-0NNCCE. Para su fabricación, a
diferencia del tubo de concreto simple, su núcleo contiene acero de refuerzo
longitudinal y transversal.
Las características principales de estos tipos de tuberías son las
siguientes:
a) Los tubos de concreto simple se fabrican en diámetros de 10,15, 20, 25, 30,
38, 45 y 60 cm, con campana y espiga y tienen una longitud útil variable de
acuerdo al diámetro.
Las uniones usadas en las tuberías de concreto simple son del tipo
espiga campana con junta hermética. En la junta se deben de utilizar anillos de
hule de acuerdo a la norma NMX-C-401.
b) Los tubos de concreto reforzado se fabrican en diámetros de 30, 38, 45, 61,
76, 91, 107, 122, 152, 183, 213, 244 y 305 cm. La longitud útil de un tubo de
concreto reforzado es variable de acuerdo a su diámetro. Los tubos de
concreto armado se fabrican en cuatro tipos de grados y cada uno de ellos
con tres espesores de pared.
4.2 Tuberías de fibrocemento (FC)
La tubería de fibrocemento se fabrica de acuerdo a la norma NMX-C-
039- 1981. Se fabrica en clases B-6, B-7.5, B-9 y B-12.5 y cada una de ellas para
dos diferentes tipos de anillos de hule según el diámetro del tubo. Los anillos
utilizados deben de cumplir con la norma NMX-T-021. En tuberías de 150 mm a
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900 mm se usan anillos de hule circulares que se acoplan a un tipo de copie
especial; en tuberías de 1000 mm a 2000 mm se usan anillos de hule rascados
acoplados a un copie igualmente rascado.
4.3 Tuberías de poli (cloruro de vinilo) (PVC)
Las tuberías de PVC se fabrican en diámetros de 10 a 60 cm, en dos
tipos de serie y cada serie con tres tipos de tubería de acuerdo a su espesor: la
serie métrica se fabrica de acuerdo a las normas NMX-E-215/1-1993 (tuberías)
y NMX-E-215-/2-1993 (conexiones) en los tipos 16.5, 20 y 25 ; por su parte la
serie inglesa se fabrica de acuerdo a las normas NMX-E-211/1-1993 (tuberías)
y NMX-E-211-/2-1993 (conexiones) en los tipos 35, 41 Y 51. Estos valores con
que se clasifica a las tuberías representan la relación entre su diámetro exterior
y su espesor de pared.
Además de estos tipos de tuberías, existe la tubería de PVC de pared
estructurada con celdas longitudinales, que actualmente se fabrica en
diámetros de 16 a 31.5 cm de acuerdo a la norma NMXE-222/1-1995.
La selección de tipos de tuberías a utilizar dependerá de las condiciones
donde se instalarán, como pueden ser el peso específico del suelo, la
profundidad de instalación y la magnitud de las cargas vivas.
Para cualquiera de los tipos de tuberías la longitud útil de los tubos es
de 6 m. Los tubos se acoplan entre sí mediante dos tipos de sistema de unión:
por un lado, el cementado, y por otro, la unión espiga - campana con anillo
elastomérico integrado de fábrica
4.4 Tubería de polietileno de alta densidad (PEAD)
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Las tuberías de polietileno de alta densidad (PEAD) se fabrican con
longitud de 12 m, en diámetros nominales que van desde 100 a 900 mm. De
acuerdo a las Norma NMX-E-216-1994-SCFI. Se clasifican en cuatro tipos, de
acuerdo a sus espesores de pared y resistencia: RD-21, RD-26, RD-32.5 Y RD-
41.
El tipo de RD de la tubería a utilizar, se seleccionará según la condición
de zanja, las cargas exteriores, el tipo de material, así como la compactación de
este el tipo de acoplamiento de las tuberías de polietileno generalmente es
mediante el sistema de unión por termo fusión.
4.5 Otras tuberías
Existen otras tuberías fabricadas con otros materiales, como es el caso
de la tubería de acero que se utiliza comúnmente en cruzamientos especiales. A
continuación se describen en forma general las características principales de
estas tuberías.
Tubería de acero
En los sistemas de alcantarillado sanitario, las tuberías de acero son
utilizadas en cruzamientos elevados en donde se requieren instalaciones
expuestas, o bien en cruzamientos subterráneos donde se requiere una alta
resistencia mecánica en las tuberías. En cualquier caso, será necesario proteger
a la tubería con un recubrimiento exterior contra la corrosión.
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Las tuberías de acero se fabrican de acuerdo a las Normas NMX-B-10 y
NMX-B-177. Ambas normas se refieren a los tubos de acero con o sin costura
(Iongitudinal o helicoidal), negros, o galvanizados por inmersión en caliente
para usos comunes (conducción de agua, vapor, gas o aire).
Existe una norma adicional, la NMX-B-179 “Tubos de acero con o sin
costura series dimensionales", la cual define las dimensiones normales en las
cuales pueden fabricarse los tubos. De acuerdo al espesor se puede obtener el
número de cédula, la cual representa una relación entre el espesor y el
diámetro de la tubería.
El sistema de unión empleado en las tuberías de acero puede ser:
soldadura bridas, coples o ranuras (moldeadas o talladas) con junta mecánica.
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