DRENAJE SUPERFICIAL DE TALUDES

Transcripción

1 DRENAJE SUPERFICIAL DE TALUDES Controlar el agua de escorrentía OBJETIVOS : Reducir la Infiltración Mitigar la erosión

2 Obras para el manejo del agua de escorrentía Canal de corona del talud El canal arriba de la corona del talud intercepta el agua de escorrentía a y la aleja del talud

3 Canal de protección en la corona del terraplén (AASHTO) Via R elleno C anal 1-1.5m 0.3 m in Talud del relleno El canal en la corona del terraplén n controla la erosión n del suelo de relleno ( Los rellenos son muy susceptibles a la erosión n hídrica) h

4 Canales intermedios En los taludes de gran altura adicionalmente al canal de corona se pueden requerir canales intermedios para controlar la erosión n por el agua de escorrentía.

5 Estructuras de recolección de agua, disipación de energía y entrega El agua recolectada por los canales debe ser llevada a un sitio seguro utilizando torrenteras

6 La lluvia es intensa en los paises tropicales Y predominan las lluvias convectivas con caudales relativamente grandes de escorrentía Es común n tener intensidades de precipitación n de más m s de 20 mm/hora

7 La escorrentía genera diversos problemas El manejo acertado de la escorrentía a es clave para el buen comportamiento de los taludes

8 La experiencia en Colombia : GENERALMENTE SE CONSTRUYEN OBRAS CON SECCIONES INSUFICIENTES PARA MANEJAR LOS CAUDALES QUE SE CONCENTRAN EN LAS CORONAS DE LOS TALUDES Los criterios copiados de EE UU y Europa son insuficientes

9 PREVIAMENTE AL DISEÑO O DE UNA OBRA DE DRENAJE DEBEN CALCULARSE LOS CAUDALES DE ESCORRENTIA Las estructuras diseñadas a ojo, sin un análisis de las precipitaciones pueden representar un riesgo para la estabilidad del talud.

10 PARA EL DISEÑO O DE DRENAJES EN TALUDES SE RECOMIENDA UTILIZAR LA FORMULA RACIONAL El objetivo de las obras de drenaje es mitigar el riesgo y se debe ser prudentemente generoso en la suposición de caudales

11 Caudal de escorrentía FORMULA RACIONAL: Q = C. I. A C = COEFICIENTE DE ESCORRENTIA I = INTENSIDAD DE LA LLUVIA A = ÁREA A DRENAR

12 VALORES TÍPICOS T DEL COEFICIENTE DE ESCORRENTÍA A C (JAPAN ROAD ASSOCIATION) SUPERFICIE SUPERFICIE DE CARRETERA TALUD PASTIZALES EN SUELOS ARENOSOS PASTIZALES EN SUELOS ARCILLOSOS CARACTERÍSTICAS COEFICIENTE C PAVIMENTADA 0.7 A 0.95 DESTAPADA 0.3 A 0.7 SUELO FINO 0.4 A 0.65 SUELO GRUESO 0.1 A 0.3 ROCA DURA 0.7 A 0.85 ROCA BLANDA 0.5 A 0.75 PENDIENTE 0 A 2% 0.05 A A 7% 0.1 A 0.15 MÁS S DE 7% 0.15 A 0.25 PENDIENTE 0 A 2% 0.13 A A 7% 0.18 A 0.22 MÁS S DE 7% 0.25 A 0.35 ESCARPES DE FUERTE PENDIENTE EN ROCA 0.75 A 0.95 ARENAS INTERMEDIAS 0.20 A 0.40 PARQUES CON ÁRBOLES Y PASTOS 0.10 A 0.25 MONTAÑAS AS DE PENDIENTES SUAVES 0.30 MONTAÑAS AS DE PENDIENTES FUERTES 0.50

13 Período de retorno para el cálculo c de caudales La CDMB (Bucaramanga Colombia) exige diseñar las obras de manejo de taludes con períodos de retorno de 500 años, debido a la mala calidad de la información hidrológica disponible.

14 GCO (Hong Kong) RECOMIENDA PERIODO DE RETORNO DE 200 AÑOS

15 AASHTO RECOMIENDA (1999) EN ZONAS SIN RIESGO PERIODO DE RETORNO DE 10 AÑOS Y BORDE LIBRE DE 10 CMTS EN ZONAS DE ALTO RIESGO PERIODO DE RETORNO DE 100 AÑOS

16 Diseño de canales en taludes Deben tener capacidad suficiente La velocidad debe estar dentro de un rango tal que sea autolimpiante y las velocidades no generen erosión

17 Recomendaciones para canales principales en taludes DEBER SER TOTALMENTE IMPERMEABILIZADOS PENDIENTES DE MAS DE 2% PROFUNDIDAD MINIMA 50 CMTS ANCHO MINIMO 1.2 metros TALUDES LATERALES HASTA 1H:1V ELIMINAR IRREGULARIDADES

18 Con los caudales y las secciones de obras de drenaje se debe calcular la velocidad VELOCIDADES PERMISIBLES PARA SUELOS DESNUDOS (ASSHTO-1999) TIPO DE SUELO VELOCIDAD PERMISIBLE (M/SEG.) ARENA FINA 0.8 ARENA GRUESA 0.9 ARENA ARCILLOSA 1.0 GRAVA FINA 1.5 ARCILLA DURA 1.5 GRAVA GRUESA 1.8 LUTITAS Y SUELOS CEMENTADOS 1.8

19 Ejemplo: Un suelo como este no permite velocidades de agua de más m s de 0.8 m / seg

20 VELOCIDADES PERMISIBLES PARA AREAS CUBIERTAS CON VEGETACION (ASSHTO-1999) PENDIENTE 0 a 5% 5 a 10% Más s del 10% VEGETACIÓN VELOCIDAD PERMITIDA (M/SEG) Pastos de raíz z profunda 1.8 Pastos de raíz z poco profunda 1.2 Pastos de raíz z profunda 1.5 Pastos de raíz z poco profunda 0.9 Pastos de raíz z profunda 1.2 Pastos de raíz z poco profunda 0.9 En suelos erosionables estas velocidades deben disminuirse en un 25% (AASHTO, 1999).

21 Ejemplo : La vegetación ayuda al control de la erosión pero no permite grandes velocidades de la escorrentía

22 Velocidad del agua para canales revestidos en concreto DEBE SER MAYOR DE 1.3 M / SEG PARA GARANTIZAR LA AUTOLIMPIEZA NO DEBE SER MAYOR DE 4 M/SEG.

23 LA VELOCIDAD PUEDE CALCULARSE UTILIZANDO EL CRITERIO DE MANNING

24 PENDIENTE MINIMA 2%

25 LOS CANALES DEBEN SER TOTALMENTE IMPERMEABILIZADOS DEBEN TENER PENDIENTE SUFICIENTE PARA GARANTIZAR UN DRENAJE RAPIDO Y AUTO-LIMPIEZA

26 RADIO DE LAS CURVAS DEBE SER MAYOR A 3 VECES EL ANCHO DEL CANAL PARA VELOCIDADES DE HASTA 2 M/SEG. Y DEBE AUMENTARSE PARA VELOCIDADES MAYORES

27 El canal de corona no debe construirse muy cerca al borde del talud CAPTAN EL AGUA MUY TARDE LOS CANALES FALLAN CON FRECUENCIA ACTUAN COMO INICIO DE DESLIZAMIENTO

28 Distancia mínima m : 3 metros de la corona

29 DEBE REALIZARSE UN CORRECTO MANTENIMIENTO PARA CORREGIR AGRIETAMIENTOS TAPONAMIENTOS REPARAR AL MENOS CADA DOS AÑOS

30 Si el área arriba de la corona facilita la infiltración n deben construirse canales colectores adicionales al canal de corona

31 Si el talud tiene más m s de 7 metros de altura se requiere construir canales intermedios

32 Los canales interceptores intermedios Deben ser auto-limpiantes Ejemplo : Hong Kong

33 Si la pendiente es inferior al 2 % no son eficientes

34 EN SUELOS NORMALES SE REQUIERE CANALES INTERMEDIOS CADA 5 METROS DE ALTURA Y EN SUELOS EROSIONABLES SE RECOMIENDA AUMENTAR EL NUMERO DE CANALES INTERMEDIOS Y LA SECCION DE ESTOS CANALES Cenizas volcánicas 5 M

35 Ejemplo 5m Suelo residual de granitos

36 Ejemplo : EN LA FS 3 m Cenizas y flujos volcánicos

37 Materiales para la construcción n de los canales CANALES EN CONCRETO GEOMETRIA Minimo 2500 psi El concreto permite velocidades hasta de 4 m/seg /2 1 1/2 REFUERZO MALLA ELECTROSOLDADA DIAMETRO 4mm CADA 0.25 m ambos sentidos

38 CANALES EN SUELO- CEMENTO SACOS EN SUELO- CEMENTO (6:1) Proporción n 6 de suelo a 1 de cemento en peso El suelo-cemento permite velocidades hasta de 2 m/seg P > 10% SACOS EN SUELO- CEMENTO (6:1) COLOCAR 3 SACO ADICIONALES CAD 5.00m COMO DISIPADORES DE ENERGÍA SACOS EN SUELO- CEMENTO (6:1)

39 Canales en Bolsas de suelo La bolsa protege el suelo mientras se establece la vegetación

40 CANALES EN PIEDRA PEGADA La piedra ayuda a disipar energía del agua por su rugosidad P > 10% COLOCAR DISIPADORES EN PIEDRA CADA 5.00m a

41 CURSO DE GEOTECNIA VIAL ESPECIALIZACION EN VIAS TERRESTRES UPB Canales revestidos con tela asfáltica Permiten velocidades hasta de 1.5 m/seg Tienen una vida útil corta ELABORO: ELABORÓ JAIME : JAIME SUAREZ SUAREZ DIAZ DIAZ

42 Cortacorrientes CANALES TRANSVERSALES AL TALUD PARA RECOLECTAR EL AGUA DE ESCORRENTIA EN TALUDES DE GRAN LONGITUD Por ejemplo en taludes de oleoductos o gasoductos

43 Ejemplo : Cortacorrientes en oleoductos Separación n cada 3 a 5 m de altura

44 PERFIL NATURAL DEL TERRENO BIOMANTO DE FIQUE ESTOLONES DE PASTO SEGUN DISEÑO CORTACORRIENTES EN CORTE RELLENO 0.30 (min) 0.50 (min) RELLENO COMPACTADO MANUALMENTE CON PISON GRAPAS METALICAS Pmax < 17º 1. REVEGETALIZACION CON BIOMANTO Y ESTOLONES PERFIL NATURAL DEL TERRENO BIOMANTO DE FIQUE 0.50 (min) SEMILLAS GRAPAS METALICAS Interceptan el agua de escorrentía 17º< P < 29º 0.30 (min) PERFIL NATURAL DEL TERRENO 0.30 (min) RELLENO COMPACTADO MANUALMENTE CON PISON BIOMANTO DE FIQUE SACOS EN SUELO-CEMENTO (min) (6:1) (min).30 (min) RELLENO COMPACTADO MANUALMENTE CON PISON Pmax < 17º 2. REVEGETALIZACION CON BIOMANTO Y SEMILLA ESTOLONES GRAPAS METALICAS 3. RECUBIERTOS CON BOLSAS DE SUELO - CEMENTO

45 CORTACORRIENTES UTILIZANDO TRINCHOS P > 29º PERFIL NATURAL DEL TERRENO BIOMANTO DE FIQUE GRAPAS 0.50 (min) ESTOLONES ò SEMILLAS PANTALLA EN TABLILLA + PUNTILLAS 0.30 (min) ESTACAS EN MADERA DIAMETRO 2" a 4" SACOS SUELO-CEMENTO (6:1) P > 29º PERFIL NATURAL DEL TERRENO GRAPAS METALICAS 0.30 min RELLENO COMPACTADO MANUALMENTE CON PISON BIOMANTO DE FIQUE 0.50 min. 0.30(min) RELLENO COMPACTADO MANUALMENTE CON PISON 0.10 min 0.10 (min) 0.25 (min) 0.25 (min) L>=0.50 ESTOLONES ò SEMILLAS PANTALLA EN BAMBU L>=0.50 ESTACAS EN MADERA DIAMETRO 2" a 4"

46 BARRERAS O TRINCHOS Los trinchos disminuyen la velocidad del agua e impiden el paso de sedimentos

47 BERMAS O TRINCHOS EN SACOS DE SUELO CEMENTO PERFIL NATURAL DEL TERRENO MATERIAL DE RELLENO PERFIL NATURAL DEL TERRENO MATERIAL DE RELLENO PERFIL TEORICO DE COLMATACION.30 min. PERFIL TEORICO DE COLMATACION.30 min (min).50 (min) SACOS DE FIBRA DE FIQUE EN SUELO-CEMENTO (6 und. min.) (min).15(min) SACOS DE FIBRA DE FIQUE EN SUELO-CEMENTO (6 und. min.) 0.50 (min.) ESTACAS L=0.45 minimo DIAMETRO 3" CADA 0.30 mts ESTACAS DE MADERA DIAMETRO 4" a 6" CADA 1.00m TERMINADAS EN PUNTA 1.5< L <2.00 (hincadas a golpes hasta la profundidad indicada en los planos).15.15(min.).30 (min.) ESTACAS L=0.45 minimo DIAMETRO 3" CADA 0.30 mts

48 Poste metálico de madera BARRERAS CON GEOSINTETICOS Colocar malla y sobre ella geotextil no tejido Flujo Mínimo 300mm Flujo Altura máxima 1.0 mt. Zanja profundidad 150 mm rellena de arena Espaciamiento máximo 3 mt. con refuerzo 1.8 mt. sin refuerzo Máximo 225mm Mínimo 300mm Flujo 3/4" triturado 200mm El geo-sintético tico impide el paso de los sedimentos Con zanja Sin zanja

49 CANALES COLECTORES Y DISIPADORES (Torrenteras) Recolectan el agua de los canales y la entregan en un sitio seguro abajo del talud La turbulencia en la torrentera disipa la energía a del agua

50 Tipos de Torrentera CANAL RAPIDO CANAL RUGOSO CANAL CON BLOQUES DISIPADORES GRADERIA

51 Torrenteras en gradería a de concreto armado

52 Torrenteras en gradería a de concreto armado con bloques disipadores d L h Isométrico

53 Torrenteras en gradería a con piedra pegada

54 Torrenteras prefabricadas en concreto Torrenteras prefabricadas en concreto

55 Torrenteras con contra-vertedero en cada grada

56 h REGIMEN DE FLUJO SALTANTE SOBRE UN CANAL EN GRADERIA l Esquema general d c Flujo supercrítico Resalto Hidraúlico Flujo subcrítico d p d l d 2 d c Detalle

57 SISTEMA DE TORRENTERA CON VERTEDERO Y Detalle A PANTALLA I =57.7% 1 Tramo 1 I =21.5% 2 Tramo 2 I =67.5% 3 Detalla A Corte longitudinal I =62.5% 4 Tramo 3 Tramo 4 Tramo 5

58 TORRENTERA CON BLOQUES LATERALES S b h 0.6 b d 0.2 b b h 0.6 b 0.26 b < 1.4 m b b b b b b

59 Fallas por erosión n en las entregas de alcantarillas y torrenteras

60 Protecciones para el control de erosión n en las entregas de las alcantarillas y torrenteras PROTECCION DE ENTREGA EN PIEDRA PEGADA CON CONCRETO PAREDES EN CONCRETO SIMPLE A FLUJO A FONDO EN PIEDRA PEGADA PLANTA - TIPO I LECHO AMORTIGUADOR PAREDES EN CONCRETO SIMPLE FLUJO FONDO EN PIEDRA PEGADA PERFIL LONGITUDINAL CORTE A-A

61 Protección n en sacos de suelo-cemento LECHO AMORTIGUADOR PLANTA - TIPO I SACOS EN SUELO-CEMENTO (6:1) CORTE A-A DISIPADORES EN SACOS DE SUELO-CEMENTO (6:1) SACOS EN SUELO-CEMENTO (6:1) FLUJO º 2 PINES DE ACERO DIAMETRO 1/2" L=0.60m (min) POR CADA DISIPADOR A FLUJO PERFIL LONGITUDINAL º A PINES DE ACERO DIAMETRO 1/2" L=0.60m (min) DISIPADORES EN SACOS DE SUELO-CEMENTO (6:1) DISIPADORES EN SACOS DE SUELO-CEMENTO (6:1) PERFIL LONGITUDINAL DISIPADOR FLUJO DISIPADORES EN SACOS DE SUELO-CEMENTO (6:1) 2 PINES DE ACERO Ø1/2" L=0.60m POR CADA DISIPADOR 2 PINES DE ACERO Ø1/2" L=0.60m POR CADA DISIPADOR SECCION TRANSVERSAL DISIPADOR

62 PROTECCION DE UNA ENTREGA UN MANTO O ESTERILLA UTILIZANDO 300mm 150mm ANCLAJE LONGITUDINAL ANCLAJE TERMINAL 150mm GANCHOS A INTERVALOS DE 1.0 METRO ANCLAJE TRANSVERSAL CADA 7.0 METROS 150mm 150mm ANCLAJE INICIAL ANCLAJES INTERMEDIOS

63 PROTECCION EN GAVIONES PROTECCION EN GAVIONES a) Salida en cauce no definido 1.00 D Variable L Variable D b) Salida con transición a la sección trapecia Variable D 1.00 Variable c) Salida encajonada con ensancham iento brusco

64 Protección de entrega de alcantarilla utilizando una torrentera en gradería Cajón en hormigón armado Variable B Protección en gaviones Protección en gaviones B Sección longitudinal Protección en gaviones Filtro en geotextil Filtro en geotextil 0.50 Sección B-B

65 PROTECCION CON ENROCADO PROTECCION CON ENROCADO

66 Alcantarillas Las alcantarillas son muy importantes para la estabilidad de los taludes

67 Los represamientos de agua en la via pueden generar problemas de inestabilidad

68 Las alcantarillas deben diseñarse de acuerdo a los caudales esperados de agua y de sedimentos FS Para caudales de agua utilizar la fórmula f racional Para sedimentos aumentar el n de Manning de acuerdo a la concentración n esperada

69 Proteccion integral del talud Ejemplo : Hong Kong

70 Canales para estabilizar deslizamientos Canales para estabilizar deslizamientos Barranquilla. Colombia

71 Canales - Subdren