Bienvenidos
a mi blogg, en esta primera entrada les voy a presentar las distintas
estructuras típicas de un drenaje, sus tipos y funciones. Estas estructuras
son: brocales, canales, alcantarillas y sumideros.
En la siguiente sección tiene como fin la recopilación de información de los elementos que sirven para captar y dirigir las aguas que caen directamente sobre la calzada de la carretera o proviene de áreas adyacentes no canalizadas. Estas estructuras son: los brocales y los canales.
Los brocales tienen funciones muy importantes, tanto en la seguridad del usuario de la vía, como en el sistema de drenaje longitudinal. Como parte de sistema de seguridad, su función principal es evitar que los vehículos se salgan de la vía. En algunas ocasiones, los brocales son utilizados en el centro de la vía, como islas, para separar el flujo de tráfico en un sentido y en otro. Estos se clasifican en:
- Brocales barrera
- Brocales montables
- Brocales cunetas
Los brocales barrera son aquellos que tienen cara con pendientes fuertes y una altura que impide que los vehículos puedan cruzarles fácilmente.
Por otro lado los brocales montables son diseñados para que puedan ser cruzados por los vehículos en caso necesario; son bajos y tienen caras con pendientes suaves. Para facilitar el cruce de los vehículos, las aristas de los brocales montables deben ser redondeadas.
Los brocales cuneta tienen como función la de una cuneta,
confinando las aguas de las lluvias; además de esto, evitan que el hombrillo
sea utilizado como canal de circulación, a menos de que su pendiente
transversal tenga poca diferencia con la pendiente transversal de la vía. Por otro lado los brocales montables son diseñados para que puedan ser cruzados por los vehículos en caso necesario; son bajos y tienen caras con pendientes suaves. Para facilitar el cruce de los vehículos, las aristas de los brocales montables deben ser redondeadas.
Ahora para conocer los detalles de colocación de un brocal se tiene que tener en cuenta dos aspectos los cuales son:
La distancia entre el borde del brocal y la línea del tráfico, ya que esta depende del tipo de brocal a utilizar. Debido a que cuando se utilizan brocales montables no es necesario dejar una separación horizontal, ya que debido a la poca altura y pendientes suaves de estos brocales, los brocales se desplazan muy cercanos a ellos. Los brocales barrera, cuya altura es elevada y tienen pendientes fuertes en sus caras, obligan a los conductores a mantenerse a cierto distancia del borde del brocal. Esta distancia es variable y depende de la altura del brocal, de la pendiente y de los otros obstáculos que pueden existir, tales como muros, árboles, postes de luz, barandas de puentes, etc. Cuando se utiliza el brocal con baranda, la separación lateral entre la baranda y el vehículo debe ser entre 1,22 y 1,82 mt; cuando no se utilizan barandas, se puede aceptar una separación de 60 a 90 cms. La separación horizontal no se considera necesaria cuando los brocales están ubicados en el extremo del hombrillo. Cuando se utilizan brocales cunetas, el ancho de esta proporciona la distancia horizontal necesaria entre el brocal y el borde de la línea de tráfico.
El segundo aspecto a tomar en consideración es la visibilidad, ya que los brocales tienen que ser visibles al conductor, especialmente en zonas de mucha niebla y fuertes lluvias; para lograrlo, son construidos con superficies reflectantes, utilizando cemento blanco en la cara y en el tope del brocal.
Los canales son elementos muy importantes, tanto para obtener el drenaje adecuado como por razones de seguridad, buena apariencia y mantenimiento económico de la vía. Tienen como función de remover las aguas que caen sobre la vía, evitando zonas de inundación que ocasionen problemas en el tráfico. Estas deben estar diseñadas con la capacidad adecuada para que capten el gasto de la lluvia de diseño, tomando en cuenta que puede producirse una lluvia de intensidad imprevista.
Los canales son clasificados por su función, donde podemos encontrar: las cunetas, los canales rápidos y las torrenteras.
La cuneta es una zanja o canal que se abre a los lados de las vías terrestres de comunicación y que, debido a su menor nivel, recibe las aguas pluviales y las conduce hacia un lugar que no provoquen daños o inundaciones.
Los canales rápidos son canales con pendientes muy fuertes. Cumplen la función de llevar el agua hacia la parte baja de los cortes o rellenos, hasta un canal de intercepción, o a un punto de descarga, como por ejemplo, una alcantarilla.Frecuentemente, a la salida de estos canales, es necesario utilizar disipadores u otros tipos de protección contra erosión.Existe un tipo de canal rápido que se caracteriza por tener una pendiente menos pronunciada y la salida ensanchada; este tipo de canal rápido se le conoce como Babero.
Las torrenteras, al igual que los canales rápido, tiene como objEtivo bajar las lluvias que ocurren sobre los taludes de la vía.Se diferencian de los canales rápidos en que el fondo del canal es en forma de escalera.Algunas veces estas obras se utilizan en el drenaje transversal a la salida de las alcantarillas.
Los detalles de colocación dependen del tipo de suelo ya que para las secciones de trincheras se colocan canales de drenaje al borde de la vía, los cuales se encargan de desviar el agua que baja de los taludes, llevándola pendiente abajo de la sección.Para el drenaje de las islas centrales se utilizan depresiones, cuya sección transversal debe tener una profundidad tal que impida a los conductores cruzar deliberadamente la isla.Los aspectos a tomar para la colocación de los canales son el recubrimiento y la inclinación.
El tipo de recubrimiento utilizado en las cunetas depende de la velocidad de flujo, tipo de suelo y de la inclinación y forma del canal.Se puede utilizar la hierba como recubrimiento, excepto en terrenos de pendiente fuertes, donde la velocidad de flujo excede las velocidades permisibles por este tipo de recubrimiento; en estos casos, el recubrimiento a utilizar puede ser de concreto asfalto o piedra.
La inclinación del canal y de la vía no deben ser las mismas, especialmente si la vía es plana. en aquellos casos en que la pendiente transversal del canal no es mucho mayor que la de la vía y sus superficies son del mismo tipo, se considera este como parte de la vía.
Una cuneta con una junta longitudinal evidente y una pendiente transversal un poco mayor que la línea adyacente, es un gran impedimento para manejar cerca de la junta cuando la cuneta y la vía están integradas.
Los canales no pavimentados deben tener una pendiente mínima de 0,5% para evitar la excesiva saturación de la vía.
Para la segunda parte de esta primera entrada vamos a explicarles las diferentes formas y tipos de alcantarillas debido a que son elementos que se utilizan para el drenaje transversal de las vías.
Tienen como objetivo permitir el paso de las aguas cuyos cauces son interferidos por las carreteras. Además se mencionara las estructuras adicionales de las alcantarillas, como son los cabezales y disipadores de energía. Para lograr un buen diseño de las alcantarillas, tanto estructural como hidráulico, es necesario considerar:
- El carácter, dirección y magnitud de las cargas a que están sometidas.
- Las propiedades físicas de los materiales con que se fabrican los diversos conductos, y el comportamiento de estos bajo las cargas que soportan.
- La determinación del tamaño del orificio requerido para que el conducto satisfaga los requerimientos hidráulicos.
Esta estructura se clasifica según el tipo de material que se emplea en su fabricación y según la forma del conducto.
Alcantarillas de concreto, su forma se selecciona según las condiciones de carga a que van a estar sometidas. Pueden ser:
- alcantarillas de cajón
- alcantarillas circulares
- alcantarillas ovaladas
Alcantarillas de cajón, son más adecuadas cuando actúan bajo condiciones de compresión moderada o rellenos muy bajos; cuando las cargas de relleno aumentan, esta forma de alcantarilla se hace menos económica; esto también ocurre cuando las presiones hidrostáticas
Alcantarillas circulares, son alcantarillas prefabricadas la cuales se utilizan cuando van a estar sometidas a cargas de relleno y cargas hidrostáticas dentro de los límites normales. Estos son adecuados para distintas condiciones de cargas, incluyendo grandes presiones internas. Se diseñan con la cara inferior relativamente plana, logrando de esta forma una distribución amplia de la carga; esto proporciona grandes espesores y resistencia en los lados, transmitiendo uniformemente los grandes empujes a las fundaciones, y pequeños espesores en la parte superior, para resistir las pequeñas presiones y fuerzas constantes.
Alcantarillas ovaladas, estas se utilizan cuando tienen que colocarse bajo rellenos muy pesados o cuando las cargas verticales son moderadas pero las presiones laterales son muy pequeñas. Estos tipos de alcantarillas son especialmente efectivas en estos casos y en el mantenimiento de buenas condiciones hidráulicas. Las alcantarillas ovoidales se recomiendan para conductos largos sometidos a algunas de las siguientes condiciones:
1. Grandes cargas verticales
2. Moderadas o pequeñas presiones laterales.
3. Canales de drenaje profundo y estrecho.
4. Requerimientos para eficacia hidráulica.
5. Pequeña o ninguna carga hidráulica interna en la corona del conducto.
Para los detalles de colocación se deben tener en cuenta dos aspectos, los cuales son: la localización y la base o lecho.
Al momento de localizar una estructura de drenaje se debe tener en cuenta tres factores importantes para lograr mayor eficiencia y seguridad; estos factores son: alineamiento, pendiente y elevación. Un alineamiento adecuado se logra cuando la estructura se adapta a las condiciones topográficas del lugar; esto significa que el eje de la alcantarilla deberá coincidir con el lecho de la corriente. se deben evitar cambios bruscos que impidan y retarden el flujo normal.
El segundo factor consiste en que la estructura del drenaje debe tener la misma pendiente del lecho del flujo vecino.
No tomar en cuenta la pendiente del drenaje natural puede provocar serias consecuencias. Una alcantarilla con una pendiente demasiado baja provoca una reducción en la velocidad del flujo y, por lo tanto, reduce la capacidad hidráulica.
Para la elevación de las alcantarillas, estas deben colocarse preferiblemente con su fondo a nivel del cauce y no más bajas. Cuando se requiere bajar el fondo del canal, es necesario reconformar el lecho aguas abajo, ajustándolo a la nueva rasante y pendiente.
Al hablar de base o lecho, me refiero a las condiciones de apoyo de una alcantarilla son de gran importancia; ya que afecta en la distribución de la reacción de presión bajo la alcantarilla. Poco cuidado o métodos impropios de construcción pueden ser causa de un mal comportamiento de la alcantarilla bajo cargas moderadas. Esto se aplica a conductos circulares colocados en lechos que no tienen la forma del conducto. Las presiones son, de este modo, concentradas en un punto, usualmente en la parte más baja del conducto, produciendo esfuerzos más altos que si la reacción estuviese distribuida uniformemente.
Las alcantarillas necesitan estructuras adicionales como son los cabezales y los disipadores de energía.
Los cabezales son estructuras que se colocan en los extremos de las alcantarillas y sirven de protección a los rellenos de las vías, evitando infiltraciones que puedan afectar su estabilidad. Se colocan en aquellos lugares donde el tope de la alcantarilla se encuentra con la superficie en pendiente del relleno.
Existen otros tipos de cabezales que se conocen como cabezales metálicos prefabricados, estos han sido diseñados especialmente para ser acoplados a las alcantarillas de acero galvanizado corrugado, redonda o abovedada.
Se fabrican en láminas de acero galvanizado, corrugado en el caso de las piezas de ala, y lisas para las piezas de frente y piso.
Ahora los disipadores de energía son elementos del drenaje vial que se colocan a la salida de las alcantarillas, con el fin de disminuir el exceso de energía cinética que trae el flujo del agua que sale de estas. Esta energía cinética es el producto de la aceleración que sufre el flujo del agua al ser conducido a través de las alcantarillas. algunas veces, este flujo acelerado que sale de las alcantarillas trae velocidades que no son permisibles para los canales naturales o artificiales donde descargan las alcantarillas, y se producen grandes socavaciones que ponen en peligro la estabilidad de los terraplenes de las vías o pueden causar problemas aguas abajo.
Los tipos de disipadores que se pueden encontrar son:
Pozo amortiguador corto para pequeñas salidas de alcantarillas, este disipador fue desarrollado por A.J. Peterka de U.S.B.R. La acción de los bloques anteriores y los tacos verticales colocados sobre la rápida y el fon del canal ayudan en la disipación de energía, disminuyendo de esta manera la longitud del resalto.
Supresores de ondas, este disipador se utiliza cuando en el resalto hidráulico se originan ondas superficiales que podría se perjudiciales para el canal aguas abajo de la estructura.
Los tipos de disipadores utilizados para resolver este problema son:
- bloques deflectores, consiste en colocar en el pozo unos bloques anteriores, similares a los vistos en la descripción del disipador corto pero las dimensiones un poco mayores.
- pequeñas caídas, la forma de este disipador consiste en una serie de rieles de acero, canales de hierro o viguetas de concreto instaladas al nivel del fondo de la alcantarilla y sobre el pozo amortiguador.
- supresor de ondas, consiste en dos placas rígidas, colocadas sobre la superficie del agua y separadas una distancia conveniente.
Disipador de impacto, se utiliza para velocidades del flujo comprendidos entre 0.6 y 15 metro/segundo.
Este disipador consiste en un cajón de concreto a la salida de la alcantarilla y una viga perpendicular al eje longitudinal del disipador.
Fondo de tacos para canales, este disipador es utilizado principalmente cuando el flujo proveniente de un canal de superficie libre debe salvar un cierto desnivel. Durante el paso de un nivel a otro el flujo es acelerado por la acción de la gravedad, teniendo esto como consecuencia la erosión del terreno natural en el nivel inferior.
Disipador de energía utilizando murete final y roca, consiste en una expansión gradual de las alcantarillas seguida de un pozo disipador de roca suelta y paredes laterales divergentes.
Disipador de gancho, consiste en una expansión trapezoidal en cuyo fondo se encuentran colocadas convenientemente tres estructuras en forma de gancho.
Disipador de energía "Contra Costa"
Estas estructuras se clasifican en tres tipos:
Para la última parte de esta entrada hablaremos los diferente tipos de sumideros y bocas de visita que se utilizan en Venezuela.
Los sumideros se utilizan en vías urbanas para captar las aguas provenientes de las cunetas.
- sumideros de ventana, se utilizan para vías con pendientes pequeñas ya que resultan más económicos y eficientes, evitando el depósito de arrastres y sedimentos.
- sumideros de reja, se utilizan para vías con pendientes pronunciadas, donde las velocidades del agua en las cunetas es grande, pudiéndose captar el agua en distancias menores que las correspondientes a los sumideros de ventana.
- sumideros especiales, dentro de esta clasificación se encuentran los sumideros tipo cuneta, que son sumideros de rejilla con esta última en forma de cuneta. También se incluyen los sumideros en estructuras, que son aquellos que se colocan en los puentes.
Las bocas de visita, consta de un cono excéntrico, cilindro y base, de concreto sin armar; es un elemento de la infraestructura urbana que permite el acceso, desde la superficie, a diversas instalaciones subterráneas de servicios públicos: tuberías de sistemas de alcantarillado, redes de distribución de energía eléctrica, teléfonos o gas natural
