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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.
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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).
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CAPÍTULO 10. CONTROL DE EROSIÓN EN TALUDES Y OBRAS DE INGENIERÍA
351
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.
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CAPÍTULO 10. CONTROL DE EROSIÓN EN TALUDES Y OBRAS DE INGENIERÍA
352
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.
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CAPÍTULO 10. CONTROL DE EROSIÓN EN TALUDES Y OBRAS DE INGENIERÍA
353
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.
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CAPÍTULO 10. CONTROL DE EROSIÓN EN TALUDES Y OBRAS DE INGENIERÍA
354
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.
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CAPÍTULO 10. CONTROL DE EROSIÓN EN TALUDES Y OBRAS DE INGENIERÍA
355
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
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CAPÍTULO 10. CONTROL DE EROSIÓN EN TALUDES Y OBRAS DE INGENIERÍA
356
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.
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CAPÍTULO 10. CONTROL DE EROSIÓN EN TALUDES Y OBRAS DE INGENIERÍA
357
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.
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CAPÍTULO 10. CONTROL DE EROSIÓN EN TALUDES Y OBRAS DE INGENIERÍA
358
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)
SACOS EN SUELO-CEMENTO (6:1)
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
-
CAPÍTULO 10. CONTROL DE EROSIÓN EN TALUDES Y OBRAS DE INGENIERÍA
359
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).
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CAPÍTULO 10. CONTROL DE EROSIÓN EN TALUDES Y OBRAS DE INGENIERÍA
360
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
PERFIL NATURALDEL TERRENO
MANUALMENTE CON PISÓN Pmax < 17º
BIOMANTO DE FIQUE
RELLENO COMPACTADO
ESTOLONES
GRAPAS METÁLICAS
PERFIL NATURALDEL TERRENO
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.
-
CAPÍTULO 10. CONTROL DE EROSIÓN EN TALUDES Y OBRAS DE INGENIERÍA
361
P > 29º
BIOMANTODE FIQUE
RELLENO COMPACTADOMANUALMENTE CON PISÓN
PERFIL NATURALDEL TERRENO
ESTOLONES o SEMILLAS
PANTALLA EN BAMBÚ
ESTACAS EN MADERADIÁMETRO 2" a 4"
GRAPAS METÁLICAS
P > 29º
BIOMANTODE FIQUE
RELLENO COMPACTADOMANUALMENTE CON PISÓN
PERFIL NATURALDEL TERRENO
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.
-
CAPÍTULO 10. CONTROL DE EROSIÓN EN TALUDES Y OBRAS DE INGENIERÍA
362
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.
-
CAPÍTULO 10. CONTROL DE EROSIÓN EN TALUDES Y OBRAS DE INGENIERÍA
363
FOTOGRAFÍA 10.2 Talud conformado y vegetalizado.
FOTOGRAFÍA 10.1 Conformación del talud previamente al
establecimiento de la vegetación.
-
CAPÍTULO 10. CONTROL DE EROSIÓN EN TALUDES Y OBRAS DE INGENIERÍA
364
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).
-
CAPÍTULO 10. CONTROL DE EROSIÓN EN TALUDES Y OBRAS DE INGENIERÍA
365
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.
-
CAPÍTULO 10. CONTROL DE EROSIÓN EN TALUDES Y OBRAS DE INGENIERÍA
366
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.
-
CAPÍTULO 10. CONTROL DE EROSIÓN EN TALUDES Y OBRAS DE INGENIERÍA
367
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.
-
CAPÍTULO 10. CONTROL DE EROSIÓN EN TALUDES Y OBRAS DE INGENIERÍA
368
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.
-
CAPÍTULO 10. CONTROL DE EROSIÓN EN TALUDES Y OBRAS DE INGENIERÍA
369
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
Pastos de raízprofunda
1.55 a 10%
Pastos de raízpoco profunda
0.9
Pastos de raízprofunda
1.2Más del 10%
Pastos de raízpoco profunda
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:
-
CAPÍTULO 10. CONTROL DE EROSIÓN EN TALUDES Y OBRAS DE INGENIERÍA
370
D = Ø 4" y 6"
BIOMANTODE FIQUE
PERFIL NATURALDEL TERRENO
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
-
CAPÍTULO 10. CONTROL DE EROSIÓN EN TALUDES Y OBRAS DE INGENIERÍA
371
PERFIL NATURALDEL TERRENO
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
-
CAPÍTULO 10. CONTROL DE EROSIÓN EN TALUDES Y OBRAS DE INGENIERÍA
372
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.
-
CAPÍTULO 10. CONTROL DE EROSIÓN EN TALUDES Y OBRAS DE INGENIERÍA
373
• 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).
-
CAPÍTULO 10. CONTROL DE EROSIÓN EN TALUDES Y OBRAS DE INGENIERÍA
374
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.
-
CAPÍTULO 10. CONTROL DE EROSIÓN EN TALUDES Y OBRAS DE INGENIERÍA
375
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.
-
CAPÍTULO 10. CONTROL DE EROSIÓN EN TALUDES Y OBRAS DE INGENIERÍA
376
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.
-
CAPÍTULO 10. CONTROL DE EROSIÓN EN TALUDES Y OBRAS DE INGENIERÍA
377
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).
-
CAPÍTULO 10. CONTROL DE EROSIÓN EN TALUDES Y OBRAS DE INGENIERÍA
378
FOTOGRAFÍA 10.4 Barreras internas en zanjas de oleoductos
enterrados
FOTOGRAFÍA 10.3 Manejo de aguas de escorrentía utilizando
elementos prefabricados de concreto.
-
CAPÍTULO 10. CONTROL DE EROSIÓN EN TALUDES Y OBRAS DE INGENIERÍA
379
• 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).
-
CAPÍTULO 10. CONTROL DE EROSIÓN EN TALUDES Y OBRAS DE INGENIERÍA
380
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).
-
CAPÍTULO 10. CONTROL DE EROSIÓN EN TALUDES Y OBRAS DE INGENIERÍA
381
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.
-
CAPÍTULO 10. CONTROL DE EROSIÓN EN TALUDES Y OBRAS DE INGENIERÍA
382
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
-
CAPÍTULO 10. CONTROL DE EROSIÓN EN TALUDES Y OBRAS DE INGENIERÍA
383
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
=
-
CAPÍTULO 10. CONTROL DE EROSIÓN EN TALUDES Y OBRAS DE INGENIERÍA
384
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).
-
CAPÍTULO 10. CONTROL DE EROSIÓN EN TALUDES Y OBRAS DE INGENIERÍA
385
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.
-
CAPÍTULO 10. CONTROL DE EROSIÓN EN TALUDES Y OBRAS DE INGENIERÍA
386
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.
-
CAPÍTULO 10. CONTROL DE EROSIÓN EN TALUDES Y OBRAS DE INGENIERÍA
387
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.
-
CAPÍTULO 10. CONTROL DE EROSIÓN EN TALUDES Y OBRAS DE INGENIERÍA
388
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
Protección en gaviones
Filtro en geotextil
Protección en gaviones
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,
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CAPÍTULO 10. CONTROL DE EROSIÓN EN TALUDES Y OBRAS DE INGENIERÍA
389
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
Desague a corriente naturalcada 10 cortacorrientes
comomáximo
Desague a corriente naturalcada 10 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).
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CAPÍTULO 10. CONTROL DE EROSIÓN EN TALUDES Y OBRAS DE INGENIERÍA
390
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