TIPOS DE ALCANTARILLAS

Principalmente se emplean los siguientes materiales: concreto reforzado y el metal corrugado; con menos frecuencia se realiza alcantarilladas de madera, tubo de hierro fundido, tubos de barro vitrificado y ocasionalmente de mampostería.

MUROS Y ALAS DE ALCANTARILLAS

DE ALCANTARILLAS
Los muros principales de las alcantarillas se construyen principalmente para proteger los lados del terraplén contra erosión. Algunas autoridades hacen referencia al muro aguas arriba como “muro de cabeza” y a la de aguas abajo como “muro terminal”. Además de cumplir la función de control de la erosión, los muros sirven para evitar la separación de las alcantarillas formadas por tramos de tubos y para retener el relleno. Los materiales más comúnmente empleados en los muros son concreto, mampostería (piedra o grava), y metal. De éstos, el concreto es el de uso más amplio debido a su adaptabilidad a todos los tipos de alcantarilla y por que se presta a un trato arquitectónico interesante.

En la selección del tamaño y tipo de muro que convenga utilizarse en un caso dado, debe considerarse los puntos relativos a la economía. Además, debe dársele alguna importancia a las cuestiones astáticas, pues el muro es la parte principal de la estructura de la alcantarillas promedio que queda visible para el viajero. Por supuesto, no siempre es necesario, y su empleo deberá evitarse donde sea posible, debido a su costo. Los muros son la parte más cara de la instalación de las alcantarillas promedio; el muro deberá hacerse tan pequeño como sea posible y consistente con un diseño adecuado. También, deberá considerarse la seguridad del transito par escoger el tipo de muro.

Muchos tipos diferentes de muro son utilizados por diversos organismos de carretera; por lo general, cada organismo ha desarrollado diseños estándar que se utilizan siempre que sea posible. Diferentes organizaciones ha dado diversas ilustraciones de instalaciones típicas de los muros empleados con mayor frecuencia.

La figura 11 – 13 es un dibujo que ilustra los detalles de los muros terminales estándar utilizados por Virginia Department of Highways en alcantarillas de tubo múltiple. Las partes acompañadas de este muro generalmente se llaman “aleros”. El muro terminal que se ilustra en la figura 11 – 12 es típico del tramo final metálico y prefabricado que se utiliza en pequeñas alcantarillas de tubo metálico corrugado.

En interés de la seguridad, los organismos de carreteras deberán considerar la colocación de una reja atravesada en el extremo de la alcantarilla si existe peligro de que los vehículos choquen con el muro

SELECCIÓN DEL TIPO DE ALCANTARILLA

La selección del tipo de alcantarilla que se debe utilizar en un lugar determinado, depende de la necesidades hidráulicas y de la resistencia requerida para soportar el peso del relleno o de la carga que se mueve sobre ruedas después de que se han establecido estos elementos la selección se vuelve por mucho, un asunto económico, deberá tomarse en consideración la durabilidad y el costo de la estructura completa, incluyendo aspectos tales como el costo inicial de las unidades manufacturadas y los costos de transporte e instalación. En cualquier comparación total del costo de los diferentes tipos de alcantarilla que pueda seleccionarse para su uso en una instalación dada, deberán considerarse también el costo de mantenimiento

OBRAS DE ARTE EN CARRETERAS

DISEÑO DE ALCANTARILLAS DE HORMIGO Y METÁLICOS

El manual de diseño de alcantarillas de mayor empleo y aceptación en el mundo sea el “Hydraulic Chart for the selectiion of highway culverts” de U.S.A.

En el diseño convencional se evalúan los controles de flujo de entrada y de salida. El tirante de agua a la entrada (tirante del estanque corriente arriba sobre la parte mas baja de la entrada) se calcula para el gasto de descarga para el proyecto suponiendo que:

1) rige el control de entrada y
2) que rige el control de salida.

Entonces el tirante mas alto de agua requerida de los dos define el tipo de control y la alcantarilla adquiere la categoría de “control de entrada” o de “control de salida”. Con objeto de hacer expeditos los cálculos se simplifican las suposiciones, y por comparación de los tirantes de entrada, se evita la difícil labor de definir el perfil del flujo real a lo largo del conducto de la alcantarilla no obstante con este método de diseño convencional, no se hace el intento de modificar las condiciones de flujo des-balanceado que pueda existir. La curva de comportamiento de control de entrada representa la capacidad de flujo real de la alcantarilla en tanto que el comportamiento más favorable de la curva de control a la salida es el potencial del conducto de la alcantarilla y estos términos no se logra la capacidad completa del conducto y existe una situación que no es económica.

NORMA AASHO DESIGNACION M-147-65 (II)

Requisitos generales :

Agregado grueso :

- El agregado grueso retenido en el tamiz No 10 consistirá de fracmentos o partículas duras y resistentes de piedra , grava o escoria.No deben emplearse materiales que se fracmenten cuando son sometidos a ciclos alternos de heladas y deshielos o humedad y secado .

- El agregado grueso deberá tener un desgaste del 50% como máximo según la prueba de los Angeles .

Agregado fino :

-El agregado fino que pase el tamiz No 10 2mm. debe ser formado por arena natural u obtenerse por trituración y por partículas minerales finas que pasen el tamiz No 200.

-La fracción que pase el tamiz No 200 no será mayor que los dos tercios de la fracción que pase el tamiz No 40 .La gfracción que pase el tamiz No 40 tendrá un límite líquido no mayor del 25% y un índice plástico no mayor de 6 .

-El suelo debe estar libre de materia vegetal y grumos de arcilla y su granulometria debe estar dentro oo indicado en la tabla 1 .

PORCENTAJE EN PESO QUE PASA LOS TAMICES INDICADOS
tamiz	A	B	C	D	E	F
2 “ 50mm	100	100	-	-	-	-
1” 25mm	-	75-95	100	100	100	100
3/8” 9.5mm	30-65	40-75	50-85	60-100	-	-
No4 4.75mm	25-55	30-60	35-65	50-85	55-10	70-100
No10 2 mm	15-40	20-45	25-50	40-70	40-100	55-100
No40 0.425mm	8-20	15-30	15-30	25-45	20-50	30-70
No 200 0.075mm	2-8	5-20	5-15	5-20	6-2	8-25

Materiales para sub-bases :

-Los metrailes para sub-bases deberán llenar los requisitos indicados anteriormente.

Deberán cumplir las granulometrias de las columnas A,B,C,D,E,o F , el tipo de granulometria deseados deberán especificarse.

Materiales para bases :

-Los materiales para las capas base deberán cumplir con los requisitos indicados anteriormenta . Pueden ser utilizadas las granulometrias A;B;C,D;E o F , la granulometria a ser usada deberá ser especificada.

Contenido de humedad

Cuando se compacten las muestras de suelo y agregado estas deberán tener la humedad igual o ligeramente menor a la óptima necesaria para asegurar la densidad de diseño .

Mezcla

El cloruro de calcio que se use para elo control de humedad deberá llenar los requisitos indicados en las especificaciones standard para cloruro de calcio AASHO M-144.

NORMA AASHO DESIGNACION M-147-65

Finalidad:Estas especificaciones se refieren a la granulometria y calida de las mezclas areno arcilosas , gravas , cerniduras de piedra o escorias , agregado grueso o escoria trituradad , o cualquier combinación de estos materales . Los requisitos que se indiocan se amplian solamente a los ,materiales que tienen pesos específicos , características de absorción y granulometrias corrientes , para otra clase de materiales deberán establecerse las especificaciones correspondientes a cada caso .

CAPA DE RODAMIENTO

Su función primordial será la de proteger la base impermeabilizando la superficie para evitar asi posibles infiltraciones de agua de lluvia que podrian saturar parcial o totalmente las capa inferiores , además evita que se desgaste o desintegre la base a causa del tránsito de los vehículos .

Asimismo la capa de rodamiento contribuye en cierto modo a aumentar la capacidad de soporte del pavimento , especialmente si su espesor es apreciable (mayor a 3” ).

TERRENO DE FUNDACION

De su capacida de soporte depende en gran parte el espesor que debe tener un pavimento , sea este flexible o rígido . Si el terreno de fundación es pésimo debe desecharse este material y sustituirse por otreo de mejor calidad .Si el terreno de fundación es malo y se halla formado por un suelo fino , limoso o arcilloso suceptible de saturación habrá de ponerse una sub-base de material granular seleccionad antes de ponerse la base y capa de rodadura .

Resumiendo lo expuesto anteriormente tenemos :

a) Si el terreno de fundación es pésimo debe desecharse y sustituirse por otro demejor calidad

b) Si el terreno de fundación es malo habrá de colocarse una sub-base de material seleccionado antes de poner la base .

c) Si el terreno de fundación es bueno podrá prescindirse de la sub-base .

d) Si el terreno es excelente podrá prescindirse de la sub-base y de la base .

CAPAS DE UN PAVIMENTO

En la actualidad no existe una desicnación única para las diferentes partes que componen un pavimento . Asi por ejemplo unos llaman pavimento a la capa superficial de mezcla bituminosa o de concreto , otros designan a esta capa con el nombre de firme o afirmado y la gran mayoria llaman pavimento al conjunto de todas las capas .
A continuación definiremos algunos téminos a ser utilizados :

- Pavimento .- Toda estructura que descansa sobre el terreno de fundación y que esta
formada por las diferentes capas : sub-base , base , capa de rodadura y sello.

-Terreno de fundación .- Suelo que sirve de fundación al pavimento despues de haber terminado el movimiento de tierras y que una vez compactadp tiene las secciones trasversales y pendientes de diseño.

-Superficie subrasante .- Es la que corresponde al terreno de fundación .

-Sub-base.- Capa de material seleccionado que se coloca encima la subrasante.

-Base.- Capa de material pétreo , mezcla de suelo cemento , mezcla bituminosa o piedra triturada que se coloca encima de la sub-base.

-Capa de rodamiento .- La que se coloca encima la base y esta formada por una mezcla bituminosa o de concreto.
Nota : No siempre un pavimento se compone de todas las capas anteriormente mencionadas . La ausencia de una o de varias de ellas depende de la calidad del terreno de fundación , la clase de material a usarse y el tipo de pavimento , la carga de diseño , etcétera.

-Carpeta de desgaste o sello .- La que se coloca encima de la capa de rodadura y esta formada por una mezcla bituminosa .Encima de esta carpeta a ceves se coloca un riego de arena o piedra picada menuda .

COMPACTACIÓN DE LA SUB-BASE, DE LA BASE Y CAPA DE RODAMIENTO

COMPACTACIÓN DE LA SUB-BASE.

Para todos los tipos de tráfico la sub-base ha de compactarse hasta alcanzar un mínimo del 97 % de la densidad de laboratorio obtenida según los métodos ASTM-D-1559, D-1560 o ASSHO-T-16.

COMPACTACIÓN DE LA BASE Y CAPA DE RODAMIENTO.

Las capas de base, así como la niveladora y la superficial, deben compactarse hasta alcanzar un mínimo del 97 %, de la densidad de laboratorio obtenida según los métodos ASTM-D-1559, D-1560 o ASSHO T-16.

COMPONENTES ESTRUCTURALES DEL PAVIMENTO

1.1. Subrasante

a) Si el terreno de fundación es pésimo, debe desecharse el material que lo compone siempre que sea posible, y sustituirse este por un suelo de mejor calidad.

b) Si el terreno de fundación es malo, habrá que colocar una sub - base de material seleccionado antes de colocar la base.

c) Si el terreno de fundación es regular o bueno, podría prescindirse de la sub - base.

1.2. Sub-base

Servir de drenaje al pavimento.

b) Controlar o eliminar en lo posible, los cambios de volumen de elasticidad y plasticidad perjudiciales que pudiera tener el material de la sub - rasante.

c) Controlar la ascensión capilar del agua proveniente de las capas friáticas cercanas o de otras fuentes,

protegiendo así el pavimento contra los Hinchamientos que se producen en Épocas de helada. Este hinchamiento es causado por el congelamiento del agua capilar, fenómeno que se observa especialmente en suelos limosos, donde la ascensión del agua capilar es grande.

El material de la sub - base debe ser seleccionado y tener mayor capacidad de soporte que el terreno de fundación compactado. Este material puede ser arena, grava, escoria de altos hornos o residuos de material de cantera.

Si la función principal de la sub - base es de servir de capa de drenaje, el material a emplearse debe ser granular, y la cantidad de material fino (limo y arcilla) que pase el tamiz No. 200 no será mayor del 8%.

1.3. Base

Esta capa tiene por finalidad, la de absorber los esfuerzos trasmitidos por las cargas de los vehículos y, además, repartir uniformemente Estos esfuerzos a la sub - base y por medio de esta al terreno de fundación.

Las bases pueden ser granulares, o bien estar constituidas por mezclas bituminosas o mezclas estabilizadas con cemento u otro ligante.

El material pétreo que se emplea en la base, debe llenar los siguientes requisitos:

a) Ser resistente a los cambios de humedad y temperatura.

b) No presentar cambios de volumen que sean perjudiciales.

c) El porcentaje de desgaste, según el ensayo de " Los Angeles " debe ser inferior a 50.

d) La fracción del material que pase el tamiz No. 40, ha de tener un Limite Liquido del 25 %, y un Indice

de Plasticidad inferior a 6.

e) La fracción que pasa el tamiz No. 200, no podrá exceder de 1/2 y en ningún caso los 2/3 de la fracción que pasa el tamiz No. 40.

f) La graduación del material de la base, es menester que se halle dentro de los limites establecido en las normas o en el pliego de especificaciones técnicas.

g) El C.B.R. de diseño debe ser superior al 50 %.

Por lo general la capa base se emplea piedra triturada o chancada, grava o mezclas estabilizadas, etc.

1.4. Capa de rodadura

Su función primordial será proteger la base impermeabilizando la superficie, para evitar así posibles infiltraciones del agua de lluvia que podría saturar total o parcialmente las capas inferiores. Además evita que se desgaste o se desintegre la base a causa del transito de los vehículos.

Compactación del terreno de fundación.

Si los suelos del terreno de fundación son arcillosos, deberá exigirse en el campo un mínimo de 95 % de la densidad de laboratorio, determinada según el método AASHO T-180-D.

Además, el espesor mínimo del terreno de compactación debidamente compacto, estará relacionado con el tipo de tránsito. Así por ejemplo:

a) Si el " valor del Índice de tráfico " es menor que 10, o sea si hay " tráfico reducido ", el terreno de fundación habrá de compactarse de 6 a 12 pulgadas (15 a 30 cm.) de espesor como mínimo.

b) Si el " valor del Índice de tráfico ", está comprendido entre 10 y 100, es decir que hay un " tráfico mediano ", el terreno de fundación se compactará de 12 a 18 pulgadas (30 a 45 cm.) como mínimo.

c) Si el " valor del Índice de tráfico ", es mayor de 100, o sea, si hay " tráfico intenso ", el terreno de fundación será compactado de 18 a 24 pulgadas (45 a 65 cm.) como mínimo.


Si el terreno de fundación está formado por suelos no cohesivos, deberá exigirse una compactación no menor del 100 % de la densidad obtenida en laboratorio según el método AASHO T-180-D. Además, el espesor del terreno de fundación compactado tiene que ser:

a) No menor de 6 a 12"(15 a 30 cm), para tráfico reducido.

b) No menor de 12 a 18"(30 a 45 cm), para tráfico regular.
c) No menor de 18 a 24"(45 a 60 cm), para tráfico intenso

Especificaciones de las diferentes capas del pavimento flexible (capa de rodadura)

CAPA DE RODADURA.

Superficie de rodamiento constituida por materiales endurecidos para pasar minimizados los esfuerzos hacia las tracerías. Pueden ser materiales granulares con o sin liga, o mas comúnmente de concreto asfáltico o hidráulico, en sus diferentes variantes. Constituye el área propiamente dicha por donde circulan los vehículos y peatones.

Especificaciones de las diferentes capas del pavimento flexible (capa base)

CAPA BASE.

Constituye la capa intermedia entre la capa de rodamiento y la subbase. Generalmente se la usa en los pavimentos flexibles. Se compone de materiales pétreos con buena distribución granulométrica. Esta capa permite reducir los espesores de carpeta, dada su función estructural importante al reducir los esfuerzos cortantes que se transmiten hacia las capas inferiores. Además cumple una función drenante del agua atrapada dentro del cuerpo del pavimento.

Esta capa puede componerse de grava o agregados triturados, aun cuando los agregados se obtengan de gravas no menos de un 50 5 en peso de de los agregados gruesos, deberá tener por lo menos una cara fracturada
..

CARACTERISTICAS	CALIDAD
	DESEABLE	ADECUADA
Tamaño Máximo (mm)	38	51
% de Finos	10 Max.	15 Max
(Mat. 0.074 mm)	-	-
Limite Liquido %	25 Max.	30 Max.
Índice plástico %	6 Max.	6 Max.
Compactación %	100 Min.	100 Min
(AASHTO Est.)	-	-
Equivalente de Arena %	45 Min	30 Min.
CBR %	100 Min.	80 Min.
Desgaste los Angeles	40 Max.	40 Max.

Especificaciones de las diferentes capas del pavimento flexible (Capa sub base)

CAPA SUB-BASE.

Es una capa de materiales pétreos, de buena graduación, construida sobre la subrasante. Esta capa, al igual que la anterior, deberá cumplir con los requisitos de compactación y de calidad a que se hace referencia para la capa subrasante.

Esta capa es la que subyace a la capa base, cuando esta es necesaria, como es el caso de los pavimentos flexibles. Normalmente, la sub-base se construye para lograr espesores menores de la capa Base, en el caso de pavimentos flexibles.

En el caso de pavimentos de concreto, en muchos casos resulta conveniente colocar una capa Sub-base cuando las especificaciones para pavimento son mas exigentes.

CARACTERISTICAS	CALIDAD
	DESEABLE	ADECUADA	TOLERABLE
Tamaño Máximo (mm)	51	51	76
% de Finos	15 Max.	25 Max	10 Min.
(Mat. 0.074 mm)			20 Max.
Limite Liquido %	25 Max.	30 Max.	40 Max.
Índice plástico %	6 Max.	10 Max.	15 Max.
Compactación %	100 Min.	100 Min	95 Min.
(AASHTO Modif.)	-	-	AASHTO estandar
Equivalente de Arena %	45 Min	30 Min.	-
CBR %	40 Min.	30 Min.	30min.
Desgaste los Angeles	30 Max.	-	-

Especificaciones de las diferentes capas del pavimento flexible

 CAPA SUBRASANTE.

La subsazante se refiere al suelo que se encuentra aproximadamente un metro bajo el pavimento. Para terraplén es la parte que se encuentra a una profundidad de un metro bajo la superficie acabada del mismo. En caso de corte la subrasante implica la parte bajo un metro bajo la superficie excavada. Esto también incluye material de relleno que reemplaza completa o parcialmente al suelo natural inapropiado para la construcción de caminos suelos estabilizados tratado con cal cemento, el material de relleno utilizado en una sección de transición entre el corte y el terraplén y la capa filtrante diseñada para impedir que el suelo de la sub rasante se introduzca a la capa sub. base. La superficie de sub rasante terminada se introduzca a la capa sub base.

De acuerdo al estudio que se realiza (ensayo de laboratorios),se emplea para el diseño preliminar el valor de capacidad Sopote California. En esta capa el uso de suelo generalmente es el suelo que se encuentra en la Sub-rasante, en caso de que este suelo sea malo se lo cambia por otro.

Entre las especificaciones que debe cumplir el suelo para esta capa están detallados en la siguiente tabla:

CARACTERISTICAS	CALIDAD
	DESEABLE	ADECUADA	TOLERABLE
Tamaño Máximo (mm)	76	76	76
% de Finos	-	-	-
(Mat. 0.074 mm)	25 Max.	35 max.	40 Max.
Limite Liquido %	30 Max.	40 Max.	50 Max.
Índice plástico %	10 Max.	20 Max.	25 Max.
Compactación %	100 Min.	100 + - 2	100 + - 2
(AASHTO Est.) (1)	-	-	-
CBR %	30 Min.	20 Min.	15 min.

(1) con la humedad de compactación hasta 3% mayor a la optima.

ESTUDIOS PRELIMINARES AL DISEÑO ESTRUCTURAL DE CARRETERAS:

Para iniciar cualquier proyecto de pavimentación se debe tomar en cuenta las siguientes consideraciones.

a) Tránsito vehicular.

b) Consideraciones del terreno de apoyo (Estudio de suelos de fundación).

c) Descripción y especificaciones de materiales (Material granular, arena).

d) Confiabilidad del proyecto (Sobre la base de los tres puntos o incisos anteriores).

E) Diseño geométrico

Maquinaria para la preparación de carreteras

Tractor CAT - DTG con topadora: Se utiliza para el removido del terreno a ser cambiado.
Palas cargadoras frontal de ruedas CAT - 930 : Se utiliza para cargar a las volquetes el suelo excedente o cambiado.

Motoniveladora " pata de cabra" auto propulsada: utilizada para compactar las capas para obtener la resistencia deseada en cada una de estas.

Compactadora de rodillos lisos tándem: Será utilizada para la compactación de la capa base y la carpeta asfáltica, dejando superficies uniformes.

Volquetes : se utilizaran volquetes de 6 MC de capacidad que sirven para el transporte tanto del material desechado como del material desplazante.

Maquinaria para la aplicación del asfalto

Vagones cisternas: Se tiene camiones de diferentes tamaños, él más común es el de 40000 lbs ,sirven para calentar el producto cuando es necesario.

Camiones cisternas: S e emplean tanques de acero ó aluminio con rompeolas para evitar derrames, pueden estar aislados y frecuentemente contienen serpentines de calefacción.

Bidones de acero: Estos bidones de acero usualmente sirven para transportar betún asfáltico, es de 200 a 220 lts de capacidad.

Calentadores de asfalto: Estas sirven, para calentar el asfalto, existen varios tamaños de 300 a 900 lts , usando como fuente de calentamiento Oil , Gas - Oil ó electricidad.

Escobas y equipo de limpieza : Las escobas de limpieza de la superficie varían desde pequeños tambores barredores giratorios, remolcados a complicados aparatos auto propulsados que combinan barras regadoras y escobas con la aplicación del vacío y aparatos magnéticos para la eliminación de residuos metálicos.

Escarificadores : En conservación y reconstrucción es frecuente, destruir la superficie antigua, regularizarla y añadir nuevo material, para lo cual se utiliza los escarificadores, se utiliza varios tipos de transportadores de escarificadores .

Pulverizadores : Sirve para pulverizar el material escarificado , este pulverizador es giratorio. Distribuidor de asfalto: Es el elemento clave en la construcción de tratamientos superficiales, mezclas in situ y macadam por penetración consiste en un camión o semi - remolque sobre el que se monta un tanque aislado provisto de un sistema de calentamiento que es regado sobre la superficie del camino.

Extendedores de áridos : Existen 4 tipos de extendedores:

- Tipo de disco giratorio que se une al camión de áridos.

- Cajas con abertura regulable que se une a la compuerta del camión volquete.

- Cajas extendedoras montadas en sus propias ruedas.

- Extendedores de áridos autopropulsados.

EVALUACIÓN FÍSICA Y DE ESTADO DE OBRAS DE ARTE Y DRENAJE

INTRODUCCION

El drenaje en una carretera, busca eliminar el agua superficial sobre la franja del camino, restituir la red de drenaje natural la cual puede verse afectada por el trazado y evitar que el agua subterránea pueda comprometer la estabilidad de la base, de los terraplenes o cortes del camino.

Con la finalidad de eliminar el agua proveniente de las avenidas, se diseñan las obras de drenaje vial, abarcando los tipos más comunes de alcantarillas de tubos (acero corrugado y hormigón), alcantarillas de cajones simples, dobles y triples y alcantarillas de arco. También obras de drenaje superficial como bajadas de agua, cunetas, disipadores de energía, sumideros, etc. como obras de drenaje subterráneo como subdrenes, drenes longitudinales, sifones, etc.