Medidas para desarrollar estructuras a prueba inundaciones [1996]

AGENCIA PARA EL MANEJO DE EMERGENCIAS (FEDERAL EMERGENCY MANAGEMENT AGENCY)

JUNTA DE PLANIFICACION DE PUERTO RICO

MANUAL INFORMATIVO

MEDIDAS PARA DESARROLLAR ESTRUCTURAS A PRUEBA DE INUNDACION

MANUAL INFORMATIVO

MEDIDAS PARA PROTEGER ESTRUCTURAS A PRUEBA DE INUNDACION

Este manual es producto del Programa de Asistencia a la Comunidad (Community Assistance Program), año federal 1996,a través del acuerdo cooperativo entre el Gobierno

Estatal de Puerto Rico, la Junta de Planificación y la Agencia Federal Sobre el Manejo de Emergencias.

Reconocimiento: La Preparación de este documento estuvo a cargo del Instituto de Desastres Naturales y del Departamento de Ingeniería Civil, Facultad de Ingeniería, Recinto Universitario de Mayagüez, Universidad de Puerto Rico, Mayagüez,Puerto Rico.

Primera Edición

Tabla de Contenido

1 Introducción .

1.1 Trasfonde y Definición del Problema .

1.2 Objetivos . • • . •

1.3 Descripción General de las Medidas a Prueba de Inundación

1.3.1 Elevación de la Estructura

1.3.2 Diques . .

1.3.3 Paredes de Inundación

,1.3.4 CeiTaduras .

1.3.5 Selladores

2 Variables Importantes en una Inundación .

2.1 Características relevantes de una Inundación .

2.1.1 Profundidad del Agua . .

2.1.2 Frecuencia . .

2.1.3 Elevación de Inundación Base .

2.1.4 Velocidad del Agua

2.1.5 Razón de Crediiniento

2.1.6 Transporte de Escombros

2.2 Características del Lugar . . . .

2.2.1 Localización con Respecto al Cauce de un Río

2.2.2 Localización con Respecto a Zonas Costeras .

2.2.3 Condiciones del Terreno

2 2.4 Características Fisiográficas .

2.3 Características de la Estructura

3. Elevación .

3.1 Introducción

3.2 Elevación por Relleno (Movimiento de Tierra)

3 2 I Estabilidad de la Sobrecarga . !

3 2 2 Diseño del Relleno . . . .

3 2 3 Mantenimiento del Relleno .

3.3 Elevación por Postes, Pilotes y Paredes

3.3.1 Columnas o Postes . . . .

3.3.2 Pilotes . . . . . .

3.3.3 Paredes de Elevación

3.3.4 Amarre . . . .

3.3.5 Mantenimiento

4. Diques . . . . . .

4.1 Introducción . . . . .

4.2 Consideraciones . . . .

4.3 Técnicas de Construcción

4.4 Criterios de Diseño . . . .

4.4.1 Naturaleza de los Suelos y su Compactación

4.4.2 Infiltración . . . .

4.4.3 Estabilidad del relleno .

4.4.4 Drenaje Interior.

5. Constmcción a Prueba de Agua (Cerraduras y Selladores)

5.1 Introducción . . . .

5.2 Resistencia de la Pared.

5.2.1 Hormigón y Bloques no Reforzados

5.2.2 Hormigón Armado y Bloques Reforzados

5.2.3 Determinación de Resistencias .

5.3 Resistencia del Piso y Estabilidad Estructural.

5.4 Construcció a Prueba de Agua

5.4.1 Construcción con Hormigón de Calidad

5.4.2 Selladores . . .

5.4.3 Membranas . . .

5.5 Cerraduras y Escudos

6. Paredes de Inundacón . . .

6.1 Introducción . . . .

6.2 Características de la Inundación

6.3 Acce,so a la Propiedad.

6.4 Drenajes . . . .

6.5 Mantenimiento

6.6 Técnicas y Materiales de Construcción

7. Selección de un Método de Protección

7.1 Proceso de Selección

7.2 Nivel de Protección

Bibliografía . . . . .

Glosario

Lista de Figuras

Figura 1.1

Figura 1.2

Figura 1.3

Figura 1.4

Figura 1.5

Figura 1.6

Figura 1.7

Figura 1.8

Figura 1.9

Figura 2.1

Elevación por Relleno de una Estructura .

Distribución de Postes en una Fundación Elevada

Distribución Típica de un Dique . . . .

Relación Geométrica de un Dique Típico.

Paredes Típicas de Inundación . . . .

Aplicación de Cerradura en Puerta

Aplicación de Cerradura por Deslizamiento

Ejemplos de Cerraduras y Escudos

Sistemas de Selladores y Drenajes en Residencia.

Sección Transversal Típica de un Valle Inundable de un Río

Figura 2.2 Distribución de Fuerzas Hidrostáticas en una Estructura

Sumergible

Figura 3.1 Rellenos en Hormigón para Fundaciones de Postes

Figura 3.2 Postes como Apoyo a Plataforma. . . . .

Figura 3.3 Postes como Marco de Estructura

Figura 3.4 Aplicación de Postes en Excavaciones Perforadas y con Cimientos en Hormigón . . .

Figura 3.5 Aplicación de Postes con Relleno en Hormigón

Figura 3.6 Distribución de Estratas de Suelo y Relleno de Postes .

Figura 3.7 Distribución de Esfuerzos en un Pilote . . . .

Figura 3.8 Distribución y Amarre de Pilotes . . . . .

Figura 4.1 Distribución Geométrica de un Dique . . . .

Figura 4.2 Concepto de Drenaje Interior para Recolección de Aguas

Escorrentía

Figura 4.3 Concepto del uso de Válvulas de Reflujo en Tubería Sanitaria de Residencia. . . . . . . .

Figura 4.4 Control de Infiltración Utilizando Tabla-Estacas .

Figura 4.5 Control de Inundación Utilizando Núcleo Impermeable .

Figura 4.6 Sistema de Recolección . . . . .

Figura 4.7 Pozos de Descarga . . . . .

Figura 4.8 Sábanas de Drenaje . . . . .

Figura 4.9 Pies de Drenaje . . . . . .

Figura 4.10 Estabilidad del Talud: Fallo Rotacional.

Figura 5.1 Ejemplo de Juntas y Uniones Impermeables en Estructuras

Figura 5.2 Ejemplo de Cerradura Permanente en Ventana .

Eigura 5.3 Sellado de Abertura Mediante Escudo de Inundación

Figura 5.4 Conexión con Tomillo y Rosca de Mariposa

Figura 6.1 Pared de Inundación en Pivote Desplomable (Posición Reclinada)

Figura 6.2 Pared de Inundación en Pivote Desplomable (Posición Vertical)

Figura 6.3 Distribución de los Componentes de una Pared de Inundación . .

Figura 6.4 Estabilidad de Muros de Gravedad

Figura 6.5 Estabilidad de Muros en Voladizo

Figura 6.6 Técnicas de Control de Infiltración en Paredes .

Figura 6.7 Estabilidad externa de un Muro de Inundación .

Capítulo 1

Introducción

1.1 Trasfondo y Defnición del Problema

Los daños ocasionados por inundaciones producen más pérdidas que cualquier otro tipo de desastre natural. Cientos de millones de dólares son invertidos en los sistemas de mitigación y recuperación de desastres por inundaciones. La condición tropical de nuestra Isla y su alta vulnerabilidad a desastres, especialmente aquellos relacionados con pobres drenajes y zonas susceptibles a inundaciones, son los responsables principales de la alta recurrencia de estos eventos.

La atención de este problema se puede hacer con carácter preventivo o correctivo. En muchas ocasiones la aplicación de medidas correctivas es considerada de manera supeidicial, secundaria y de carácter temporero. Esto logra que muchos dueños de propiedades afectados por estos eventos se sientan atrapados recurrentemente en ciclos de inundación y reparación, donde no tan sólo incurren en gastos significativos sino, que también propician el incremento periódico de la devaluación de la propiedad.

Las medidas preventivas junto a las medidas correctivas aplicadas simultáneamente han probado ser efectivas en la mitigación de daños por inundaciones. Es por esto que surge la necesidad de orientar al público en general en tomo a una serie de medidas disponibles en la literatura como alternativas dirigidas a prevenir los daños causados por eventos de inundación. Estas medidas son una combinación de ajustes o aditamentos que, si son utilizados correctamente, pueden salvaguardar la vida y la propiedad. Entre éstas se pueden identificar las paredes o diques a lo largo del perímetro de un edificio, la elevación de la estmctura deLnivel del terreno utilizando rellenos estmcturales de suelo, elevación de la estmctura a través de columnas o pilotes, la impermeabilización de puertas y ventanas, el refuerzo de elementos

estructurales para resistir la presión estática y dinámica del agua y el impacto de objetos flotantes, el uso de membranas y selladores para reducir la infiltración a través de paredes y pisos, y la utilización de elementos hidráulicos y mecánicos para controlar la entrada y salida de agua a una propiedad.

Las alternativas preventivas se clasifican también como medidas permanentes o de contingencia, debido a que necesitan ser implantadas previo a que ocurra el evento de inundación. Por otro lado, las medidas de emergencia o remediativas son improvisadas en sitio" durante un desastre ó son dirigidas a correguir un problema existente.

Las alternativas de medidas permanentes para mitigar daños son utilizadas en áreas sujetas frecuentemente a inundaciones, donde haya potencial para altos niveles de inundación, y/o donde, dada su localización, los avisos de inundación o la comunicación general sean deficientes. Como sabemos, en Puerto Rico existen muchas zonas que clasifican en al menos una de estas condiciones. Por ejemplo, tenemos las áreas costeras, los valles aluviales y las riberas pobladas de las zonas montañosas.

Dado este panorama, exhortamos al lector a que conozca las diversas aplicaciones que sugieren estas medidas y estudie razonablemente los diversos costos y beneficios asociados con cada una de ellas. La reglamentación local permite la implantación de estas medidas para usos comerciales e industriales. En el caso residencial, sólo es para uso exclusivo de protección y no se le exime del requisito compulsorio del seguro de inundación. Asi se convierte en una alternativa para consideración personal y privada.

Este documento tiene como objetivo orientar a técnicos y al público general sobre las diversas alternativas disponibles en la literatura para mitigar los daños por inundaciones y crear conciencia sobre la responsabilidad individual de los ciudadanos en proteger su vida y la propiedad de los mismos. A su vez, este documento servirá de referencia educativa y de ara aquellos que evalúen la reglamentación vigente (Reglamento de Planificación #13 sobre Susceptibles a Inundaciones y otros).

Cabe señalar que estas medidas fueron investigadas e identificadas en , la literatura disponible. Estas no necesariamente han sido aplicadas en Puerto Rico P n ® ® ^'acomendamos enérgicamente que previo a tomar una decisisón sobre alternativas aplicables a particular, se consulte a un profesional relacionado al tema Esta ohIq j i 'ornada como una de ingemena o diseño, y si como una de evaluación literaria y académica

1.3 Descripción General de las Medidas a Prueba de Inundación

Existen varias alternativas de proteger una propiedad utilizando una ^ ° vanas de las medidas a pruebas de inundación conocidas. Estas varían desd^ i.sde las mas simples y econó " hasta sistemas muy avanzados y especializados. A continuación se disc t de mitigación a los riesgos de inundaciones, las cuales han resiilnid lesuitado ser útiles universalmente. ®1^6ctivos

1.3.1 Elevación de la Estructura

Esta alternativa consiste en levantar la estructura o proniedaH k propiedad sobre los nivele de elevación de agua. El método a utilizarse dependerá He i ^ ^^Perados Pe las condiciones pánico, "^'^P'Pres de cada

propiedad, como por ejemplo, la elevación esperada del nivel de inundación en esa localización, el tamaño y tipo de estructura, y la capacidad de sustentación de los suelos, entre otros.

Uno de los métodos consiste en elevar la estructura a través de la extensión de las fundaciones, añadiendo una serie de paredes cimentadas en las zapatas originales de la estructura. Este método es usualmente considerado cuando la elevación del nivel de agua es moderada y su velocidad es razonablemente lenta.

Otro caso lo es el descrito en la figura 1.1 donde se protege un almacén de los niveles de inundación mediante la elevación de la estructura por relleno de suelo.

de Agua

Fig. 1.1 Elevación por Relleno de una Estructura

Algunos métodos análogos a éste incluyen la elevación a través de postes, columnas o pilotes. La figura 1.2 presenta un ejemplo de una residencia elevada en columnas. Esta alternativa es generalmente utilizada cuando la elevación del nivel de agua y las velocidades del flujo de agua son moderados. Este método es efectivo debido a que el paso del agua no es

obstmído por los elementos de soporte de la estructura. Sin embargo, esto requiere considerar la posibilidad de socavación de las fundaciones y el comportamiento del subsuelo bajo condiciones de saturación.

Los métodos de elevación de estructuras por postes o columnas son generalmente favorecidos dado que no requieren de la adquisición u ocupación de más propiedad para accesar las estructuras una vez elevadas. Sólo requieren de algún medio como una escalera extema para llegar a ellas. Este no es el caso para aplicaciones de elevación por relleno debido a que usualmente requiere de la ocupación de mayor área para dar acceso a la estmctura. Sin embargo, esta medida es más fácil de aplicar en nuevas constmcciones que aquellas existentes.

Nivel de Inundación

Nivel Mínimo de Piso

Refuerzo de Amarre Lateral Postes o Columnas

Nivel del Terreno

"Fundaciones de Hormigón'

Fig. 1.2 Distribución de Postes en una Fundación Elevada

1.3.2 Diques

Una posible alternativa para aislar una estmctura en una zona inundable lo es la constmcción de diques a lo largo del perímetro de los límites de una propiedad. Esta consiste

la construcción de una barrera hecha de suelo compactado y usualmente impermeable (arcilloso) que permite aislar una propiedad del embate de las aguas. Esto se recomienda en situaciones donde la elevación del nivel de agua es relativamente bajo y su velocidad del flujo es lenta. Esta alternativa resulta ser una de las más económicas y viables, aunque requiere de mucho cuidado y supervisión durante la construcción y el mantenimiento de la misma.

La figura 1.3 describe la distribución tipica de un dique, mostrando a su vez algunas de sus diversas alternativas para su impermeabilidad. En la figura 1.3a se muestra un dique impermealizado mediante un núcleo de arcilla, mientras que en lafigura 1.3b se muestra utilizando una tabla-estaca como barrera.

Borda Libre

Nivel de Agua

Lado Húmedo del Dique

Nivel de Agua

Tope del Dique

■■jjjL \^^Nivol del Terreno

Núcleo Impermeable de Arcilla

a. Capa Impermeable al Centro

Borda Libre

Tope del Dique

Tabla-Estaca Impenneabie

Lado Seco del Dique

Fig. 1.3 Distribución Típica de un Dique

Nivel del Terreno

La figura 1.4 describe la relación geométrica de un dique en función del ancho de la base y de la altura. Es importante el enfatizar como la altura del dique estara determinada por el nivel máximo de elevación del agua para una localidad en especifico.

No a Escala

1.4 Relación Geométrica de un Dique Típico

1.3.3 Paredes de Inundación

Al igual que los diques, las paredes de inundación crean una barrera que aisla la propiedad de las zonas inundadas. Las figura 1.5 representa casos particulares de una pared de inundación. El material que se utiliza es comúnmente bloques de cemento y/o hormigón armado. Aunque generalmente son más costosas, tienen la ventaja de que no requieren tanto mantenimiento como los diques.

a)

Terreno Existente

b)Parod

1.3.4 Cerraduras

c)

Las cerraduras son aditamentos utilizados principalmente en puertas y ventanas para impermeabilizar un área en particular de una propiedad. También se refiere a los medios de separación utilizados en conjunto con los diques y paredes de inundación en aquellas zonas particulares que proveen acceso a la parte contenida dentro de una de estas barreras. Las figuras 1.6, 1.7 y 1.8 presentan variantes de métodos de cerraduras.

Fig. 1.6 Aplicación de Cerradura en Puerta

1.3.5

Selladores

Este método suele ser utilizado en situaciones donde las inundaciones regulares sean extremadamente llanas y la velocidad del agua es mínima. Los selladores suelen ser capas impermeables que se aplican en las paredes exteriores de una estructura para reducir su permeabilidad. Típicamente están compuestos de bases de asfalto o compuestos poliméricos que pueden ser aplicados en las paredes y los pisos.

El uso de selladores debe estar justificado debido a su considerable limitación de sólo funcionar en niveles de agua muy bajos. También debe considerarse la resistencia que tenga el elemento estructural sellado al embate del agua y a los impactos de escombros que viajen en ella.

Selladores Impermeables

i Posibles Direcciones ri del Agua Infiltrada

Fig. 1.9 Sistemas de Selladores y Drenajes en Residencia

Capítulo 2

Variables Importantes en una Inundación

2.1 Características

Relevantes de una Inundación

Las inundaciones se pueden dividir en dos categorías principales: costeras o de río. Una inundación costera ocurre principalmente a consecuencia de la marejada ciclónica causada por la baja presión y vientos extremos de ciclones tropicales. En estas el nivel de agua estático del mar se levanta varios pies. Sobre este nivel se transportan las olas que fluyen a la costa y sobre ésta.

Los daños causados por este tipo de inundación son sustancialmente más severos que los causados por una inundación de río debido a la velocidad que llevan las olas y a los fuertes vientos que las acompañan. El diseño de estructuras para estas áreas requiere ser limitado a aquellas medidas físicas que puedan soportar estas fuerzas.

Las inundaciones de ríos son causadas principalmente por intensos o prolongados periodos de lluvia que azotan las áreas de captación o cuencas de los ríos y quebradas. También hay casos, especialmente en zonas urbanas, donde las inundaciones pueden ser causadas por drenajes inadecuados u obstruidos.

Para desarrollar un esquema efectivo de medidas a prueba de inundación para una estructura, se deben considerar varios factores hidrológicos e hidráulicos. La distribución en tiempo y espacio de la lluvia puede medirse con su frecuencia, volumen, duración y extensión espacial. La inundación puede medirse con la magnitud, niveles , velocidades y el tiempo que transcurre.

Este tipo de información es determinada por agencias federales o locales. La Agencia

Federal Para el Manejo de Emergencias(FEMA por sus siglas en inglés) requiere y provee los estudios hidrológicos e hidráulicos que son utilizados en la determinación de zonas con diferentes magnitudes de riesgos. Con éstos se desarrollaron mapas para identificar la

aplicabilidad de los primas de seguros para proteger las propiedades contra el riesgo de inundaciones. Para aquellas áreas que no tengan esta información, los estudios en hidrología e hidráulica deben desarrollarse para determinar los niveles y velocidades de inundación de acuerdo a las características de la zona. A continuación se discute la importancia de estos factores.

2.1.1

Profundidad del Agua

La determinación de la profundidad del agua es primordial para evaluar el potencial de daño de una inundación. Este factor es crítico para establecer el grado y método de protección. El nivel reglamentario de inundación determinará los esfuerzos a las que estarán sometidas las estructuras. El Estado, a través de la Junta de Planificación, reglamenta la construcción y el desarrollo en zonas inundables.

Cada mapa de inundación es único en términos de los niveles de inundación esperados. Inundaciones llanas, con una profundidad de un (1) pie o menos, aunque no representan riesgos a la pérdida de vidas, pueden causar daños considerables a edificios y otras propiedades debido a los estragos causados por el agua que entra a éstos. Reparar los daños causados por este tipo de evento es relativamente fácil y económico. Las inundaciones poco profundas, fluctuando entre uno (1) y tres (3) pies, ocasionan daños significativos tanto a las estructuras como a su contenido. La reparación de estos requiere más planificación y trabajo que en inundaciones llanas, pero puede ser una alternativa de solución económicamente viable. Las inundaciones moderadas tienen profundidades de tres(3)a seis(6) pies. Estas pueden causar la destrucción de un edificio y cobrar vidas debido a las grandes fuerzas envueltas en la misma. Las inundaciones profundas son aquellas cuyo nivel de agua es mayor de seis (6) pies. Estas presentan un

problema muy difícil de resolver ya que las fuerzas de la inundación son excesivas y pueden resultar muy fácilmente en el fallo de muchas medidas de protección contra inundaciones. En este tipo de inundación es comúnmente necesario relocalizar las estructuras o elevarlas. Para reparar los daños causados por este tipo de inundaciones se recomienda la ayuda de un profesional en la materia.

2.1.2 Frecuencia

La frecuencia de las inundaciones es un factor muy importante en la determinación del " mejor método para proteger una estructura. Esta se define como la probabilidad de que la magnitud de un evento aleatorio (la inundación)sea igualado o excedido en un año en particular. Esta frecuencia puede ser determinada estadísticamente mediante el uso de datos históricos.

Una zona inundable está sujeta a inundaciones de diferentes niveles, siendo más frecuentes aquellas de menor profundidad. La frecuencia estándar que se utiliza es el nivel de inundación que tiene un(1) porciento de oportunidad de ser igualado o excedido en un año dado. Esta inundación tiene una recurrencia de cien (100) años. La recurrencia o periodo de retorno significa el periodo de tiempo promedio en años en que la magnitud de un evento hidrológico (inundación) es igualado o excedido. El término, contrario a lo que muchos creen, no implica que ese nivel de inundación ocurre una vez cada cien (100) años. Este sólo es una herramienta estadística utilizada para estimar el riesgo de los niveles de inundación. La inundación de cien (100) años se espera que ocurra con menor frecuencia que una de cincuenta (50) años. Igualmente la magnitud del primero es mayor que el segundo, pero no necesariamente el doble.

2.1.3

Elevación de la Inundación Base

El nivel de inundación de recurrencia de cien (100) años también se conoce como la elevación de la inundación base (BFE por sus siglas en inglés). El BFE se determina desarrollando un estudio hidrológico e hidráulico que considera el historial de inundaciones del área,junto con factores locales como el tamaño y configuración de los canales de agua, razón de aumento y disminución en los niveles del agua, naturaleza de las obstrucciones, tipos de suelos, tipo de vegetación y patrones meteorológicos, entre otras.

El BFE se mide relativo al nivel promedio del mar(MSL por sus siglas en inglés). Esta elevación está normalmente referenciada a el Plano Vertical Geodésico Nacional (NGVD-"National Geodetic Vertical Datum" por sus siglas en inglés). Para determinar la profundidad de inundación en un lugar en particular, se resta la elevación del terreno en la zona en cuestión de la elevación de inundación base(BFE).

La elevación de inundación base se publica en el Mapa de Tasas de Seguros de Inundación ("Flood Insurance Rate Map") una vez se establece su valor. Estos mapas delinean las zonas y magnitudes de riesgos asociados a la inundación base. Los mismos son impresos y publicados por FEMA. Si el mapa no presenta información suficiente para determinar el BFE de un área específica se debe consultar a las agencias o especialistas correspondientes para determinar el mismo.

2.1.4 Velocidad del Agua

La velocidad del agua tiene una relación directa con los esfuerzos aplicados a las estructuras por las aguas de inundación. No sólo el agua ejerce sus esfuerzos hidrostáticos debido a su peso, sino que también ejerce momentum debido a la inercia de su masa. Adicional

a esto, la velocidad del agua determinará la fuerza de impacto contra estructuras de objetos y escombros que sean arrastrados por la corriente.

Inundaciones con flujo de agua lento, se definen como aguas a velocidad de menos de tres (3) pies por segundo. Estas, generalmente, no representan problemas significativos. Según aumenta la velocidad del agua, mayor es la presión ejercida sobre un objeto estacionario.

Corrientes rápidas de sobre cinco (5) pies por segundo pueden erosionar los suelos severamente. Los suelos arenosos son fácilmente erosionados a velocidades cerca de los dos(2) pies por segundo. Si el suelo sostiene las fundaciones de alguna estructura, la erosión y la socavación del mismo puede propiciar la falla estructural de la misma y su colapso. Estas fuerzas son capaces de arrastrar una estructura fuera de su fundación.

Debido a que no hay un método fácil para determinar las velocidades potenciales de una inundación, se utilizan datos históricos y modelos matemáticos para simularlas. Es importante entender que en la velocidad del agua en un río es función de la naturaleza de la sección transversal de un tramo en particular. Igualmente, la velocidad del agua varia longitudinalmente en el río.

2.1.5 Razón de Crecimiento

La razón de crecimiento del nivel de agua es el factor más importante para determinar el tiempo disponible para alertar a la población sobre el advenimiento de una inundación. Se llama razón de crecimiento a la rapidez con que el nivel de agua aumenta en un punto en el río durante una inundación. Mientras más rápido crece una inundación, menos tiempo hay para alertar a las personas y poner en vigor planes de evacuación de emergencia.

Algunas condiciones que ayudan a la respuesta rápida de una cuenca son la topografía de pendientes altas o montañosas, la intensidad de lluvia y los suelos de baja capacidad de infiltración. Estos factores ayudan a que se produzcan inundaciones repentinas. Es necesario conocer con certeza estas condiciones para poder desarrollar planes de evacuación de emergencia, los cuales se deben conocer en áreas de alto riesgo de inundación.

El conocer la naturaleza de la respuesta de una cuenca a eventos de lluvia es muy importante en la selección de la medida a prueba de inundación ya que algunos métodos no pueden soportar la presión asociada con el aumento tan rápido en el nivel del agua. Además, se debe reconocer que algunas de estas medidas requieren de la intervención humana para activarlas y que en eventos de alta razón de crecimiento no se contará con mucho disponible tiempo para ello. Ejemplos típicos de estos casos lo son el encendido de bombas de agua, y la instalación de cerraduras en puertas y ventanas.

La información que se requiere para determinar la razón de crecimiento del agua debe estar disponible en estudios hidrológicos existentes, investigaciones en el lugar, oficinas locales de la defensa civil o en datos históricos.

2.1.6 Transporte de Escombros

En muchas ocasiones los escombros pueden ser más peligrosos que las mismas aguas de inundación. Esto se debe a que estos son arrastrados por el agua e impactan las estructuras causándoles daño. Los escombros en inundaciones resultan ser más peligrosos a medida que la velocidad del agua es mayor. Las fuerzas de impacto de los mismos pueden destruir las medidas a prueba de inundación y hasta conseguir el colapso de un edificio.

2.2 Características del Lugar

Las características del área afectada son tan importantes como las del agua ya que ambas afectan el diseño de las estructuras. Como parte del pre-diseño de alternativas para proteger contra inundaciones se deben investigar las características especificas de los suelos e identificar las restricciones para el desarrollo de medidas a prueba de inundaciones.

2.2.1 Localización con Respecto al Cauce de un Río

El valle inundable de un río es definido como el área inundada por un evento de lluvia con recurrencia de cien (100) años. La figura 2.1 presenta una sección transversal de un valle inundable.

Inundación Base(100 años)

Zona 2

Zona 2

Cauce Mayor del Río

Relleno Canal Principal

Nivel de Inundación del Cauce Mayor

Nivel de Inundación

Base

Elevación del Agua Antes del Relleno

Elevación del Agua Después del Relleno

Fig. 2.1 Sección Transversal Tiplea de un Valle Inundable de un Rio

Para propósitos reglamentarios, el valle inundable de cien (100) años se divide en cauce mayor y áreas laterales. El cauce mayor ha sido definido por FEMA como la región al centro del valle inundable el cual al obstruir con un relleno las áreas laterales de ambos lados, el nivel

del agua aumenta un máximo de doce(12) pulgadas en cualquier punto del valle, en zona rural o seis(6) pulgadas en áreas urbanas

Esta porción definida por la Junta de Planificación como la Zona I en los Mapas de Zonas Susceptibles a Inundaciones de Puerto Rico, representa el área de mayor peligro por la alta velocidad y profundidad del agua. Tanto FEMA como la Junta de Planificación prohiben localizar cualquier tipo de obstrucción al canal en la zona I que pueda aumentar los niveles o velocidades reglamentarias del agua. Es por esto que las construcciones nuevas, asi como mejoras substanciales a las existentes están reglamentadas por el Reglamento #13 de la Junta de Planificación.

Las áreas laterales al cauce mayor. Zona 2, son porciones de terreno afectadas de manera menos severas que la anteriormente descrita. Aqui se reciben los embates de una inundación de manera más moderada donde la velocidad y el nivel del agua son mucho menores a las de la zona 1. Las autoridades permiten la construcción de obras dentro de esta zona, siempre y cuando se cumpla con la reglamentación vigente.

2.2.2. Localización con Respecto a Zonas Costeras

Los mapas de inundaciones de las zonas costeras están clasificados en dos partes conocidas como Zona-V y Zona-A por FEMA. Las Zona-V es el área adyacente a la costa la cual está sujeta a marejadas costeras extremadamente altas con niveles de tres (3) pies o más de altura y de alta velocidad. La Zona-A es el área que está más al interior de la costa y que está sujeta a inundaciones de menos de tres(3)pies de altura.

Las construcciones en estas zonas están reglamentadas por la Junta de Planificación Obviamente y dado a su localización crítica, las normas de las Zonas-V son mucho más

restrictivas. Sólo se permite la construcción de estructuras sobre pilotes, columnas o postes para elevar una propiedad sobre el nivel de agua. En adición, estas estructuras tienen que soportar las fuerzas dinámicas y estáticas del agua.

2.2.3

Condiciones del Terreno

Otro factor a considerar en la hora de seleccionar medidas a prueba de inundación lo es la condición del terreno. Entre los parámetros principales a considerar se encuentran la permeabilidad, la erosividad, la estabilidad y la capacidad de sustentación del suelo. Por ejemplo, en suelos de alta permeabilidad la aplicación de medidas como diques o paredes de inundación es cuestionable dado el alto potencial de infiltración del terreno. Así mismo, en lugares donde el terreno sea blando o no consolidado, el uso de fundaciones como columnas, postes o pilotes puede ser restringido por la capacidad de sustentación del suelo o por su afinidad a sufrir asentamientos diferenciales.

Otros factores relacionados al subsuelo lo son la geología del área y la profundidad del nivel freático del lugar. Es importante tener una idea clara de la geología del lugar dado que eventos geomorfológicos como sumideros y fallas sísmicas podrían influenciar la decisión sobre el seleccionar algún tipo de medidas a prueba de inundación. Así mismo, el agua subterránea podría jugar un papel significativo en el diseño de fundaciones y sistemas de piso.

2.2.4 Características Fisiográficas

El análisis detallado de las condiciones fisiográficas de un lugar es un elemento importantísimo en la selección de medidas a prueba de inundación. Entre estas características se encuentran el tamaño y forma del solar a proteger, las elevaciones del terreno, pendiente superficial y las condiciones de drenaje existentes. Por ejemplo, la localización de diques y

rellenos estarán sujetos a la disponibilidad de espacio para construir ios mismos. Además, estos deben estar diseñados de manera que no obstruyan el paso libre de las aguas en un cauce y provoquen alteraciones en el perfil de agua tanto aguas arriba como aguas abajo del lugar.

2.3 Características de la Estructura

Entre ios aspectos a considerarse a la hora de seleccionar una medida a prueba de inundación se encuentran las características de la estructura a proteger. Se debe tomar en cuenta el tipo de fundación, ios materiales de construcción y el tipo de conexión entre elementos estructurales.

El tipo de fundación es relevante dado que limita ios posibles métodos de elevación de una estructura(en términos económicos y técnicos) principalmente si se trata de una estructura a nivel del terreno. Los materiales de construcción son determinantes durante la evaluación del efecto de las fuerzas generadas por la profundidad del agua y por el movimiento de escombros. Las edificaciones hechas en hormigón reforzado suelen resistir mucho más que las construidas en bloques sin reforzar o madera. Sin embargo, cabe señalar que muy pocos elementos estructurales pueden sostener las cargas impuestas por columnas de agua mayores a tres (3) o cuatro (4) pies en elevación. Para tener una idea, una columna de agua de cuatro (4) pies de profundidad ejerce una presión lateral estática en la base de una pared de 250 libras por pie cuadrado. En la figura 2.2 se presenta un diagrama de distribución de las fuerzas hidrostáticas en función de la profundidad del agua en una estructura sumergida.

Es aconsejable que se considere el estado existente de una estructura y el valor beneficio económico de salvaguardar esta propiedad en términos de su valor en el mercado

Estructuras en avanzado estado de deterioro que requieren cantidades excesivas de dinero para su protección deben ser racionalmente evaluadas.

Horizontal

Fig. 2.2 Distribución de Fuerzas Hidrostáticas en una Estructura Sumergida

Capítulo 3

Elevación

3.1 Introducción

Una de las medidas más comunes para proteger una estructura liviana de los daños causados por inundaciones, tipicamente de madera, es la elevación de la propiedad a niveles

sobre la profundidad de agua esperada de un evento de inundación. Este método protege efectivamente todas las áreas habitables de la propiedad.

Una estructura liviana podría ser elevada utilizando un sistema de vigas de acero apuntaladas a lo largo de sus cimientos. Con ellas la propiedad puede ser elevada uniformemente hasta el nivel necesario utilizando gatos hidráulicos conectados en sus extremos (vigas). Una vez la estructura está elevada, se procede con la construcción de nuevas fundaciones que sostengan la propiedad en estos niveles y que soporten las preciones del agua.

Aunque este procedimiento es similar para todos los métodos de elevación, la apariencia y serviciabilidad de la nueva obra estará en función del método empleado (postes, pilotes o paredes).

Se debe recordar que el proceso de elevación de una estructura representa una etapa final dentro del proceso decisional de alternativas de protección. El uso de este método debe estar sustentado por la viabilidad de operación, las condiciones de la estructura, el tiempo de trabajo y los costos envueltos.

'Cabe señalar que en Puerto Rico, la elevación de una estructura por estos métodos no es común. Esto implica que la disponibilidad de recursos técnicos y humanos con experiencia en este método puede ser limitada. Sin embargo, la aplicación de esta técnica es reconocida y viable para la mayoría de las estructuras livianas.

La elevación de una estmctura provee una serie de ventajas en comparación con otras medidas. Al estar la estructura sobre los niveles de inundación, no se requiere de la intervención humana bajo emergencia para preparar una estructura que resista los efectos de un evento significativo de inundación. Esto provee tiempo al propietario para atender otras necesidades que surgen en estas circunstancias. Adicionalmente, la elevación a la que puede localizarse una residencia es únicamente limitada por el tipo de método seleccionado. Esto lo hace una de las medidas disponibles más flexibles y económicas.

A continuación se presenta una descripción de las diversas técnicas de elevación de una propiedad y de las consideraciones de diseño asociadas a cada una de ellas.

3.2 Elevación por Relleno(Movimiento de Tierra)

Algunas estructuras pueden ser levantadas hasta alcanzar niveles mayores a la profundidad de agua mediante el uso de un relleno de suelo estructural. Sin embargo, existen restricciones asociadas a la localización de la propiedad con respecto al cauce de un río que limitan la aplicación de esta técnica. La utilización de rellenos para incrementar la elevación final del piso de una estructura y las propiedades dentro de la Zona I de inundación podrían causar aumentos de los niveles de agua aguas arriba de la propiedad.

Si la estructura se encuentra fuera de esta zona, o sí se puede demostrar que el relleno no afectaría adversamente los niveles de agua en los alrededores (requiere de un estudio hidrológico e hidráulico), entonces se podría construir efectivamente un relleno. Esta condición aplica tanto a estructuras nuevas como existentes.

Existen consideraciones que deben ser contempladas al preparar un relleno para elevar una residencia. Entre ellos se encuentra la resistencia y la estabilidad de la sobrecarga, el diseño y el mantenimiento de la obra.

3.2.1 Estabilidad de la Sobrecarga

Debemos recordar que el uso de relleno para levantar una propiedad no tan sólo envuelve el que la propiedad descanse sobre los componentes de este sistema, sino que el relleno a su vez imparta su peso a las capas del subsuelo que la sostienen. Es por esto que el diseño preliminar de un relleno debe incluir un estudio geotécnico que describa las condiciones existentes del suelo natural y del material a utilizarse como relleno. Esto provee para una predicción de los posibles asentamientos que ocurran en el área y a su vez provee una idea sobre la resistencia del suelo a las esfuerzos esperados.

El material a utilizarse para un relleno debe ser diseñado y generalmente consiste de una combinación de arena y grava de buena gradación con un pequeño porciento de material arcilloso fino para proveer cohesividad. Estas mezclas usualmente caen dentro de una clasificación A-2-4 ó A-2-6, siguiendo los criterios establecidos por la Asociación Americana de Oficiales Estatales de Carreteras y Transportación(AASHTO por sus siglas en inglés). Por otro lado, el uso de material orgánico, expansivo y/o uniforme en tamaño debe ser evitado para este tipo de obra.

La colocación del relleno debe seguir un proceso secuencial donde se deposite el material en capas no mayores de diez (10) pulgadas de espesor. Estas capas deben ser compactadas utilizando la densidad máxima del material y su estado de humedad óptimo. Estos parámetros son determinados por un ingeniero de suelos y materiales debidamente certificado para ello. El

Método Estándar de la Prueba Proctor, estipulado por la Sociedad Americana de Pruebas y Materiales(ASTM por sus siglas en inglés), es comúnmente utilizado. El área del relleno debe limpiarse antes de comenzar a colocarse las capas de tierra. Todo tipo de residuo vegetal o suelo superficial deben ser meticulosamente removidos.

Tipicamente, cada capa es cuidadosamente compactada hasta un límite previamente diseñado (alrededor del 95 % de su densidad máxima según determinada por la prueba Proctor).

Para ello cualquier equipo pesado convencional preparado para estos fines puede ser utilizado, incluyendo cilindros de compactación, "patas de cabra"(suelos húmedos y cohesivos) y otros.

La realización efectiva de estos trabajos debe ser asistida o dirigida por profesionales en el área de geotecnia.

3.2.2 Diseño del Relleno

Una vez se conocen las condiciones existentes del suelo y los materiales de relleno, se procede entonces con el diseño del mismo. Esta fase se encarga de establecer la geometría básica del relleno determinando asi la elevación requerida, el perímetro mínimo y las pendientes de sus colas. Para determinar la altura mínima del relleno se debe considerar la elevación esperada del nivel de agua según estipulada por los mapas de inundación de FEMA y una borda libre adicional para proveer un margen de seguridad. La magnitud de la borda libre será función del riesgo que se quiere asumir, de la importancia de la propiedad a proteger, del costo del relleno, de la reglamentación pública y del factor de seguridad usado.

Dependiendo del lugar, la altura y la velocidad de flujo esperado, las pendientes de las colas del talud del relleno deben ser protegidas para evitar la erosión y/o socavación. En lugares donde la velocidad de flujo sobrepase aproximadamente los cinco (5) pies por segundo se

recomienda que se protejan estas áreas con revestimiento de colchonetas de piedra. Estas colchonetas deben ser de un espesor suficiente para evitar la socavación detras de la colchoneta (normalmente de no menos de un (1) pie de profundidad. El peso mínimo especifico de las piedras deberá ser de aproximadamente 150 libras/pie\ peso suficiente como para oue no sean arrastradas. La distribución de tamaños de esta roca debe ser uniforme con una mediana de 25 libras de peso (ocho(8) pulgadas de diámetro). Se ha recomendado que el 80% porciento de las rocas deberá ser mayor de cuatro(4) pulgadas de diámetro. Los espacios libres entre las rocas de' mayor tamaño deben ser rellenados con rocas pequeñas evitando así que queden bolsillos vacíos. La tíeometria de la piedra debe ser angular y con una alta densidad y dureza. Su instalación debe evitar una mala distribución de los tamaños de rocas. Se debe permitir el crecimiento de vegetación a estos taludes para lograr una mayor cohesividad del relleno.

3.2.3 Mantenimiento del Relleno

El mantenimiento necesario para este tipo de medida está en función de su buen diseño y construcción, de la velocidad del agua en sus alrededores y de la frecuencia de los eventos de lluvia. El mantenimiento preventivo es necesario, en adición al mantenimiento correctivo.

3.3 Elevación por Postes, Pilotes y Paredes

En situaciones donde no sea posible el levantamiento de una estructura por medio de relléno, o que el espacio bajo una estructura elevada se requiera para algún propósito (por ejemplo, estacionamientos), la elevación de una estructura sobre el nivel de profundidad puede lograrse mediante un sistema de pilotes, paredes, o columnas.

Estos sistemas pueden ser construidos utilizando varios materiales. Sin embargo, el uso de hormigón y bloques reforzados es favorecido entre los disponibles por su alta resistencia y

durabilidad. La selección de los materiales debe estar fundamentada en las prácticas de la ingeniería de la construcción, la reglamentación pública y la economía.

Independientemente del material seleccionado, la estructura elevada debe ser capaz de sostener los distintos esfuerzos y circunstancias a la que va a estar sometida. Estos sistemas deben estar diseñados para minimizar los efectos de los esfuerzos del agua en movimiento, del impacto por los escombros y de la sedimentación. De esta forma no se pone en riesgo la resistencia y estabilidad de la estructura. En condiciones de huracán, se debe prestar mucha atención a la combinación de efectos por eventos de lluvia y vientos sostenidos. Para ello se requiere un sobre-diseño de los elementos estructurales esenciales, y el uso de aditamentos de amarre bi-direccional. Un ingeniero estructural debe intervenir en el diseño de una obra de esta naturaleza.

3.3.1 Columnas o Postes

La elevación utilizando postes puede ser una alternativa viable para la elevación de una estructura sobre el nivel de inundación. Los postes pueden ser elementos hechos de madera, acero u hormigón. Estos son generalmente instalados en excavaciones construidas en los puntos de cimentación.

Una vez construida la excavación se coloca el poste en su centro y se procede a rellenar la excavación con tierra, grava o roca triturada. Sin embargo, este procedimiento funciona siempre y cuando la capacidad de sustentación del suelo sea alta. Los postes o columnas transfieren casi totalmente sus cargas a través de sus puntas o extremos. Estas zonas tienen un área transversal pequeña creando un ambiente de cargas localizadas y concentradas. Es por esto que en suelos donde la resistencia a esfuerzos es limitada, se requiere la utilización de un método

de transferencia de cargas más eficiente. Para ello se procede con la utilización de cimientos individuales de hormigón, de un área razonable, en donde se colocan los postes.

La figura 3.1 presenta ejemplos de relleno de hormigón para la cimentación de los postes.

Asi se crea una mayor y mejor área de contacto entre el cimiento y el suelo. Esto permite disipar esfuerzos de una manera más eficiente. Cualquiera que sea el caso, el proceso de relleno es muy importante dado que de este depende la estabilidad de la estructura y la resistencia al levantamiento de la misma.

Si las condiciones del subsuelo son muy detrimentales, los postes se pueden anclar utilizando un sistema de pilotes en el área de la punta. Recordemos que el uso de los pilotes como elementos de una fundación intenta transferir esfuerzos de una estructura a estratos de suelo con capacidad de sustentación y que están localizados lejos de la superficie.

M J| i Ji

t I .-'tí-t'V- Tornillo de Anclaje ' Suelo

Relleno Total de la Fundación

Relleno Parcial Inferior de la Fundación

Relleno Parcial Superior de la Fundación

Fig. 3. 1 Relleno en Hormigón Para Fundaciones de Postes

Comercialmente, los postes pueden ser de geometría seccional cuadradas, rectangular o circular. Esto provee para que el uso de este mecanismo no se limite a elementos de carga entre el suelo y el piso de una estructura (plataforma), sino que permite ajustarse a las necesidades

arquitectónicas por medio de su instalación como elemento del marco de la estructura, variando del suelo al piso y del piso al techo. Esto además, aumenta la resistencia a cargas laterales que pueda recibir la estructura. El número de postes que se requiere será función de las cargas que necesiten ser transferidas al suelo y a las dimensiones transversales de los propios postes

Las figuras 3.2 a 3.6 presentan varias clases de postes que han sido utilizados de medida contra daños por inundación. en este tipo

Postes son utJli»dos como elementos estructurales del edlü^

Fig. 3.4 Aplicación de Postes en Excavaciones Perforadas con Cimientos en Hormigón

Fig. 3.5 Aplicación de Postes con Relleno en Hormigón

Elevación del Terreno

Superficie de Terreno' Sujeta a Erosión ,

IrProfundidad de Fundación '.f inadecuada para resistir las 1 cargas verticales y liorizontales •

3.3.2

Pilotes

Los pilotes son elementos esbeltos que se hincan en el suelo hasta llegar a estratos duros o se hincan hasta las profundidades necesarias para que alcancen suficiente resistencia por fricción entre la pared del pilote y el suelo. Estos resultan ser elementos muy parecidos a los postes. Sin embargo, se diferencian en el método de instalación. Los pilotes son hincados utilizando martillos de caída o hidráulicos que proveen la fuerza mecánica necesaria para martillarlos hasta que lleguen a las profundidades deseadas del diseño. El tipo de mecanismo de hinca también dependerá de las condiciones y tipos de suelos existentes. En suelos arenosos los pilotes pueden ser hincados utilizando métodos vibratorios, ayudados por chorros de aire y agua que van ablandando o abriendo la trayectoria.

Los pilotes transmiten las cargas superficiales a las masas de suelo subterráneas a través de un complicado sistema de interacción. La figura 3.7 presenta la distribución de esfuerzos de un pilote. Esta transferencia de esfuerzos es lograda considerando la fricción que se crea entre el pilote y el suelo, la resistencia de punta que surge en los puntos de extremo del pilote y el estrato que se perfora o la combinación de ambos. Es por esto que, contrario a los postes, los pilotes derivan su estabilidad de la profundidad de hinca, siendo esto fuente de mayor resistencia y durabilidad. Los pilotes pueden ser utilizados como elementos estructurales para edificios • localizados en áreas donde las velocidades de flujo sean relativamente altas.

Elevación del Terreno

Superficie de Terreno Sujeta a Erosión

Resistencia por Fricción entre el suelo y pilote

Resistencia de Punta del Rióte

F>rofundidad de Fundación adecuada para resistir las cargas verticales y tiorizontales

Roca o Terreno Sólido

Fig. 3.7 Distribución de Esfuerzos en un Pilote

Los materiales a utilizarse como pilotes están en función de las cargas que tengan que transmitir, el tipo de terreno, la profundidad de hinca y las condiciones ambientales a las que van a estar sometidos. Los pilotes de madera pueden resistir cargas de hasta alrededor de treinta(30) toneladas, mientras que los pilotes de tubo rellenos de hormigón alcanzan magnitudes de hasta aproximadamente 250 toneladas. Otro factor a considerar lo es el número de golpes que se espera reciban estos elementos. Muchas veces los martillazos rompen sus puntas lo que requiere de un sistema de protección utilizando sombreros de acero.

Al igual que los postes, los pilotes pueden ser utilizados como soportes de plataforma o como parte de los elementos estructurales del edificio (sobre la plataforma). Sin embargo este último es difícil de aplicar dado que es complicado mantener alineados correctamente los pilotes durante la hinca.

El número de pilotes requerido para transmitir una carga en particular será determinado por la eficiencia de la interacción entre el suelo y el pilote, y por las dimensiones transversales que estos elementos tengan.

Los pilotes deben ser distribuidos y amarrados propiamente. La figura 3.8 presenta un ejemplo típico de distribución y amarre de pilotes.

sobre los niveles de la inundación base. Generalmente la construcción de estos elementos es

hecha usando hormigón armado o bloques reforzados. Estas estructuras requieren de un sistema de fundaciones ya sean individuales o pilotes para transmitir sus esfuerzos. La profundidad y resistencia de esta fundación deben considerar los posibles efectos de socavación creados por la velocidad del agua. También, se deben considerar las condiciones existentes del suelo donde su capacidad de sustentación y su permeabilidad deben ser determinadas.

Otro factor importante es considerar la fuerza hidrostática que se genera cuando los niveles de agua comienzan a elevarse con respecto a la pared. Para ello se debe tomar en cuenta el nivel esperado del agua (BFE), el cual se puede encontrar en los mapas de inundaciones (BFE)o en estudios hidrológicos e hidráulicos. Por lo tanto, la pared deberá considerár la carga lateral del agua, así como la velocidad de flujo y la resistencia a impactos por escombros Para ello es recomendable colocar las paredes en una dirección paralela a la corriente de agua Esto reduce la posibilidad de impacto lateral así como la acumulación de sedimentos y escombros

3.3.4 Amarre

Las estructuras elevadas (postes y pilotes en madera) suelen convertirse en elementos esbeltos de alta susceptibilidad a las cargas y esfuerzos laterales. Es por esto que estas estructuras deben amarrarse entre sí para proveer un medio de mayor rigidez y resistencia lateral Para ello se utilizan piezas diagonales colocadas entre los postes y columnas, así como piezas conectadas entre las columnas y el piso (rodilleras). Estas pueden ser conectadas con clavos o preferiblemente con tornillos. Las rodilleras se conectan desde aproximadamente la mitad superior del poste hasta la viga que sostiene la plataforma de la estructura. Por otro lado los amarres diagonales recorren desde la parte baja de un poste hasta la parte superior del otro repitiéndose este patrón y formando cruces en los espacios libres entre postes. Este método es

mucho más rígido y resistente que el de rodilleras aunque las cruces tienden a retener más sedimentos y están más susceptibles a impactos por escombros.

Para postes y pilotes en hormigón se utilizan vigas horizontales de amarre que corren en dos direcciones a lo largo de los ejes de la plataforma.

3.3.5

Mantenimiento

Las estructuras elevadas en postes o pilotes de madera requieren de mayor mantenimiento que aquellas levantadas por relleno o en elementos de hormigón. Los trabajos de" reparación estarán en función de la intensidad y recurrencia de eventos significativos de lluvia, de el diseño de las obras y de los métodos de construcción. Dependiendo del material utilizado se deberá proteger contra la corrosión, desgaste ambiental y por los eventos de socavación de las fundaciones.

Capítulo 4

Diques

4.1 Introducción

Los diques son estructuras hechas de suelo compactado con capacidad de mantener aguas de poca elevación y velocidad moderada fuera del alcance de propiedades o estructuras.

Dependiendo de la disponibilidad de terreno y material de relleno, los diques podrían ser una de las técnicas más económicas de prevención de daños por inundación.

La gran ventaja que ofrece este método es que al mantener la estructura fuera del agua, no se ejercen presiones hidrostáticas o hidrodinámicas en los elementos de la estructura a proteger. Además, este método es arquitectónicamente eficiente al intercalar los distintos relieves y geometría que tenga un dique con las características naturales del terreno. La construcción de un dique se realiza en los terrenos aledaños a una estructura, por ello no requiere alterar las condiciones físicas de la misma para protegerla. Esto es una ventaja lógica del proceso dedido a que los usuarios de la estructura no la tendrían que abandonar durante el periodo de construcción. Es importante considerar que en el caso de que el nivel de agua sobrepase el nivel del dique, podría haber daños catastróficos. Por lo tanto es necesario usar bordas libres de protección significativas.

4.2 Consideraciones

Aunque son evidentes las ventajas económicas y arquitectónicas de un dique, existen varias'consideraciones que deben ser cuidadosamente estudiadas por el dueño. Un problema potencial de los diques es que representan un obstáculo al flujo natural del agua, por ello, pueden subir los niveles de agua y afectar las estructuras aledañas debido a cambios en los perfiles de agua del lugar. Estos asuntos son reglamentados por agencias del gobierno estatal y federal (Junta de Planificación y FEMA). Se requiere entonces de un estudio bidrológico-hidráulico

para corroborar que la alteración del patrón de flujo en un área no afecte las condiciones en los alrededores y obtener asi los correspondientes permisos.

Otro asunto a considerar es el espacio que esta estructura ocupa en una propiedad.

Recordemos que los diques estarán sometidos a esfuerzos y velocidades provocadas por el paso del agua. Por ello las pendientes que se le otorgan a los taludes deben ser suaves, generalmente

fluctuando entre razones de dos (2) o tres (3) horizontal a uno (1) vertical, dependiendo de la estabilidad, estática y dinámica del talud. Por ejemplo, típicamente un dique de tres (3) pies de alto y ancho de dos(2) pies en el tope requiere de un ancho de base de diecisiete (17)pies de acuerdo a FEMA. Sin embargo el diseño final de una obra como esta debe ser realizada por un especialista. La figura 4.1 presenta geometrías típicas preliminares presentadas en la literatura

a Escala

Fig. 4.1 Distribución Geométrica Típica de un Dique

Un factor importante para determinar la viabilidad de un dique es la disponibilidad del material adecuado para su construcción, así como el comportamiento de las condiciones del

subsuelo. Generalmente, y al igual que con la técnica de elevación por relleno, la mayoría de los suelos pueden ser utilizados como elementos de un dique, siempre evitando el uso de material orgánico o granular uniforme y fino. Sin embargo, para este caso el mejor material resulta ser aquel que permita impermeabilizar dado que retendría más eficientemente el agua de la estructura, y no permitiría la infiltración a través. En el caso que este tipo de material no esté disponible, se deben considerar los costos de compra y acarreo del mismo. Tanto la calidad de los materiales de relleno como el del subsuelo existente deben ser certificados por un profesional geotécnico antes de comenzar su construcción.

Los diques son más efectivos cuando la velocidades de flujo son bajas, la razón de crecimiento del agua es pequeña y la duración de la tormenta es corta. Tanto los eventos de alta velocidad de agua o larga duración presentan riesgos de socavación y falla de un dique. Por ello, todas las caras superficiales del dique deben estar cubiertas de vegetación, asi como la cara en contacto con el agua debe estar protegida con un revestimiento de piedra, gabiones, losa de hormigón o geotextil.

La alineación y la construcción correcta de un dique promueve su vida útil y su efectividad. Si está orientado de manera paralela al flujo, su capacidad de resistencia a la erosión y socavación será reducida. El reducir la pendiente de los taludes también promueve la dur^ilidad de esta obra.

La construcción de un dique no sólo evita que el agua exterior entre, sino que también logra que la interior no salga. Es por esto que los distintos drenajes del techo y de los alrededores de las estructuras deben descargar fuera del interior del dique siempre que sea posible. También es recomendado el uso de estaciones de bombas que recojan estas aguas de

drenajes y los arrojen fuera del dique. Estas bombas deben tener fuentes de energía independientes dado que las interrupciones del servicio eléctrico en estos eventos son muy comunes. La figura 4.2 presenta el concepto del drenaje interior detrás de un dique.

Fig. 4.2 Concepto de Drenaje Interior para Recolección de Aguas de Escorrentias

De igual manera los sistemas sanitarios domésticos deben contar con una válvula de reflujo para evitar que las aguas entren a la propiedad a través de esta tubería. La figura 4.3 presenta el concepto de la utilización de válvulas de reflujo.

Fig. 4.3 Concepto del Uso de Válvulas de Reflujo Instaladas en Tubería Sanitaria de Residencia

Una vez terminada la construcción es importante cotejar el estado de las obras con revisiones periódicas de su mantenimiento. Recordemos que pequeñas grietas o bolsillos dejados sin protección pueden ser fuente de un incremento en el deterioro del sistema provocando finalmente el colapso del mismo.

Definitivamente los diques presentan un método confiable de protección de vidas y propiedad. Sin embargo, nunca deben ser considerados como infalibles. Se debe recordar que existen muchas condiciones que pueden ocasionar el fallo de estas estructuras. Por ejemplo, un dique puede fallar si el evento de inundación es de mayor nivel al esperado, sobre fluyendo al dique y creando entonces una fuente de falla localizada en el talud que tiende a expandirse muy rápidamente. En emergencias, cuando estas condiciones surgen se puede intentar remediar la situación añadiendo obstrucciones temporeras en la falla del dique. Los sacos de arena han sido utilizados en varios lugares con estos propósitos. Sin embargo, estos podrían fallar fácilmente debido al incremento en peso de los sacos y al avanzado estado de saturación al que podría estar sometido el dique.

Los daños causados por las fallas de un dique tienden a ser mayores que aquellos que pueden ocurrir sin la presencia del mismo. Esto se debe a la pequeña represa que se forma en el exterior del dique, la cual podría originar una inundación repentina si el dique colapsa. Al fallar el dique, el agua fluye rápidamente y en gran magnitud lo que crea es un impacto mayor en la propiedad. Es por todo esto que el dueño no debe considerar siempre los diques como sistemas infalibles de protección. Cuando un nivel extraordinario de agua de inundación sobrepasa un dique, el riesgo de daños catastróficos y colapsos de estructuras aumenta considerablemente.

4.3

Técnicas de Construcción

La técnica de construcción a utilizarse depende fundamentalmente de las condiciones topográficas y geotécnicas naturales del terreno. En muchas ocasiones existen pendientes en el terreno que podrían utilizarse como parte del dique. Esta situación no tan sólo resulta ser más económica sino que provee para una mejor armonía escénica del lugar.

La construcción de un dique es similar a la discutida para la preparación de un relleno de elevación. El área de trabajo debe estar limpia de vegetación y de terreno superficial orgánico. Una vez esto se cumple, se van depositando las capas en incrementos definidos típicamente de aproximadamente de diez(10) pulgadas, siendo cada una de ellas debidamente compactadas. Si se diera el caso que el material arcilloso (impermeable) no está disponible, se puede reducir la necesidad del mismo utilizándolo sólo para crear un núcleo impermeable localizado en el centro del dique. Con esto los materiales semi-permeables se localizarán en las caras de los taludes del dique mientras que el impermeable se confina en el centro. La desventaja de esta técnica es que dado a la alta susceptibilidad a erosión y socavación que tienen los materiales permeables (granulares), se requiere acostar más los taludes disminuyendo su pendiente y ocupando más espacio de propiedad.

Otro aspecto a considerar es la posible infiltración del subsuelo localizado debajo del dique. Se podría utilizar un sistema de tabla-estaca para impedir este flujo, asi como también un núcleo arcilloso impermeable. Una tabla-estaca es un elemento que es hincado en el terreno cuyo propósito es el disminuir la infiltración del agua. Si fuese una infiltración poco profunda se podría expandir el núcleo arcilloso hasta la profundidad necesaria. La figura 4.4 presenta el

concepto de la utilización de tabla-estaca para controlar la filtración a través del dique. La figura 4.5 presenta el concepto de la utilización de un núcleo impermeable.

Nivel de Inundación

Lado Seco del Dique

Nivel del Terreno

Tabla Estaca Impermeable

<oca bolida

Fig. 4.4 Control de Infiltración utilizando Tabla-Estacas

Nivel de Inundación

.svv\v.'>KryvK

Lado Húmedo del Dique

Nivel del Terreno

Núcleo Impermeable de Arcilla

Fig. 4.5 Control de Inundación Utilizando Dique con Núcleo Impermeable

También se podría establecer un sistema de drenaje interno que recoja las aguas de infiltración y las devuelva a través de bombeo a las corrientes extemas. Se debe entonces

4 estimar la magnitud del flujo de infiltración y así diseñar el diámetro de las tuberías y la capacidad de las bombas. La figura 4.6 presenta el concepto del sistema de recolección de infiltración y drenaje.

Al igual que los rellenos de elevación, los diques deben ser diseñados con alturas sobre el nivel de inundación base más una borda libre como factor de seguridad. Esta borda libre debe considerar factores como impacto de oleaje, escombros, asentamiento del dique, y otros factores de incertidumbre y riesgo.

Usualmente para diques menores de tres (3) pies, el espacio libre es de un (1) pie.

Mientras que para diques más altos, el espacio libre suele aumentar hasta aproximadamente tres (3)pies. La borda libre debe ser determinada mediante el diseño formal del dique.

Se deben evaluar los parámetros relacionados a la localización y características de inundación antes de tomar la decisión de construir un dique. Usualmente un dique tiene una altura máxima bien baja por lo que niveles de inundación altos tienden a hacer esta alternativa poco factible. En estos casos es preferible considerar otras técnicas como elevación o reubicación de las mismas.

La construcción de un dique que cierre el perímetro de la propiedad presenta una situación particular en torno al acceso de edificio. Para ello se pueden construir rampas hechas en relleno que permitan el acceso a la propiedad a través de los niveles menos altos de dique. De no ser esto posible, se dejaría una abertura en el dique que sería cerrada sólo en casos de emergencia utilizando una cerradura sellada.

4,4 Criterios que se Consideran en el Diseño

Existen varios factores a considerar en el diseño. A continuación se presentan los factores más relevantes

4.4.1 Naturaleza de los Suelos y su Compactación

En la construcción de un dique hay que seleccionar un suelo compatible con el propósito del dique. El material disponible no puede estar muy lejos, para que sea económicamente viable.

Todo material potencial para uso debe ser cotejado y aprobado por un especialista. La compactación de las distintas capas del dique debe ser realizada en o cerca del nivel óptimo de humedad del material y debe utilizar equipo de compactación como rolos vibratorios, "patas de cabra" o cilindros neumáticos. El espesor de las capas del material no debe ser muy grueso.

Cada capa debe compactarse debidamente según estipulado por la prueba Estándar del Método

Proctor de Compactación y su densidad máxima seca.

4.4.2

Infiltración

Las propiedades de los materiales constituyentes de un relleno junto con las propiedades del material del sitio determinarán la necesidad de incorporar medidas alternas para resolver posibles eventos de infiltración. Cuando los suelos constituyentes de la fundación del dique son altamente permeables (arenosos), se deben instalar barreras de impermeabilización para evitar que las aguas de una inundación penetren indirectamente a la propiedad. Estas barreras consisten de elementos de tabla-estaca, rellenos con mezclas de hormigón, o capas de suelo impermeable compactadas. Sin embargo la aplicación de estos métodos es generalmente costosa lo cual limita su utilización.

Existen dos tipos de infiltración a considerar en aplicaciones residenciales de diques: infiltración del terreno de la fundación e infiltración del terreno constituyente del dique. La infiltración será función de las características de permeabilidad de ambos sistemas de suelos.

Existen dos técnicas típicas para controlar este problema: pozos de extracción con trincheras de drenaje y sábanas con pies de drenaje.

La instalación de un sistema de pozos de descarga perforados en el contomo a lo largo del lado seco del dique es utilizada para tratar principalmente la infiltración del agua a través de los suelos de la fundación del dique. La figura 4.7 presenta un ejemplo de este método. Estos pozos se ocupan de recoger por gravedad aguas para ser bombeadas fuera del área. Esto evita que cantidades excesivas de agua entren a la propiedad.

Tapón de Rosca_

Tubo deBombeo

Sección de Tubo Ranurado Ijjlil'ij

im Fig. 4.7 Pozos de Descarga

Si la infiltración fuera causada por la permeabilidad de los materiales constituyentes del dique, entonces la preparación de sábanas y/o pies de drenaje es comúnmente utilizada. Ambas medidas son prácticamente las mismas siendo diferenciadas únicamente por la localización del medio de drenaje. Las sábanas de drenaje son filtros horizontales localizados bajo la porción seca del corte transversal del dique. Su propósito es recoger las aguas que se infiltren de la parte superior del lado húmedo del dique. Esta condición es también utilizada para incrementar

el ángulo del talud interior del dique. Las figuras 4.8 y 4.9 presentan esquemas de pies y sábanas de drenaje de diques.

Sábana de Drenaje

Nivel de Inundación

Pies de Drenaje

4.4.3 Estabilidad del Relleno

La estabilidad de un talud está relacionada a la resistencia de un material a deslizarse o la tendencia del mismo a reacomodarse en algún ángulo de menos declive (ángulo de reposo) Existen dos modos principales de fallas de un talud. El primero se refiere al fallo rotacional por

resistencia cortante, donde el eje de rotación adquiere forma de circulo. La figura 4.10 presenta

un ejemplo de fallo rotacional. Por otro lado, existe un deslizamiento transitorio de falla donde

ocurre un plano que cruza la base del talud. Estos parámetros deben ser considerados por un profesional en el campo.

Centro de Rotaoón

Peso de ta Cuña 1 de Suelo en Deslizamento

Masa de Suelo en Deslizarreento

Resistenaa en Esfuerzos

Cortantes del Suelo

Fig. 4.10 Estabilidad del Talud; Fallo Rotacional

Pendientes de dos (2) o tres (3) horizontal y uno (1) vertical son típicos en diques estables. Esta condición debe ser muy segura y proveer de un buen medio en contra de la infiltración.

4.4.4 Drenaje Interior

Un sistema de drenaje interior debe ser acomodado junto con el dique, de manera tal que las aguas producto de la precipitación, escorrentia e infiltración que caen sobre la propiedad y el área protegida sean expulsadas al lado húmedo del dique. Para ello el sistema debe contener un medio efectivo de recolección y acumulación, así como un sistema de bombeo que drene positivamente (hacia afuera de la estructura) el sitio.

Para estimar la escorrentia producto de la lluvia caida en lugar, se requiere conocer la intensidad de la tormenta de diseño (para la recurrencia deseada, por ejemplo, 100 años). El volver a disponer depende de la intensidad de lluvia, el área que se drena y las características de infiltración del área que se drena.

En algunos casos, las condiciones topográficas requieren considerar adicionalmente alguna escorrentia extema que llegue al lugar. Por ejemplo, si el local se encuentra en la falda de una colina, parte de la escorrentia será recibida y contenida por el área dentro del dique. Para estimar esta escorrentia se puede utilizar el Método Racional para estimación de flujos, el cual considera el área de la cuenca, la intensidad promedio de lluvia para la duración deseada y un coeficiente de escorrentia que estará en función de la magnitud de la infiltración del suelo. Los flujos de infiltración, tanto a través del subsuelo como del dique, deben ser igualmente estimados.

Capítulo 5

Construcción a Prueba de Agua (Cerraduras y Selladores)

5.1 Introducción

La construcción a prueba de agua implica la edificación de estructuras para prevenir que el agua llegue al interior de las mismas durante una inundación. Esta técnica puede provocar excesos de esfuerzos en las superficies exteriores(como son los pisos y paredes). Una estructura sellada está sujeta a fuerzas de diferentes magnitudes, es por esto que todos los elementos estructurales deben ser cuidadosamente analizados y diseñados.

A continuación se presentará información sobre varios métodos de construcción a prueba de agua. La misma se puede utilizar para desarrollar conceptos iniciales de diseño.

5.2 Resistencia de la Pared

En términos de las características de resistencia existen dos tipos básicos de paredes que pueden ser usadas para construcción sellada. Estas son hormigón con bloques no reforzados, y hormigón con bloques reforzados.

5.2.1 Hormigón y Bloques No Reforzados

Las paredes de hormigón y bloques no reforzadas tienen típicamente de ocho (8) a doce (12) pulgadas de grosor y no tienen refuerzos verticales ni horizontales que fortalezcan su capacidad de carga. Estos materiales se usan normalmente en estructuras que tienen hasta veinticuatro (24) pies de altura. Cargas muertas para edificios en bloques de uno (1) a dos (2) pisos.se estiman de quinientas (500) a mil quinientas (1500) libras por pie lineal. Del mismo modo, se estima que para edificios con paredes en hormigón las cargas muertas fluctúan de ochocientas(800)a dos mil(2000)libras por pie lineal (fuente FEMA).

Según aumenta la carga vertical de la pared, mayor será el nivel de agua que puede soportar. Por otro lado, mientras más alta sea la pared, más inestable será la misma.

Para cualquier pared no reforzada la profundidad de protección máxima, sin importar su grosor, altura o características de cargas verticales, no debe sobrepasar los seis (6) pies. Sin embargo, se debe tener cuidado al considerar los parámetros arriba descritos ya que estos sólo consideran las fuerzas estáticas laterales del agua aplicadas a una pared. El efecto dinámico de las mismas puede aumentar significativamente los esfuerzos en la pared. Estos deben ser igualmente considerados en el análisis y el diseño de estas paredes.

5.2.2 Hormigón Armado y Bloques Reforzados

El alcance de este documento no considera discutir consideraciones específicas del diseño de estructuras de hormigón armado y bloques reforzados. Por esto recomendamos que se consulte a un profesional especializado en el diseño de estructuras.

Las estructuras en bloques reforzados consisten básicamente en unidades de bloques sobrepuestos y reforzadas con varillas de acero a través de las cavidades del bloque. En adición a esto, las cavidades del bloque se rellenan con una mezcla de mortero.

Las paredes de hormigón armado suelen tener de ocho(8) a diez(10) pulgadas de ancho y consisten en elementos monolíticos construidos en sitio y reforzados con varillas de acero en ambas direcciones. Usualmente el diseño de estos elementos suele ser bien resistente a los esfuerzos hidrostáticos e hidrodinámicos.

5.2.3 Determinación de Resistencia

Existen tres(3) modos de posibles fallos en una pared. El primero es una traslación de la parte interior de la pared debido a una presión externa que podría ser hidrostática o del suelo. El segundo es fallo por flexión, generalmente localizada a mitad de pared. Finalmente, el tercero contempla la posibilidad de vuelco de la estructura alrededor de un eje de rotación. El ingeniero

a cargo del diseño de estas obras deberá evaluar las condiciones críticas de posible fallos considerando todas los esfuerzos aplicados al sistema.

5.3 Resistencia del Piso y Estabilidad Estructural

El hormigón hecho en sitio y de suficiente espesor es el único material capaz de resistir los esfuerzos generados por los esfuerzos hidrostáticos de flotación y levantamiento. Las losas de piso pueden resistir estas fuerzas de dos maneras: teniendo el peso y el ancho necesario para contrarrestarlas sin ser reforzadas o siendo reforzadas y ancladas en las paredes, columnas y fundaciones de la estructura.

Losas de hormigón no reforzado pueden resistir presiones hidrostáticas de aproximadamente 2.25 veces su espesor. Sin embargo, este método resulta ser muy costoso cuando se considera para renovar una estructura, por lo tanto éste sólo debe aplicarse a estructuras secundarias donde se estimen pequeños esfuerzos hidrostáticos de flotación.

Por otro lado, la segunda técnica se refiere a una estructura monolítica que es combinada con las fundaciones de la estructura. Al ser reforzada, provee unos elementos adicionales (estabilidad y resistencia) con respecto a las fuerzas de vuelco y flotación. La viabilidad de esta alternativa aumenta con estructuras considerablemente más pesadas.

5.4 Construcción a Prueba de Agua

• Las paredes de hormigón y bloques son generalmente permeables por lo que requieren de técnicas especiales para impermeabilizarlas. La impermeabilización de una estructura puede lograrse utilizando: hormigón de alta calidad, selladores o membranas impermeables.

El sellar una estructura aumenta dramáticamente las presiones hidrostáticas ejercidas sobre ella. Es por esto que se debe proveer un sistema alterno de drenaje que logre remover el agua por bombeo lo más pronto posible.

5.4.1 Construcción con Hormigón de Calidad

Una mezcla de hormigón impermeable puede ser obtenida utilizando una razón más rica de cemento y una distribución más fina de agregados. La consistencia del hormigón debe ser rígida lo cual se puede conseguir con un bajo contenido de agua. La mezcla debe ser cuidadosamente trabajada según es depositada. La filtración a través de las juntas puede ser prevenida utilizando uniones rellenas de cemento y membranas no corrosivas para el bloqueo de agua. La impermeabilidad de una mezcla de hormigón es mejorada si se le añaden agregados inertes y finos. Su función es la de rellenar los espacios vacíos o vanos con una sustancia insoluble y que prevenga la percolación del agua. Estos materiales pueden también contribuir a que el material sea más manejable durante la construcción.

5.4.2 Selladores

Las estructuras de hormigón y bloques pueden ser impermeabilizadas si se le aplican selladores a las paredes internas y extemas de la estmctura. Entre los materiales de sellado más comunes se encuentran los cementos hidráulicos y una variedad de materiales bituminosos (de origen asfáltico). Los selladores también pueden ser utilizados entre elementos estmcturales para prevenir la infiltración a través de sus uniones, por ejemplo, entre un piso estmctural y la capa de empañetado. La figura 5.1 presenta varias juntas y uniones impermeabilizadas con sellos y juntas.

Fig. 5.1 Ejemplos de Juntas y Uniones Impermeables en Estructuras

5.4.3 Membranas

El método de impermeabilización de una estructura utilizando membranas consiste en rodear todos los elementos en cuestión con una membrana a prueba de agua. Materiales que comúnmente se utilizan como membrana incluyen láminas de PVC, fieltro y material bituminoso.

Este método es aplicable a todos los tipos de construcción en bloques y hormigón. Las membranas deben ser continuas y deben protegerse por capas de bloques, concreto o arena para evitar que se dañen. Un edificio existente puede ser impermeabilizado desde adentro aplicando

una membrana a los elementos estructurales y luego protegiéndolas con una capa de mezcla de empañetado.

5.5 Cerraduras y Escudos

Las cerraduras y/o escudos deben ser capaces de soportar todas las fuerzas estáticas y dinámicas de una inundación. También, las paredes y elementos estructurales que sostienen las cerraduras deben ser igualmente capaces de resistir estos esfuerzos.

Se prefiere la utilización de cerraduras permanentes en estructuras existentes sólo si éstas no alteran la seguridad del edificio. Las aberturas de un edificio pueden ser selladas utilizando bloques u hormigón armado siempre y cuando estén ancladas a los elementos estructurales del edificio. La figura 5.2 presenta un ejemplo de una cerradura permanente de una ventana.

Fig. 5.2 Ejemplo de Cerradura permanente en Ventana

Por otro lado, de cerradura a utilizarse en aberturas en uso no pueden ser permanentes Estos deben consistir en placas de algún material resistente que permita sostener los esfuerzos a las cuales va a estar sometido. Por ejemplo, se puede utilizar acero, aluminio y madera tratada

La evidencia en el pasado indica que es más viable preparar un sistema removible que contenga marcos en acero y a los que se le instalen planchas como escudo. Regularmente los escudos son anclados en el lado húmedo de la cavidad de manera que la presión del agua ayude a sellar la

abertura. El marco, que usualmente es de metal, debe sostener el escudo en varios puntos(por lo menos tres (3) puntos) para proveer estabilidad al sistema. Los escudos deben ser sujetados mediante tomillos o cualquier tipo de amarre que provea ajuste y permita ser removido.

A parte de estas medidas domésticas, existen modelos comerciales que son muy efectivos para el propósito de impermeabilizar una estructura. En el mercado se encuentran disponibles puertas corredizas y sobre ruedas que pueden ser neumáticamente selladas. Las mismas suelen estar construidas en acero estructural o aluminio. Es recomendable que cada sistema de cerradura o seguro sea probado antes de instalarlo. En el caso de los modelos comerciales el fabricante generalmente provee especificaciones de construcción basadas en pruebas realizadas. Para modelos domésticos se recomienda ensayar un pequeño laboratorio donde se evalúe el sellado de estos elementos considerando establecer procedimientos de construcción y materiales consistentes. La figura 5.3 es un ejemplo de inundación con rosca de mariposa. La figura 5.4 presenta un detalle típico de la conección con tomillo y rosca de mariposa.

Fig. 5.3 Sellado de Abertura Mediante Escudo de Inundación

Fig. 5.4 Conexión con Tomillo y Rosca de Mariposa

Se deben tomar las medidas pertinentes para el almacenamiento de estos escudos cuando los mismos no estén en uso. Las áreas de almacenamiento de escudos deben estar cuidadosamente diseñadas para asegurar que éstos puedan ser localizados e instalados con un mínimo de esfuerzo. En adición, el equipo y herramientas necesarios para su instalación debe estar accesible y localizado en un área de conocimiento común.

Para sistemas complejos de protección es recomendable generar un plan de emergencia que describa, no tan sólo la ubicación de escudos y herramientas, sino que indique en detalles los pormenores del procedimiento. Para ello se deben identificar con número y/o colores las diversas partes de los sistemas de escudo. También se debe entrenar el personal a cargo de la instalación de dicho sistema.

En conclusión, las cerraduras permanentes apenas requieren de mantenimiento mientras que los escudos requieren mucha más atención debido al daño que puede sufrir durante el proceso de instalación y reinstalación.

Capítulo 6

Paredes de Inundación

6.1 Introducción

Las paredes de inundación son barreras de materiales hechos por el hombre para proteger las estructuras contra las inundaciones. Los materiales usados para su construcción deben ser sumamente fuertes de manera que las mismas sean más esbeltas, ocupen menos espacio y necesiten menos mantenimiento que los diques. Estas pueden ser construidas con diferentes materiales y diseños, y se pueden usar para proteger casi cualquier tipo de estructura. A parte de protegerlas, las paredes contra inundación pueden ser usadas para mejorar la apariencia de las casas.

Las paredes contra inundación pueden proteger varios edificios a la vez si estos están agrupados en el mismo lugar. La pared puede rodear completamente una casa o sólo proteger el lado más bajo de la misma.

Existen varios tipos de paredes de inundación. Entre estos se encuentran las permanentes como aquellas hechas en hormigón armado o bloque, y las temporeras que son aquellas generalmente construidas de acero y que se pueden instalar cuando ocurran eventos de inundación. Las figuras 6.1 y 6.2 muestran un ejemplo de paredes temporeras donde se observan las dos (2) aplicaciones de uso. La figura 6.1 muestra una pared de inundación en pivote y construida en acero y hormigón en posición reclinada. La figura 6.2 muestra esta misrna pared pero en posición vertical para protección contra inundaciones.

6.2 Características de la Inundación

Para seleccionar el tipo de pared de inundación a utilizarse hay que tener en cuenta

Fig. 6.1 Pared de Inundación en Pivote Desplomable(Posición Reclinada)

Fig. 6.2 Pared de Inundación en Pivote Desplomable(Posición Vertical)

las características específicas de inundación del área donde se va a construir. La pared puede ser sometida a presiones sumamente fuertes debido a las velocidades del agua y los niveles que ésta pueda alcanzar. En la mayoría de los casos las paredes que se usan para las casas llegan sólo hasta los seis (6) pies de altura a pesar de que se pueden diseñar a tono con las fuerzas de inundación más comunes. La velocidad del agua juega un papel muy importante y peligroso ya que la erosión puede afectar la fundación de la pared y hacerla fallar.

Cuando se diseña un sistema de este tipo hay que tener cuidado en no obstruir el paso de las aguas o causar una inundación en alguna propiedad adyacente por la obstrucción del drenaje normal. Para obtener información sobre drenajes o requerimientos en caso de estar localizado en Zona I, se debe contactar a las agencias gubernamentales pertinentes. Antes de decidir el tipo de pared a diseñarse, el material a cargo debe consultar el Código de Edificaciones, el Reglamento de ARPE y el Reglamento #13 de la Junta de Planificación para atenuar estas obras a la ley. Los beneficios obtenidos de proteger una propiedad utilizando paredes contra inundación . suelen ser mayores que los costos derivados de su construcción y mantenimiento. Esto a pesar de que los materiales de construcción son generalmente más caros y se necesita mano de obra diestra para su desarrollo.

6.3

Acceso a la Propiedad

Al igual que con los diques, cuando las paredes de inundación protegen el perímetro completo de una propiedad, se requiere proveer algún tipo de acceso a la misma. Para ello se mantienen libres algunas aberturas en el perímetro que en caso de inundaciones puedan ser fácilmente clausuradas utilizando algún tipo de cerradura provisional.

Sin importar el tipo de cerradura a usarse, hay que asegurarse que esté fuertemente amarrado y en el lugar correcto. También se necesita de una persona que esté a cargo de poner las cerraduras correctamente cuando se emita el aviso de inundaciones.

Cuando la pared de inundación es de poca altura se puede proveer un acceso a través de la pared mediante la construcción de una pequeña escalera que pase sobre la misma. Estas paredes pueden ser usadas por el dueño de la propiedad para decorar su hogar utilizando bloques o ladrillos decorativos que sean a prueba de agua.

La provisión de medios de drenaje para eliminar el agua que se acumula detrás de una pared de inundación es muy importante. Se pueden instalar canales de drenaje interior con válvulas de control direccional de flujo para evitar que el agua de inundación entre a la propiedad. La figura 6.3 muestra un esquema de una pared de inundación equipada con una válvula de reflujo. Se puede notar como la altura de la pared debe estar diseñada sobre los niveles de inundación, más una borda libre para seguridad. Estas válvulas tienen que mantenerse libres de escombros para que cumplan su función a cabalidad. La presencia de escombros puede ocasionar que se tapen las válvulas y que los niveles de agua suban inundando así la propiedad. Si el nivel de agua exterior es mayor que el interno la válvula se sella. Durante una inundación la única forma de sacar el agua es mediante la utilización de una bomba que opere con una fuente de potencia independiente.

Bomba de Agua

Tubena con Válvula de Reflujo

Fig. 6.3 Distribución de los Componentes de una Pared de Inundación

6.5 Mantenimiento

Una vez construida una pared contra inundación sólo requiere un programa de inspección de grietas, raices de árboles, o madrigueras de animales que pueden impedir el libre paso de agua. Por lo menos unavez al año. Como puede apreciarse, estos requieren menos inspecciones que los diques.

Es de suma importancia que el dueño de la propiedad esté consciente de que la pared lo va a proteger sólo si los niveles de la inundación no sobrepasan el nivel de protección para el • cual ésta fue diseñada. Una inundación mayor puede ocurrir en cualquier momento y es por esto que la propiedad debe ser evacuada siempre que haya aviso de inundación.

6.6 Técnicas y Materiales de Construcción

Para diseñar una pared contra inundaciones se debe seguir el suguiente procedimiento.

Primero hay que desarrollar un estudio del suelo donde se va a construir la pared. También hay investigar sobre el historial de inundaciones del área y la magnitud de las mismas. Estos dos factores indican el tipo de pared que se puede construir.

Muchas de estas paredes se derrumban por fallos en la base o en el suelo bajo la misma. Para bajos niveles de agua se puede utilizar la pared de gravedad, la cual depende del peso y la masa del material para soportar las fuerzas de la inundación. Esto requiere una alta cantidad de matferial de construcción. La figura 6.4 muestra los componentes de una pared de gravedad, donde Pe es el peso de la pared, L es el ancho de la base, c es el ancho del tope y A es la altura de la pared.

Fig. 6.4 Estabilidad de Muros de Gravedad

Una pared en voladizo utiliza el peso del suelo y del agua sobre su fundación para mantener la estabilidad de la pared soportando las fuerzas causadas por la inundación. Este tipo de construcción es más viable debido a que la pared es más esbelta y por lo tanto requiere menos material que la anterior. Sin embargo, esto requiere más cuidado en el diseño y en detalles de construcción tales como la cantidad, localización y tipo de refuerzo de acero. La figura 6.5 presenta un esquema de una pared en voladizo donde H es la altura del agua de inundación, L es el ancho de la base del muro.

Fig. 6.5 Estabilidad de Muros en Voladizo

Existen varios tipos de suelo que son propensos a filtración mientras que otros pierden estabilidad al saturarse. Entre los suelos más propensos a filtración se encuentran los suelos con porcentajes altos de arena. Por otro lado, hay ciertos tipos de arcilla que son inestables al saturarse, por lo tanto, dan menos apoyo a la pared. Los suelos permeables requieren tratamiento especial como extender la fundación de pared varios pies bajo la superficie del suelo.

Existen otras alternativas para prevenir la filtración como los sistemas de tabla-estacas. La figura 6.6 es un ejemplo de una pared equipada con un sistema de tabla-estacas para evitar la infiltración a través del subsuelo.

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Fig. 6.6 Técnicas de Control de Infiltración en Muros

Para determinar la naturaleza de los suelos locales, se debe consultar un especialista geotécnico. Profesionales de este campo son capaces de hacer recomendaciones sobre las fuerzas y el diseño que va a requerir una pared para características específicas de una inundación. También sugerirán los tipos específicos de materiales y refuerzos requeridos por la pared.

Se pueden construir paredes de inundación con múltiples materiales, pero éstos deben tener dos características en específico: fortaleza e impermeabilidad. Los materiales más usados son bloques y hormigón. Si se usan bloques las juntas deben estar rellenas de manera tal que sean impermeables. Estas paredes pueden ser decoradas utilizando bloques arquitectónicos o estucado.

El diseño de paredes debe considerar la resistencia extema e interna del sistema. Es por ello que no tan sólo se coteja la pared en términos de vuelco y deslizamiento sino también su resistencia estmctural interna tomando en cuenta los refuerzos en acero. La figura 6.7 muestra los distintos modos de fallas extemas a la que puede estar sujeta una pared contra inundación.

De izquierda a derecha, se presentan esquemas representativos de fallos por vuelco, deslizamiento lateral y de la capacidad de sustentación del suelo en un muro. ni?

Fig. 6.7 Estabilidad Extema de un Muro de Inundación

Expresados todos estos puntos, recomendamos enfáticamente que su decisión con respecto al uso de esta técnica sea consultada con un profesional en la materia.

Capítulo 7

Selección de un Método de Protección

7.1 Proceso de Selección

Cada alternativa para construir medidas a prueba de inundaciones contiene propiedades individuales que las distribuyen de las demás. Estas determinan si una alternativa es o no viable para un determinado proyecto. Estas características pueden ser divididas en tres grupos: características de inundación, del sitio y de la estructura.

De las características de una inundación los parámetros más importantes son los siguientes:

a. profundidad de agua

b. velocidad de flujo

c. razón de aumento de niveles de agua

d. duración del evento de inundación

e. transporte de sedimentos y escombros

Estas propiedades se determinan desarrollando estudios hidrológicos e hidráulicos(H/H) detallados por un especialista y siguiendo las normas y guías provistas por ARPE, la Junta de Planificación, FEMA y otras agencias que reglamentan éstos.

Las dos (2) características de sitio más importantes se refieren a la localización del proyecto con respecto al cauce mayor del canal o a las zonas costeras, y a las propiedades mecánicas del suelo. Con respecto a la zonificación del proyecto, se puede adquirir información en la Junta de Planificación de Puerto Rico. Por otro lado, la información sobre el se determina mediante un estudio geotécnico de Conservación de Suelos y de manera más específica, utilizando los servicios de una firma de profesionales en geotecnia.

Con respecto a las características de la estructura, las más importantes son; el tipo de fundación, el tipo de estructura, las características de los materiales y el estado existente de la estructura. Para ello se deben consultar los planos originales de la obra y/o los ingenieros que diseñen la estructura.

7.2 Nivel de Protección

Dado que la profundidad de inundación varía según la localización, las agencias pertinentes han determinado el alcance de los niveles de agua en un punto en particular basado en un evento de lluvia de recurrencia estándar. A esta profundidad se le conoce como nivel base de inundación o BFE por sus siglas en inglés. Los BFE de Puerto Rico están descritos en los mapas de inundación tanto de FEMA como de la Junta de Planificación. El BFE está basado en la magnitud de un evento de inundación de recurrencia de cien(100)años.

Aunque no es un requisito, las diversas medidas de protección aquí discutidas deben considerar los niveles de elevación según descritos por el BFE. Esto provee un beneficio en términos de disminuir la probabilidad de que ocurran daños excesivos en su propiedad. Sin embargo, todo esto debe ser visto objetivamente considerando los costos envueltos y la viabilidad del proyecto.

Bibliografía Selecta

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Reglamento de Planificación número 13 Sobre Zonas Suceptibles a Inundaciones, 28 de febrero de 1992, Junta de Planificación de Puerto Rico.

1. asentamiento diferencial - hundimiento desigual de cualquier parte de la estructura

2. borda libre - factor de seguridad expresado en pies, sobre el diseño de inundación

3. capacidad de sustentación - capacidad de resistencia a esfuerzos cortantes de un suelo

4. cargas muertas - cargas permanentes o fijas las cuales ejercen presión en un edificio o estructura

5. deslizamiento transicional - deslizamiento de la base de una estructura en la dirección horizontal

6. elementos monolíticos - cualquier estructura en hormigón hecha de una masa continua de material o moldeada en una sola pieza

7. esfuerzos hidrostáticos - presiones resultantes de la masa estática de agua en cualquier punto de contacto entre la inundación y la estructura

8. fallo rotacional - fallo en la estabilidad extema de una estmctura asociado a desplazamientos giratorios alrededor de su eje o centro de gravedad

9. gabiones - estructuras de malla de metal formando cajas la cual se rellena con piedra

10. nivel freático - nivel superior del agua subterránea en el acuífero no libre

11. núcleo impermeable - masa o conglomerado de material impermeable

12. sombrero de acero - elementos de protección que se le añaden a los pilotes en su punta para protegerlos durante su hinca

13. valles aluviales - áreas o terrenos aledaños a canales de ríos