DISEÑO DE DEFENSAS RIBEREÑAS EVALUACION PRACTICA 1.- Se desea conocer cual es el maximo caudal Instantaneo que ha pasado por un río, a fin de determinar el diseño de una obra de defensa. Se carece de informacion hidrologica. De las observacion es de campo y seleccionando el sector mas estable del rio, hemos obtenido que este tiene una pendiente de 7 por mil, sus paredes son de roca estable en talud estimado 1:1, el ancho del rio es de 60 m, se tienen rastros del ri, que este ha llegado hasta una altura de 1,20 referido a su piso, ademas tiene la caracteristica de tener fuerte transportes de acarreos Solución: Datos: B= Z= S= Y=
30.00 m 1 0.007 1.20 m
30.00 m
1.20 m Según la formula de Manning
Se sabe que:
Entonces:
n=
0.0357
Tambien se sabe que:
A=
37.44 m2
Rios de fuerte transporte de acarreos
P=
33.39 m2
Radio Hidraulico
R=
1.12 m
Entonces: Q=
94.70 m3/s
≈
95.00 m3/s
Este caudal representa un valor para una frecuencia de cada 10 años aproximadamente, por consideraciones de diseño se incrementa en un 80% Q=
171.00 m3/s
≈
200.00 m3/s
2.- Se desea construit una defensa en el valle de majes, a fin de evitar daños al centro poblado de Corire ubicado en la margen derecha; a si como a los centros poblados de pedregal y cantas ubicadas en la margen izquierda. Para lo cual se ha efectuado el levantamiento topografico, perfil longitudinal y secciones transversales: y asi mismo se ha recopilado informacion hidrologica necesaria (cuadro Nª 1). La pendiente en este sector es 0,007, el lecho del rio esta constituido por cantos rodados, en zonas de arbustos. La cantera se ubica a 15 km en el sector de Cochate y es un afloramiento de granodiorita de peso especifico 2,60. Dterminar: el caudal de diseño, seccion estable, profundidad de socavacion, altura de muro de encauzamiento. A si mismo, la curva de frecuencias de maximas avenidas donde se defina las probabilidades de ocurrencia. Solucion: a.- Caudal de diseño El caudal de diseño esta en otra de calculo que se anexa en el trabajo b.- Seccion estable Según BLENCH-ALTUNIN
Para el caso de gravas
Fbo =
1.70998
Fb =
1.72
B=
300 m
5 mm
Fs =
0.2
Fs =
0.2
Si el material solo fuera de arrastre Fb =
1.20
Qd = d= S=
3200 m3/s 3.17 m 0.007
B=
251 m
Según SIMONS ALBERTSON k1 = k1 =
Para fondos y orilla de grava 3.8 Rio Majes
B=
215 m
Tomamos B =
300 m
c.- Profundidad de Socavacion Metodo de LISVAN LEBEDIEV c.1.- Suelo Cohesivo
α=
1.56
β=
0.82 0.78
γ= St =
1.8 6.41 m
Psoc =
3.24 m
Suelo no Cohesivo 0.74
St =
6.36 m
d.- Altura del Muro
Ks =
22
d=
2.87 m HM = d + BL
V=
3.72 m/s
BL =
1.20 m
HM =
4.06 m
HM =
4.20 m
Psoc =
3.19 m
3.- Determinar la profundidad de socavacion general en la seccion transversal de un cauce donde se implantara un puente. La informacion de que se dispone es: Caudal de maximas avenidad: 1500m3/s; periodo de retorno: 100 años; ancho de la superficie libre referido al nivel 28,00 msnm, 250 m; area hidraulica: 1496m2; separacion entre pilares 62,50 m; nivel mas bajo del fondo 18,50 msnm; nivel de maximas avenidas 28,00 msnm. El material del cauce es arenoso hasta 1,00m de profundidad y cohesivo hacia abajo. El diametro de la arena es 0,40mm y el peso especifico del marerial cohesivo es γs =1700kg/m3 Solucion: Q= T= B= AH = Sep : pilares =
1500 m3/s 100 250 1496 62.5
6.- Se tiene un tramo intermedio en curva de un rio, contando con la siguiente informacion. R= 350 m Q= 1000 m3/s T= 50 años A1 = 538 m2 B1 = 130 m S= 0.0017 El material del fondo del cauce es arenoso hasta 3,0my cohesivo hasta 4,50m de profundidad y las orillas del material poco cohesivo El arrastre significativo de sedimento tiene una concentracion CS: 8500ppm Viscocidad: 7,04*10-7 m2/s γs = 1700 kg/m3 Dm = 0,25mm B2 = 120 m Inmediatamente se ubicara un puente con pilares ubicados a = 40 m de distancia, espesor de pilares (b1) = 2m SE PIDE a.- Determinar las caracteristicas estables del cauce del rio según BLENCH b.- Aplicando el metodo de ALTUNIN, calcular la velocidad media de la corriente que no produce erosion, la velocidad media de la corriente en funcion de la resistencia y el ancho estable. c.- Calcular la profundidad de socavacion transversal en la seccion d.- Calcular la socavacion en curva e.- Calcular la profundidad de socavacion generalizada en la zona del puente f.- Calcular la socavacion local en pilares g.- Diseñar espigones (Localizacion en planta, longitud y separacion entre espigones h.- Calcular la profundidad de socavacion local frente a los espigones Solucion: a.-
Fb = Fs =
0.8 0.2
B=
114 m
factor de fondo,material fino factor de orilla, ligeramente cohesivo ≈
120 m
d=
6.92 m
v=
1.86 m/s Cs =
k=
50.66
S=
0.0557
8500 ppm
b.- Velocidad media que no produce erosion α= Vφ = Vφ = d = A/B d=
V=
depende del diametro, Dm=0,25mm 0.60 m/s
4.14 m
0.80 m/s
1
Planicie
Velocidad media de la corriente en funcion de la resistencia al flujo
k= z= x= S=
11 0.5 0.33333333 0.0017
V=
2.67 m/s
Ancho estable
B=
162.55 m
c.- Socavacion Transversal
d2 =
4.36 m
d.- Socavacion en curva dmax = εdr ε= r/B =
funcion de r/B 2.69 m
r/B ε
3 2.57
ε= x
2.69 x 2.7
2 3
dr = dm = dmax =
4.14 m 11.17 m
Psoc =
e.- Socavacion General Para suelos Cohesivos
Calculo de μ V (m/s) 1.5 1.86 2
Longitud entre pilas 30 40 42 0.99 x 0.99 x μ x 0.98 x 0.98
μ=
0.999
α=
0.78
Calculo de β Perido Ret. 20 50 100 500 1000
β 0.94 0.97 1 1.05 1.07
Según el problema T = 50 años β=
0.97
7.04 m
Calculo de 1/1+x γs (kg/m3) 1.64 1.7 1.71
1/1+x 0.76 x 0.77
St =
4.80 m
g.- Diseño de espigones Localizacion en planta
2,5B = 8B= r=
300 m 960 m 350 m
Longitud entre espigones
y= B/4 =
4.14 30
LT =
10 m
LA = 0,1 a 0,25 LT LA =
2m
Según el problema γ= 1,7 tn/m3 1/1+x =
0.77
Psoc =
0.66 m
Separacion entre espigones SP = 2,5 LT a 4 lt SP = 3,5 LT SP =
35 m
h.- socavacion local frente a los espigones
Calculando Pα α Pα
60 0.94
Interpolando: x= Pα = Calculando Pq Q1/Q Pq
0.1 2
Q1/Q = Pq =
0.10 2.00
Calculando Pk α Pk
2 0.61
Interpolando: x= Pk =
0.83 0.83
90 1
1 1 0.2 2.65
0.3 3.22
3 0.5
1.5 0.83
St =
6.87 m
Psoc =
2.73 m
7.- El rio Piura, en un tramo de su recorrido pasa por la ciudad, teniendo en su margenes las ciudades de Castilla y Piura, se encuentra emplazado el Puente cáceres, el cual esta ubicado al ingreso a la ciudad en un tram,o en curva, contando con la siguiente informacion: 3900 Descarga maxima de Diseño (Q)= (Q) = m³/s 30.5 Cota nivel de agua = msnm 21.28 Cota fondo de rio = msnm 100 Periodo de Retorno (T)= años 3.37 Velocidad Promedio (V)= m/s Según estudio de suelos e lecho del rio esta constituido por material granular, 2.5 predominando arena cuyo Dm= 2480 Peso especifico (y)= 363,4 Radio de Curvatura R= 150,02 Ancho de la superficie libre (B)= B= Angulo de Ataque del flujo con respecto alpilar Distancia entre pilares = Longitud del pilar (L)= Ancho del pilar (B)= Forma de pilar redondeada SE PIDE: Analizar la socavacion en el puente para evitar su colapso a) Por socavacion general (Metodos: Lacey, Lischtvan- Levediev) b) Por socavacion en Curva c) Por socavacion local en Pilares d) Por socavacion Local en Estribos f) Comentar los resultados obtenidos
Datos: Q V a b Cota sup. Cota Inf. S entre Pilares B θ # de Pilares n N # de Claros do Dm
= = = = = = = = = = = = = = =
3900 3.37 2.4 0.9 30.5 21.28 18 150.02 38 º 7 16 9 8 7.71 m. 2.5 mm.
a=
38º 18 2,4 0,9
mm kg/m³ m m
m m m
donde: n N a
= = =
numero de las caras de las pilas y/o estribos dentro del interbalo B numero de pilas y/o estribos considerados al tomar en cuenta n Largo de la Pila
Calculo del Ancho Efectivo Be: Be = (B-Σb1)cosθ - (n+1-N)a senθ Be =
( 150.02 - 7 x 0.9) x cos38 - (16 + 1 - 9) x 2.4 x sen38 )
=
101.43 m.
Velocidad Media de la Sección Q=V.A dm
V = Q/A =
A = Be
=
3900 / (150.02 x 7.71)
1,157.27 = 101.43
=
3.37 m/s
11.41 m.
Determinacion del Coeficiente de Contraccion μ La separacion libre entre pilares es: S= (150.02 - 7 x 0.9) / 8 con Velocidad media =
=
18 m.
3.37 m/s
y S=
18.0 m
TABLA N° 1 COEFICIENTE DE CONTRACCION, m
Interpolando se ontiene:
μ=
Determinacion del Coeficiente a:
0.9324
a=
Q d^(5/3).Be.μ
Determinacion del Parametro : 1/(1+X); Dm = - Caso de Suelo no cohesivo con Dm =
2.5 2.5
=
0.9300
mm.
mm.
→ Interpolando se obtine
Determinacion del parametro β Para un periodo de retorno T =
100
años
→ Interpolando se obtine
Calculo de Socavacion general, Para Suelo Granular.
Remplazando los datos en la expresion tenemos:
S = St - d
=
5.75 m
Calculo de Socavacion local en pilares d b1
=
7.714 0.9
=
Como Fr² ≤ 0.06
8.571
fr².fc = U².fc g.d
no cumple interpolando se tiene fc =
fr².fc = U².fc
=
0.1792
g.d usando la Grafica se tiene: St/b1 = St =
10.00
9.00 m. S = St - d =
1.29 m.
Calculo de Socavacionen curva dmax = εdr ε= funcion de r/B r/B = #VALUE! r/B ε ε= x
3 2.57
3 x
2 3
2.82
dr = dm =
7.71 m
dmax =
21.74 m
Psoc =
12.52 m
=
0.1256
1.4270
de Castilla y Piura, se urva, contando con
1= 1+x
0.72
β
=
St=
1.00
14.97 m
8.Características dadas: Long. Del tramo del río: Cota aguas arriba: Cota aguas abajo: Caudal de máx. avenidas (Q): Tiempo de Retorno (T): Ancho de Sección (B): Tirante Prom. (Dm):
200.00 39.17 39.08 427.50 50.00 90.00 2.30
Suelo arenoso en el Fondo Ligeramente cohesivo en Orillas Concentración de Sedimentos
m m.s.n.m m.s.n.m m3/seg años m m
Fb: Fs: Cs: Cs: 20 ºC
Temperatura del agua
(Prog. 3+600 - Prog. 3+800)
0.8 0.2 1.50 kg/m3 1500 ppm
ó
SOLUCIÓN A) DETERMINAR CARACTERÍSTICAS ESTABLES DEL CAUCE DEL RIO SEGÚN EL MÉTODO DE BLENCH Y ALTUNIN: a.) METODO DE BLENCH: Para cauces arenosos o con material cohesivo.
1era. Ecuación:
B=
74.85
m
d=
5.21
m
2da. Ecuación:
3ra Ecuación:
Para ello es necesario conocer el coef.
Reemplazamos ecuac.(I) para hallar S:
Por tanto:
S=
0.00054
b.) METODO DE ALTUNIN: Para cauces con material granular
A= Coef. Calculado con la siguiente ecuación:
A=
Donde: n= m= k=
1.07
B=
103.43
B) DIMENSIONAR UN DIQUE DE TIERRA COMO DEFENSA RIBEREÑA, CONSIDERANDO QUE SE DISPONE DE UNA CANTERA D B= dm=
90 2.3
dm =
A B
* Dimensionamiento del dique : Altura :
200
0.8
BORDE LIBRE
Q<500 m3/s * Ancho= corona
H= H= TALUD Del cuadro para CL
F+dm 3.1 Arriba 1V 3V
3
ANCHO DE CORONA
m Abajo 1V 2.5 V
18.43 9.3
B) DETEMINAR EL REVESTIMIENTO CON ENROCADO PESO ESPECIFICO DE LA ROCA 2400 Kg/m3, ANGULO DE REPOSO DE LA Tamaño de las rocas : Diametro Medio de la Roca : (Db) donde b = coef = 1.4 (para nuestros rios)
Db =
=
1.4
f
=
0.858
V=Q/A
=
2.065
=
0.3
0.2533388
m/s.
Espesor de Enrocado : er= 2Db=
FILTRO
0.6
Asumimos
er=
Por Simons y Senturk emin= 0,5*er emin= 0.3
m
Terzaghi emin= emin= emin=
mm m
25*d50 375 0.4
1
DE BLENCH Y ALTUNIN:
ra ello es necesario conocer el coef. K: * V: Viscosidad cinematica f(T) (Del cuadro nº 02 del Mòdulo) * g: Gravedad V= g=
1.007E-06 9.81
m2/seg m2/seg
K=
1867.36 ……….(I)
0.025 0.7 10
UE SE DISPONE DE UNA CANTERA DE MATERIAL LIMO-ARCILLOSO A=
207
Ah=
207
m2
C 0.8 H dm
3
3.1 21.8 3
7.75
20.05
0 Kg/m3, ANGULO DE REPOSO DE LA ROCA 38°, d50= 15mm
m
9.- En el cauce de un rio se ubicara un puente, con dos pilares intermedios a 50 m de distancia, la forma de los pilares es redondeada, y su longitud 2,4m, angulo de ataque al flujo α =30ª a los pilares. El caudal de diseño es de 2100 m3/s para un periodo de retorno de 500 años, alcanzando un nivel de 128,00msnm, el ancho de la superficie libre es 152,50m, el area hidraulica es de 690 m2, nivel de fondo 123,50 msnm. El fondo del cauce esta conformado por material arenoso, cuyo diametro medio es de 0,40mm y por material cohesivo de peso especifico 1700 kg/m3 Se pide a.- calcular la profundidad de socavacion general en la zona del puente b.- Calcular la socavacion local en los pilares c.- Diseñar un sistema de proteccion para evitar el colapso del puente por falla de los pilares Solucion Q= 2100 m3/s T= 500 años B= 152.50 m γs = 1700 kg/m3 AH = 690 m2 Long: Pilas = 50.00 m Dm = 0.40 mm Diam. Pilar= 2.40 m a.- Socavacion General Para suelos Cohesivos
Para suelos granulares
v=
3.04m/s
128msnm
4.5m 123.5msnm
Calculo de μ V (m/s) 3 3.04 3.5
42 0.97 x 0.97
μ=
0.978
Longitud entre pilas 50 52 x 0.98 μ x x 0.98
Calculo de α
α=
1.15
Calculo de β Perido Ret. 20 50 100 500 1000
β 0.94 0.97 1 1.05 1.07
Según el problema T = 500 años
γs (kg/m3) 1.64 1.7 1.71
1/1+x 0.76 x 0.77
Según el problema γ= 1,7 tn/m3
St =
6.74 m
β=
1.05
Calculo de 1/1+x
1/1+x =
0.769
Psoc =
2.24 m
Para suelos granulares Calculo de 1/1+x
St =
9.87 m
La socavacion general es: St =
Dm(mm) 0.15 0.4 0.5
1/1+x 0.7 x 0.71
9.87 m
10.00 m
b.- Socavacion Local (SHEN I, agua sin sedimentos) ds =
4.01 m (SHEN II, agua con sedimentos)
ds =
6.03 m (LAURSEN, agua con sedimentos)
ds =
3.65 m
La socavacion local es:
6.03 m
≈
6.50 m
Según el problema γ= 1,8 tn/m3 1/1+x =
0.707
10.- Se desea diseñar un muro de proteccion de margenes del cauce de un rio, con 9 gaviones y colchones reno, para lo cual se cuenta con la siguiente informacion: caudal maximo Q= 2800 m3/spara un periodo de retorno de T =200 años, el ancho promedio del cauce es de 250m, coeficiente de rugosidad de manning n = 0,025. la pendiente en este sector es de 0,5%. El material del cauce corresponde aun tipo CL-ML, cuyo peso especifico es de 1750 kg/m3. area hidraulica 950m2.Calcular: a.- altura del muro; b.- Srleccionar los tipos de gaviones y colchon reno a utilizar; c.- Longitud y espesor del colchon antisocavante a utilizar; d.- Diametro de las piedras de relleno Solucion: Q= 2800 m3/s T= 200 años B= 250.00 m S= 0.005 n= 0.025 γs = 1750 kg/m3 AH = 950 m2 a.- Altura del muro R =dmax
d=
2.28 m
v=
4.90m/s
H=d+F H=
3.58 m
≈
3.60 m
b.- Socavacion General
Calculo de α
dm = μ=
3.8 1
α=
1.21
Calculo de β Perido Ret. 20 50 100 200 500 1000
β 0.94 0.97 1 x 1.05 1.07
Según el problema T = 200 años
γs (kg/m3) 1.71 1.75 180
1/1+x 0.77 x 0.78
Según el problema γ= 1,75 tn/m3
St =
2.97 m
β=
1.013
Calculo de 1/1+x
1/1+x =
0.774
Psoc =
0.68 m
c.- Longitud y espesor del colchon L=
1.02 m
≈
Espesor del colchon V= 4.90m/s e= d.- Piedras de relleno Dimensiones de 70 a 100 mm
1.20 m
e= 0.20 m
0,15 - 0,17
11.- En el cauce de un rio, cuyo nivel de fondo es 105,50msnm, su caudal maximo de avenidad es de 1150m3/s, cuyo nivel alcanza la cota 107,80msn, se dispone de una bateria de espigones cuya orientacion de sus ejes con la corriente es de 70ª. El caudal que teoricamente podria estar pasando por el lugar ocupado por el espigon si este no existiera se estima en 120 m3/s. el talud que tiene los lados del espigon es 1:4,5. se pide calcular la profundidad de la uña por efecto de la socavacion (γm = 1,00 tn/m3) Solucion 107.8msnm
2.3m 105.5msnm
Q= 1150 m3/s Q1 = 120 m3/s Orientacion = 70ª Z= 4.5 γm = 1,00tn/m3 1.- Socavacion Local frente a Espigones
Calculando Pα α Pα
60 0.94
Interpolando: x= Pα =
0.96 0.96
70 x
90 1
Calculando Pq Q1/Q Pq
0.1 2
Q1/Q = Pq =
0.10 2.00
Calculando Pk α Pk
2 0.61
Interpolando: x= Pk =
0.335 0.335
St =
1.48 m
0.2 2.65
0.3 3.22
3 0.5
4.5 x
Se observa que St < d Por lo tanto no hay socavación 2.- Socavacion General a.- Cauce Estable Metodo de BLENCH
Fb = Fs =
0.8 0.2
B=
123 m
factor de fondo factor de orilla ≈
130 m
Para suelos Cohesivos
Calculo de α
A=B*d A=
299m2
v=
3.85m/s
Calculo de μ V (m/s) 3.5 3.85 4
124 0.99 x 0.99
μ=
0.99
α=
2.23
Calculo de β Perido Ret. 20 50 100 500 1000
β 0.94 0.97 1 1.05 1.07
Longitud entre pilas 130 x μ x
200 0.99 x 0.99
Según el problema T = 50 años β=
0.97
Calculo de 1/1+x γs (kg/m3) 1.71 1.8 1.89
1/1+x 0.77 0.78 0.78
St =
4.90 m
Según el problema γ= 1,8 tn/m3 1/1+x =
0.78
Psoc =
2.60 m
Psoc =
1.31 m
3.- Profundidad de la uña Suponiendo suelo Cohesivo Se remplazara el material por roca con p.e = 2,60 p.e = 2.6
Calculo de 1/1+x γs (kg/m3) 1.89 2 2.6
1/1+x 0.78 0.79 x
St =
3.61 m
Ancho de uña =
Según el problema γ= 2,6 tn/m3 1/1+x =
1.96 m
≈
0.8
2.00 m
