UNIVERSIDAD | SAN PEDRO
” S A Ñ E R E B I R S A S N E F E D “
CURSO: ESTRUCTURAS HIDRAULICA HIDRAULICAS S ING. DANTE SALAZAR SANCHEZ
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PALACIOS INCA FRANCIS ENCISO POLO BRAYAN CASTILLO LOPEZ YORDAN
INTRODUCCION
Las obras de defensa ribereña que se proponen tienen básicamente un enfoque de protección hacia los pobladores y la agricultura, no obstante los beneficios alcanzara todos los sectores y población en general. A través de los tiempos los seres !"ma#os se !a# "$i%ado e# las %er%a#&as de los r&os por lo '"e se !a%e #e%esario la %o#str"%%i(# de de)e#sas las %"ales so# estr"%t"ras %readas para preve#ir i#"#da%io#es %a"sadas por los des$ordamie#tos de %a"dales e# épo%as de ll"via * as& poder prote+er ta#to a los !a$ita#tes %omo a las i#)raestr"%t"ras '"e se e#%"e#tra# e# el ries+o !&dri%o, De$ido a la pro$lem-ti%a '"e prese#ta# las i#"#da%io#es se de$e# %olo%ar prot pr ote% e%%i %io# o#es es e# las mm-r+ r+e# e#es es de lo los s r&o r&os, s, Para po pode derr dis dise. e.ar ar es esta tas s prote%%io#es primero se de$e# reali/ar %iertos est"dios prelimi#ares %omo so#0 a#-lisis !idrol(+i%o mor)ol(+i%o topo+r-1%o * est"dio de la sit"a%i(# a%t"al para '"e estas p"eda# %"mplir %o# e1%ie#%ia s" o$2etivo * a s" ve/ s" vida 3til * poder as& estimar s" alt"ra * la dista#%ia a la '"e se de$e# %olo%ar, Es importa#te determi#ar '"é tipo de de)e#sa se va a "tili/ar de a%"erdo a las %o#di%io#es !idr-"li%as * a la #at"rale/a del terre#o dispo#i$ilidad de los materiales * el tipo de "so '"e se da a las -reas aleda.as *a '"e e# -reas r"rales se "sa# di'"es de tierra mie#tras '"e e# las -reas "r$a#as se "tili/a# di'"es de !ormi+(#,
INTRODUCCION
Las obras de defensa ribereña que se proponen tienen básicamente un enfoque de protección hacia los pobladores y la agricultura, no obstante los beneficios alcanzara todos los sectores y población en general. A través de los tiempos los seres !"ma#os se !a# "$i%ado e# las %er%a#&as de los r&os por lo '"e se !a%e #e%esario la %o#str"%%i(# de de)e#sas las %"ales so# estr"%t"ras %readas para preve#ir i#"#da%io#es %a"sadas por los des$ordamie#tos de %a"dales e# épo%as de ll"via * as& poder prote+er ta#to a los !a$ita#tes %omo a las i#)raestr"%t"ras '"e se e#%"e#tra# e# el ries+o !&dri%o, De$ido a la pro$lem-ti%a '"e prese#ta# las i#"#da%io#es se de$e# %olo%ar prot pr ote% e%%i %io# o#es es e# las mm-r+ r+e# e#es es de lo los s r&o r&os, s, Para po pode derr dis dise. e.ar ar es esta tas s prote%%io#es primero se de$e# reali/ar %iertos est"dios prelimi#ares %omo so#0 a#-lisis !idrol(+i%o mor)ol(+i%o topo+r-1%o * est"dio de la sit"a%i(# a%t"al para '"e estas p"eda# %"mplir %o# e1%ie#%ia s" o$2etivo * a s" ve/ s" vida 3til * poder as& estimar s" alt"ra * la dista#%ia a la '"e se de$e# %olo%ar, Es importa#te determi#ar '"é tipo de de)e#sa se va a "tili/ar de a%"erdo a las %o#di%io#es !idr-"li%as * a la #at"rale/a del terre#o dispo#i$ilidad de los materiales * el tipo de "so '"e se da a las -reas aleda.as *a '"e e# -reas r"rales se "sa# di'"es de tierra mie#tras '"e e# las -reas "r$a#as se "tili/a# di'"es de !ormi+(#,
DEFENSAS RIBEREÑAS Las defensas ribereñas son estructuras construidas para proteger de las crecidas de los ríos las áreas aledañas a estos cursos de agua. agua. estructurales turales, como los no La protección contra las inundaciones incluye, tanto los medios estruc estructurales, que dan protección o reducen los riesgos de inundación inundación..
incluyen las represas incluyen represas y y reservorios reservorios,, mo modif dificac icacion iones es a los canales can ales de los río ríoss por otr otros os más amp amplio lios, s, def defens ensas as rib ribere ereñas ñas,, dep depres resion iones es par paraa desbordamiento, cauces de alivio, obras de drenaje y el mantenimiento y limpieza de los mismo para evitar que se obstruyan. Las medidas no estructurales consisten en el control del uso de los terrenos aluviales mediante zonificación, los reglamentos para su uso, las ordenanzas sanitarias y de constr con strucc ucción ión,, y la reg reglam lament entació aciónn del uso de la tie tierra rra de las cuencas hidrográficas para no para no ocupar los cauces y terrenos aluviales de ríos y ramblas ramblas con con edificaciones o barreras.
Las medidas estructurales
La forma y el material empleado en su construcción construcción varía, varía, fundamentalmente en función de •
•
Los materiales disponibles localmente !l tipo de uso que se da a las áreas aledañas. "eneralmente en áreas rurales se usan diques diques de de tierra, mientras que en las áreas urbanas se utilizan diques de hormigón
Recordemos: !n el #er$ e%isten muchas zonas bajo el riesgo de inundación. !n particular son vulnerables aquellas poblaciones de sierra y selva, que ven periodos de precipitaciones anualmente y que se han asentado cerca de los caudales de los ríos. &omo muchos fenómenos naturales, los ríos tienen un comportamiento de difícil proyección. 'quellos con tendencias a sufrir inundaciones suelen presentar comportamientos imprevisibles que solo sirven para ma%imizar el nivel del riesgo de las poblaciones que habitan cerca de ellos. Las inundaciones no solo significan la p(rdida de vidas humanas) afectan tambi(n los medios de vida y de soporte económico de las poblaciones bajo situaciones económicas marginales. *na alternativa para lidiar con la realidad de las inundaciones en el #er$, mitigar sus efectos y prevenir el escalamiento de situaciones de desastre es mediante controladores ribereños, una forma de barrera de protección ante la subida del nivel de agua. +irven no solo para evitar la destrucción material causada por las inundaciones, sino como alternativa ante la p(rdida de vidas humanas. La construcción de controladores es un proceso t(cnico que requiere de estudios t(cnicos hidrológicos y geomorfológicosde aquellos tramos de ríos que sufren erosión y desbordes.
¿CUÁLES SON LOS CONTROLADORES MÁS USADOS?
4 Los controladores ribereños, tambi(n llamados defensas ribereñas, son estructuras construidas en las márgenes de los ríos para evitar procesos de erosión y desbordamiento. !n general pueden ser de dos tipos no estructurales y estructurales.
Controladores no estructurales
+on desarrollados de forma artesanal y sin considerar criterios t(cnicos como una alternativa de bajo coste y rápida construcción. #or este motivo, no se realizan estudios previos de evaluación de la cuenca donde se construyen. &umplen la misma finalidad que los controladores estructurales pero son usualmente realizados por las poblaciones sin consultas de especialistas. *na de las formas más comunes de control no estructural es el uso de zonificación para asignar terrenos con la tendencia a ser inundados aluviales- a actividades no productivas o actividades no primarias, como la recreación. +in embargo, su limitación es que no se previenen las inundaciones. !s muy frecuente el uso de defensas vivas o naturales. !n este modelo se utilizan especies de vegetación nativa o e%ótica para crear una frontera natural contra la erosión y el desborde de los ríos. !%isten e%periencias nacionales de este uso, como por ejemplo, la aplicación de bamb$ como defensa implementado por el programa +ierra !%portadora. #ero hay un límite de caudal frente al que este tipo de barrera puede dejar de ser funcional.
Controladores estructurales 4
&ontroladores desarrollados utilizando herramientas y procesos t(cnicos, y bajo la supervisión de especialistas. #ueden utilizar materiales locales pero siempre cumplen ciertos estándares de t(cnicos.
4
+e subdividen a su vez en dos tipos a- fle%ibles para suelos con deformaciones-. b- rígidos para terrenos uniformes-.
ELEMENTOS DE DISEÑO 4 4 4
4
#ara la construcción de cualquier sistema de controladores ribereños es necesario que antes se realicen estudios científicos que permitan determinar las características del río sobre el que se trabaja y las características de una posible inundación. &on esta información, será posible construir controladores adecuados a la dinámica específica de la cuenca. Los estudios más importantes a tomar en cuenta son hidrológico, de hidráulica fluvial y de tipos de socavación. PARAMETROS DE DISEÑO #ara el procedimiento de diseño del cálculo de los muros, se tendrá en cuenta los siguientes agentes e%ternos
!mpuje activo por unidad de Longitud tanto del material de relleno y empuje de las corrientes de agua y material de transporte. #eso por unidad de longitud del gavión y despu(s de evaluar y dimensionar las secciones para cada tramo de defensa ribereña, se procede a realizar el cálculo de verificación de estabilidad por volteo, deslizamiento, y capacidad portante del terreno, de acuerdo a los siguientes parámetros
•
•
o o o
•
Coeficiente de seguridad al deslizamiento Ss !"r # !"d $ %&' Coeficiente de seguridad al (olteo Ss !Mr # !Md $ %&' Reacci)n del Suelo Si e * +,- .no se /roducir0n tensiones1
Los cálculos hidráulicos e hidrológicos se presentan ane%os al e%pediente t(cnico, así como los ensayos de laboratorios de ecánica de suelos
EST2DIO DE 3IDROLO45A 4
*n estudio hidrológico debe tomar en cuenta aspectos de precipitación y climatología de la cuenca precipitación media anual, tendencias mensuales, meses lluviosos y meses secos-, de eventos e%tremos y de transporte de sedimentos.
4
#ara determinar la precipitación, se debe recurrir a la información oficial datos del +ervicio /acional de eteorología e 0idrología, para el caso de #er$-. 1e no e%istir información disponible, se pueden realizar medidas a lo largo de un periodo prudencial o revisar información de proyectos de cooperación y desarrollo en la zona de trabajo. EST2DIO DE DESCAR4AS M67IMAS E 3IDRO4RAMA DE A8ENIDAS
4
4 4
!ste estudio consiste en observar los datos históricos de los caudales de un río, para determinar cuáles son sus cargas má%imas. #ara ello se debe observar la serie histórica de caudales obtenidos durante la estaciones de mayor aforo del río. !n caso de que no e%istan datos, se pueden obtener aforos alejados del lugar donde se planea construir un controlador ribereño, pero en la misma cuenca. Luego, se deben corregir los datos de acuerdo a la superficie de las cuencas. !l m(todo más $til para cuencas pequeñas, donde no se cuenta con datos de caudales, es el indirecto. !stá basado en tres factores intensidad de precipitación, área de la cuenca y coeficiente de escurrimiento. La siguiente ecuación permite calcular el volumen medio de un río
8A9P9C
Donde: 8: (olumen medio anual escurrido .m'1& P: /reci/itaci)n media anual .m1& C: coeficiente de escurrimiento& A: 0rea de la cuenca de ca/taci)n .m;1& 4
!l área de la cuenca de captación debe ser delimitada a partir del sitio identificado para plantear la protección.
EST2DIO DE DISTRI+2CI
4
!s importante realizar un estudio de distribución de eventos e%tremos porque es una de las metodologías más usadas para el análisis de caudales de má%imas avenidas anuales. !llo permite comprender cuántos eventos e%tremos ocurren en una cuenca y adaptar el diseño de los controladores para soportarlos. La probabilidad de ocurrencia de un evento se determina conociendo el período de retorno) los usuarios tambi(n pueden usar datos de serie de caudales para la zona en estudio.
DISTRI+2CI
La serie anual de un río son los valores e%tremos de una serie de observaciones efectuadas durante un año. &onocer estos datos permite aplicarlos a las ecuaciones de distribución de e%tremos y hacer predicciones contando con la información de un cierto n$mero de años.
EST2DIO DE TRANSPORTE DE SEDIMENTOS 4 4
4
!l río trae consigo cargas de sedimentos que afectan directamente sus laderas, debilitándolas y permitiendo inundaciones con mayor facilidad. #ara estimar la carga de sedimentos e%isten dos enfoques. !l primero toma en cuenta las características de la lluvia pluviosidad media anual- y de la cuenca cobertura vegetal, pendiente- y de la composición granulom(trica del material del lecho del cauce del río. ' estos valores se les asigna una carga específica de transporte de sedimentos en toneladas por 2m3 por año-. !l segundo enfoque aplica fórmulas empíricas con datos de producción anual de sedimentos de más de 345 cuencas alrededor del mundo para obtener una ecuación general que tiene un error estimado de 456. La ecuación es
= a =n =: Tasa media anual de trans/orte en sus/ensi)n .t1& =n: caudal medio anual ./ies c>?icos /or segundo1&
EST2DIOS DE 3IDR62LICA "L28IAL 4 4
Los estudios de hidráulica fluvial son necesarios porque todos los ríos presentan variaciones, están sujetos a mayor o menor grado de erosión, equilibrio y sedimentación. !stos estudios brindan información necesaria para determinar el tipo de controlador que se va a construir.
Sistema flu(ial 4
!l sistema fluvial está conformado por la franja por donde transcurre un río, desde que nace hasta que muere en el mar, un lago o en otro río. #or simplicidad y conveniencia, el sistema fluvial se ha dividido en tres zonas por las que pasa un río al menos una vez a lo largo de su recorrido
Zona 1, de montaña o de juventud de un ro : corresponde a la parte más alta de la cuenca hidrográfica en donde se originan el caudal y los sedimentos. !stá caracterizada por tener fuertes pendientes, velocidades altas y caudales bajos. !l cauce transcurre por relieves escarpados y estratos rocosos. La energía del río se consume en profundizar el cauce.
Zona !, "ntermed"a o de madure# de un ro$ es la transferencia o transporte de agua y sedimentos de la zona 7 a la zona 8. La energía del río se consume en profundizar y ampliar el cauce. !l río forma meandros y entrenzamientos.
Zona %, a&uv"a& o de veje# de un ro$ corresponde a la parte baja en donde el sedimento se deposita. +e caracteriza por tener dependientes bajas, velocidades bajas y altos caudales. !l cauce transcurre en estratos aluviales de gran espesor. La tendencia del cauce es a ampliarse.
Morfolog@a flu(ial 4
La morfología fluvial se facilita mediante el estudio del alineamiento del cauce y de sus secciones transversales. Las formas de las corrientes de agua son muy variadas y son el
resultado de la interacción de muchas variables caudal, velocidad, pendiente, ancho, profundidad, suelos, etc-. !l cauce de un río presenta tres formas básicas recto, meándrico o entrenzado.
Recto: se considera un estado de transición hacia cauces meándricos. Me0ndrico: el río se mueve transversalmente y origina la formación de curvaturas en forma de +, que en general se deben a procesos de erosión y sedimentación. Las velocidades son más bajas en la parte interna de las curvas, dando lugar a sedimentación o formación de barras. Entrenzado: consiste de m$ltiples canales que se entrelazan y separan en el cauce principal. *na causa del entrenzamientos es la gran cantidad de carga de lecho que la corriente no es capaz de transportar, siendo la cantidad de material más importante que su tamaño. Estudios de soca(aci)n
4
La velocidad y las diferentes pendientes que se presentan en el cauce de un río generan socavaciones a los largo del curso. !stas varían seg$n cada caso y es necesario tomarlas en cuenta antes de diseña un controlador ribereño. Los tipos de socavaciones más importantes son
a1 Soca(aci)n normal o general 4
!s el descenso del fondo de un río que se produce al presentarse una creciente y es debida al aumento de la capacidad de arrastre de material sólido que en ese momento adquiere la corriente en virtud de su mayor velocidad. !ste fenómeno es usual en las partes altas y medias de la cuenca.
?1 Soca(aci)n en estrecamientos 4
+e produce por aumento en la capacidad de arrastre de sólidos, es decir el río trae consigo material suelto de diferente tamaño que adquiere una corriente cuando su velocidad aumenta por efecto de una reducción del área hidráulica de su cauce. +e observa en obras construidas en el cauce de un río, como puentes, asentamiento de poblaciones y áreas agrícolas.
Estudio de soca(aci)n general del cauce 4
#ara determinar la socavación general de un cauce es posible hacer una serie de estudios y clasificaciones, de acuerdo a Cauce definido
4 4
Material coesi(o: distribución de materiales homog(neos, distribución de materiales heterog(neos. Material no coesi(o: distribución de materiales homog(neos, distribución de materiales heterog(neos.
Cauce indefinido 4 4
Material coesi(o: distribución de materiales homog(neos, distribución de materiales heterog(neos. Material no coesi(o: distribución de materiales homog(neos, distribución de materiales heterog(neos.
+ENE"ICIOS DE LOS CONTROLADORES RI+EREÑOS 4
Los beneficios más importantes de los controladores son
#rotegen cuencas, riberas y terrenos agrícolas de inundaciones y de procesos de erosión. 9ambi(n protegen la infraestructura de riego y centros poblados cerca de ríos.
'seguran la seguridad de puentes que atraviesan ríos.
La construcción de los sistemas genera empleos temporales.
+on estructuras relativamente simples su construcción y mantenimiento no son procesos complejos y los materiales usados son fáciles de conseguir. :frecen gran durabilidad y resistencia al deterioro por causas ambientales. 'lgunos sistemas de controladores, como los espigones, fomentan la sedimentación y pueden formar cauces de aguas bajas.
RECOMENDACIONES 4
'ntes, durante y despu(s de la construcción de un controlador ribereño es importante tomar en cuenta que
+e debe evaluar cuidadosamente la zona donde se construirá un controlador. !s preferible evitar franjas marginales de ríos, donde la falta de espacio jugará en contra del sistema de control y a largo plazo la presencia de este incrementará el peligro para la población que vive cerca.
#ara las construcciones en ríos de la selva se debe recordar que es com$n que los flujos de las aguas puedan cambiar de dirección. Los estudios hidráulicos e hidrológicos deben cubrir este fenómeno.
#ara la evaluación económica de la construcción hay un periodo de retorno que debe ser evaluado teniendo en cuenta los caudales má%imos y eventos e%traordinarios.
I&
2SOS DE LAS DE"ENSAS RI+EREÑAS
Los controladores para la defensa ribereña dependen de la cuenca de construcción, ya que la geomorfología de la costa no es la misma que la de la sierra o de la selva. +in embargo, en general todos cumplen las mismas funciones ;
1. El comportamiento de los ríos: 5os R&os so# tie#e# "# %omportamie#to imprede%i$le ad'"iere# "# me%a#ismo de a"toa2"ste de a#%!o tira#te * pe#die#te,
E# s" re%orrido los r&os adopta# di)ere#tes %ami#os0
Este %omportamie#to imprede%i$le e i#esta$le !a%e '"e los r&os si+#i1'"e# "#a ame#a/a al +e#erar !e%!os %omo0 Peli+ro a#te el esta$le%imie#to de po$lados %er%a de los r&os De)oresta%i(# Pérdida de %apa%idad de rete#%i(# de a+"a del s"elo Dismi#"%i(# del t% 6tiempo de %o#%e#tra%i(#7, Arrastre de s(lidos e# s"spe#si(# E#%a"/amie#tos * %orre%%io#es del %"rso '"e provo%a# ma*or velo%idad del 8"2o
9omo sol"%i(# a este pro$lema s"r+e la "tili/a%i(# de de)e#sas 8"viales * prote%%io#es %osteras,
2. Las defensas uviales:
Es m"* %om3# el %omportamie#to de los r&os 2(ve#es %ara%teri/ados por s" +ra# di#amismo e i#esta$ilidad '"e trae %omo %o#se%"e#%ia '"e #o te#+a# "# %a"%e esta$le * de1#ido, Esta %ir%"#sta#%ia di1%"lta * e#%are%e el aprove%!amie#to 8"vial * el de s"s -reas pr(:imas, 5os r&os vie2os o mad"ros %omo por e2emplo el Ri# tie#e# "# sistema de de)e#sas desarrollado d"ra#te m"%!&simas dé%adas lo '"e permite el aprove%!amie#to del r&o para la #ave+a%i(# * para el esta$le%imie#to de ase#tamie#tos !"ma#os e i#d"striales e# s"s -reas pr(:imas, U#a de las )ormas de de)e#der#os de esos %am$ios 8"viales es de%ir de %o#trolarla i#esta$ilidad 8"vial * de ma#e2ar "# r&o es %o#str"ir de)e#sas ri$ere.as las '"e eve#t"alme#te p"ede# %o#stit"ir "# e#%a"/amie#to, E:iste# #"merosos tipos de de)e#sas ri$ere.as '"e %omo se verm-s adela#te var&a# m"%!o se+3# el o$2etivo espe%&1%o '"e te#+a#, E# %ada tramo 8"vial e#%ada re+i(# e# %ada pa&s se "sa "# determi#ado tipo de de)e#sas ri$ere.as %"*a sele%%i(# provie#e de "# a#-lisis e# el '"e !a* '"e %o#siderar aspe%tos té%#i%os * e%o#(mi%os, E# determi#ados pro$lemas del ma#e2o de "# r&o %omo por e2emplo la prote%%i(# de m-r+e#es se re%"rre a la %o#str"%%i(# de o$ras de de)e#sa %omo prote%%io#es %o#tra el pro+reso de la erosi(#,
Fi!r" #. Imposición de límites a la migración de los meandros
I&
DE"ENSAS RI+EREÑAS CON 4A8IONES
!n el #er$ los gaviones son usados como muros de contención) diseñados de tal manera que tienen distintos niveles y combinan funciones de sostenimiento y drenaje. +in embargo, para la construcción de gaviones es necesario uniformizar el terreno donde se ubicarán, sin la necesidad de e%cavaciones. Los gaviones protegen los suelos en contra de la erosión hídrica, que afecta el nivel de nutrientes de un suelo, sus características hidráulicas y el potencial agrícola. Los gaviones tambi(n son usados como protección de obras transversales como espigones y diques, así como en el revestimiento de vertederos, protección de tomas de agua, etc.
4
DE"INICI
M2ROS DE 4A8IONES: 4 4
4 4 4 4
So# paralelep&pedos re%ta#+"lares %o#str"idos a $ase de "# te2ido de alam$re de a%ero el %"al lleva tratamie#tos espe%iales de prote%%i(# %omo la +alva#i/a%i(# * la plasti1%a%i(#, Se %olo%a# a pie de o$ra desarmados * l"e+o es relle#ado de piedra de %a#to rodado o piedra %!a#%ada %o# determi#ado tama.o * peso espe%&1%o este material permite emplear sistemas %o#str"%tivos se#%illos 8e:i$les vers-tiles e%o#(mi%os * '"e p"eda# i#te+rarse al paisa2e %ir%"#da#te, 5os m"ros e# +avio#es represe#ta# "#a sol"%i(# e:tremadame#te v-lida desde el p"#to de vista té%#i%o para %o#str"ir m"ros de %o#te#%i(# e# %"al'"ier am$ie#te %lima * esta%i(#, ;ales estr"%t"ras so# e1%ie#tes #o #e%esita#do ma#o de o$ra espe%iali/ada o medios me%-#i%os parti%"lares a me#"do las piedras para el relle#o se e#%"e#tra# e# las %er%a#&as, ;ie#e# la ve#ta2a de tolerar +ra#des de)orma%io#es si# perder resiste#%ia, Esta disposi%i(# )orma "#a malla de a$ert"ra !e:a+o#al "#ida por triple torsi(# para )ormar "# espa%io relle#a$le de ma#era '"e %"al'"ier rot"ra p"#t"al del alam$re #o deste2a la malla, El e#re2ado !a%e '"e las piedras se desli%e# e#tre la misma * el terre#o impidie#do "#a %a&da $r"s%a o simpleme#te '"e '"ede# s"2etas si# desli/arse,
E$ %" Fi. & se m!es'r"$ %"s c"r"c'er(s'ic"s de %" m"%%" )A*er'!r" He+"o$"% de% A%"m*re,.
a1 Princi/ales caracter@sticas de las estructuras de 4a(i)n: 4 4 4 4 4
>le%ibilidad #ermeabilidad =ersatilidad !conomía !st(tica.
Los uros de "aviones tienen diferentes usos, entre ellos tenemos
Muros de Contenci)n Los muros de "aviones están diseñados para mantener
una diferencia en los niveles de suelo en sus dos lados constituyendo un grupo importante de elementos de soporte y protección cuando se localiza en lechos de ríos.
Conser(aci)n de Suelos La erosión hídrica acelerada es considerada sumamente
perjudicial para los suelos, pues debido a este fenómeno, grandes superficies de suelos f(rtiles se pierden) ya que el material sólido que se desprende en las partes media y alta de la cuenca provoca el azolvamiento de la infraestructura hidráulica, el(ctrica, agrícola y de comunicaciones que e%iste en la parte baja.
Control de R@os !n ríos, el gavión acelera el estado de equilibrio del cauce.
!vita erosiones, transporte de materiales y derrumbamientos de márgenes, además el gavión controla crecientes protegiendo valles y poblaciones contra inundaciones.
Protecci)n de Alcantarillas: #roporcionan una efectiva protección para
alcantarillas de carreteras y ferrocarriles, ya que la rugosidad y fle%ibilidad de la
estructura le permite disipar la fuerza del flujo de agua y proteger la salida de la alcantarilla contra la erosión.
A/oBo B Protecci)n de Puentes !n los estribos de puentes, se pueden utilizar
gaviones tipo caja, tipo saco y tipo colchón combinados o individualmente, logrando gran resistencia a las cargas previstas.
?1 Ti/os de 4a(iones: G"-i$ Ti/o C"0": So# paralelep&pedos re+"lares de dime#sio#es variadas pero %o# alt"ras de <,=m a =,>=m? %o#)ormados por "#a malla met-li%a te2ida a do$le torsi(# para ser relle#ados e# o$ra %o# piedras de d"re/a * peso apropiado %omo se m"estra e# la Fi+, @
G"-i$ 'i/o C"0$
4a(i)n Ti/o Colc)n: +on aquellos cuya altura fluct$a entre 5,7?m @ 5,85m y de áreas
variables. +on construidos en forma aplanada para ser utilizados como revestimiento antierosivo, antisocavante para uso hidráulico y como base@zócalo ejorador de capacidad portante- en la conformación de muros y taludes. 1ebido a que los colchones están generalmente ubicados en contacto con el agua, con sólidos que arrastran los ríos y sedimentos en general, estos deben tener características tales que les permitan resistir las e%igencias físicas y mecánicas como son el impacto, la tracción y la abrasión. =er >ig. 8. Colc)n
4a(i)n ti/o
4a(i)n Ti/o Saco +on generalmente de forma cilíndrica siendo
sus dimensiones variables ya que se conforman para obras de emergencia o de aplicación en lugares de difícil acceso. +e arman generalmente fuera de la obra y se deposita en su lugar mediante el uso de maquinaria de izaje. ' trav(s de los bordes libres se inserta en las mallas un alambre más grueso para reforzar las e%tremidades y permitir el ensamblaje del elemento. =er >ig. A.
4a(i)n ti/o Saco
c1 Diseo de Muro de 4a(iones 4
' continuación se señalan los datos que son necesarios para el análisis de la estabilidad de un muro de gaviones así como los ensayos y procedimientos por medio de los cuales ellos se pueden obtener.
•
Pesos 2nitarios #or ser estructuras de gravedad, su peso es de vital importancia. !l
asumir un peso unitario mayor que el verdadero nos lleva a factores de seguridad irreales) y por el contrario asumir pesos unitarios menores que los reales resulta en un sobredimensionado innecesario. !sta medición se puede realizar en sitio, a escala •
natural. Par0metros de "ricci)n en las Rocas 1ichos parámetros pueden ser tomados de la literatura o en el laboratorio mediante el uso de equipos de corte para muestras de gran tamaño.
•
Par0metros de "ricci)n en la Interface RocaSuelo +e puede determinar utilizando
equipos de corte directo a velocidad controlada y corte tria%ial. 'demás de recabar la información básica sobre la sección y geometría de los muros, se deben investigar las propiedades físicas y mecánicas de los materiales tanto del suelo del relleno como del suelo de fundación haciendo uso de ensayos como granulometría, resistencia al corte tria%ial, y humedad. •
Descri/ci)n de los EnsaBos La construcción de un muro de gaviones en donde la
aplicación de la mecánica de suelo tiene más importancia, son aquellos en los cuales el comportamiento de los suelos está sujeto al efecto de cargas. 1e allí la importancia de investigar las condiciones de rotura del suelo y determinar aquellos parámetros que definen la resistencia a rotura del suelo sometidos a esfuerzos.
Las obras de defensa ribereña estarán sometidas a diferentes efectos en mayor o menor grado seg$n se presenten las condiciones hidráulicas y la naturaleza del terreno de fundación. !stos efectos son 1eformabilidad y resistencia de la fundación. #osibilidad de la socavación de la base. !stabilidad. !fecto abrasivo por transporte de material de fondo. !mpuje de tierras detrás de la estructura.
4 4 4 4 4
#or otra parte, las obras además de ser eficientes, deben ser económicas, para lo cual se considera los siguientes factores @ @ @ @ @
1isponibilidad y costo de materiales de construcción. &osto de construcción &osto de mantenimiento. 1urabilidad de las obras. &ondiciones constructivas.
d1 Materiales Em/leados /ara los Muros de 4a(iones %& La Roca Las piedras a ser usadas para el relleno de los gaviones deberán tener
suficientes resistencias para soportar sin romperse las solicitaciones a que estarán sometidas despu(s de colocadas en la obra, pueden ser piedra de canto rodado =er >ig. B- o piedra chancada con determinado tamaño y peso específico, se recomienda evitar la utilización de fragmentos de lutita, arcillolita o pizarra, al menos que cumplan con los parámetros de resistencia y durabilidad por lo general estas piedras para el relleno se encuentran en las cercanías. !n cuanto al tamaño má%imo de estas piedras, debe estar entre 5,7 y 5,8m. Los fragmentos más pequeños se deben colocar en la parte central del gavión y los fragmentos más grandes deben quedar dispuestos en contacto con la canasta.
"ig& Cantos Rodados
%&% CALIDAD DE LAS ROCAS
La roca debe ser sana, dura, de cantera 1ebe ser resistente al agua y a los refuerzos de corte. +e recomienda las rocas ígneas con densidad relativa 1< C 3. La mejor forma de la roca es angular. La estabilidad del enrocado depende de la forma, tamaño y masa de las piedras, y de una adecuada distribución de tamaños. 1ensidad de diferentes tipos de materiales en 2gDm8.
%&; TAMAÑO DE LAS ROCAS
La estabilidad de una roca es una función de su tamaño e%presada ya sea en t(rminos de su peso o diámetro equivalente. +e han efectuado muchos estudios para determinar el tamaño de las rocas, entre los que tenemos "
D)nde: es el diámetro medio de las rocas, y se muestran a continuación
los valores recomendados de y
8alores de : @ >ondo plano &7 E 5.3B @ 9alud 7=80 &7 E 5.3B @ 9alud 7=30 &7 E 5.83 8alores de : @ 9ramos en curva &3 E 7.45 @ 9ramos rectos &3 E 7.34 @ !n e%tremo de !spigones &3 E 3.55
"
E . FG G E H 1ónde d E diámetro mínimo de las rocas. Ir E densidad de las rocas. I E densidad del agua
;& Mallas: Las mallas para la construcción de las canastas de gaviones pueden ser de
alambre galvanizado, de plástico, o de polietileno de alta densidad, empleándose los
siguientes tipos de mallas alla 0e%agonal de triple torsión. =er >ig. Jalla 0e%agonal de doble torsión. alla de !slabonado simple. alla !lectrosolda. +e recomienda usar la malla de triple torsión, ya que permiten tolerar esfuerzos en varias direcciones sin producirse rotura, tendrán la forma de un he%ágono alargado en el sentido de una de sus diagonales.
!l tipo de malla es de B % 75 cm. '+9 ' J?4 J?-.
"ig& G Malla Tri/le Torsi)n 4al(anizada&
'& Alam?re: Los alambres =er >ig. 75- utilizados para el cocido de los gaviones, los
tirantes inferiores y las uniones entre unidades, deben ser del mismo diámetro y calidad que el alambre de la malla. !l alambre utilizado en las aristas o bordes del gavión debe tener un diámetro mayor, se recomienda que (ste sea un calibre inmediatamente superior al del alambre empleado en la malla.
"ig& %H Alam?res
e1 Conclusiones @
!l muro de gavión, es uno del más apropiado, ya que es una obra construida con
materiales fle%ibles, que cumplen con las e%igencias establecidas, y puede adecuarse a deformaciones que puedan producirse una vez puesta en funcionamiento.
f1 Recomendaciones #ara evitar inundaciones se deben construir defensas cercanas a los cursos de agua, @
sin desviar el cauce natural de un río, ni taponar caños o desagKes. /o construir desarrollos habitacionales que constituyan alto potencial de riesgo para desastres.
Pantallas De Concreto Armado 4
Estr"%t"ra de %o#te#%i(# similar a los +avio#es pero de ma*or pro)"#didad de e:%ava%i(#,
4 4
No tie#e# espa%ios * so# %ompletame#te impermea$les, 9omo so# %o#str"idas in situ p"ede# "sarse pilotes para dar 8e:i$ilidad a la estr"%t"ra * p"#tos adi%io#ales de soporte,
Diues 4
Estr"%t"ras '"e %o#trola# o impide# el paso del a+"a e# "# r&o, E:iste# dos tipos0 arti1%iales * #at"rales,
Ar'i1ci"%es: previe#e# la i#"#da%i(# p"es e#%a2o#a# al r&o *
da# m-s 8"ide/ a s" %a"%e, N"'!r"%es: dep(sitos arrastrados por el r&o * depositados e# s"s m-r+e#es,
Es/igones O Deflectores 4 4 4
9o#str"%%io#es "sadas a modo de rompeolas permite# diri+ir el %a"%e del r&o * a"me#tarlo e# "#a dire%%i(# espe%&1%a, Us"alme#te so# %o#str"idos de !ormi+(# o ro%as de +ra# tama.o, F"#%io#a# de tal ma#era '"e se diri+e el se#tido del a+"a ale2a#do el p"#to de m-:ima pro)"#didad de la orilla 6evita#do des$ordes7,
Muros De Concreto Armado 4
Eleme#tos estr"%t"rales de %o#%reto so# %o#str"idos e# am$as orillas de "# %a"%e de a+"a para diri+irlo * %o#trolar s" 8"2o,
Muros De Mam/oster@a 4
II&
Similares a los m"ros de %o#%reto pero se "sa# piedras o ta$i'"es de madera %o# %ierta separa%i(# da#do a la estr"%t"ra %ierto +rado de permea$ilidad,
DE"ENSAS RI+EREÑAS CON ESPI4ONES
a- 1efinición
Los espigones son elementos que arrancan de la orilla fluvial, a la que pueden estar empotrados o no, y penetran dentro de la corriente. !sto los hace bastante vulnerables a la fuerza del agua. *n espigón o escollera es una estructura no lineal construida con bloques de mármol de dimensiones considerables, o de elementos prefabricados de tierra, llamados catrápodos, cuando la piedra se seca, son colocados dentro del agua, en ríos, arroyos o pró%imos a la costa marítima, con la intención de aumentar el flujo en varias direcciones determinada, aumentar el oleaje o evitar la decantación de arena.
b- #artes de un !spigon *n espigón, en el que se distingue varias partes
Fi!r" 2.# Esquema típico de un espigón
*na parte, a la que se llama de empotramiento o de anclaje, cuya longitud se designa como L!, que está dentro del terreno natural y sirve para evitar, o disminuir la posibilidad, de que se establezca un flujo detrás del espigón. La longitud de anclaje permite que si durante el proceso constructivo, o durante el primer tiempo de funcionamiento de los espigones, ocurre una erosión adicional, el espigón no quede separado del terreno natural constituyente de la margen.
Otra parte '"e est- de#tro del r&o a la '"e se le llama e)e%tiva o de tra$a2o %"*a lo#+it"d se desi+#a %omo 5; %"*a ma+#it"d es m"* importa#te para el é:ito del sistema, 5a lo#+it"d total del espi+(# es simpleme#te la s"ma de 5E * 5;,E# %iertos espi+o#es %o# el paso del tiempo parte de la lo#+it"d '"e era ori+i#alme#te de tra$a2o p"ede %o#vertirse e# lo#+it"d de empotramie#to,
5a “%a$e/a” “p"#ta” o “#ari/” '"e es el e:tremo del espi+(# * '"e est- de#tro del r&o, P"ede ser ro$"sta o te#er al+3# +rado de prote%%i(# por'"e e# s"s alrededores se prod"%e so%ava%i(#, S" eleva%i(# so$re el le%!o 8"vial de$e ser pe'"e.a, 5a %resta se desarrolla lo#+it"di#alme#te desde la orilla !asta la p"#ta del espi+(#, e#eralme#te des%ie#de !a%ia el e2e del r&o, 5a %resta determi#a la alt"ra del espi+(# el '"e p"ede estar s"mer+ido o #o,4 F"#da%i(# e# realidad es "#a tra#si%i(# e#tre el %"erpo del espi+(# 6%o#ve#ie#teme#te pro)"#di/ado e# el )o#do del r&o7 * el le%!o 8"vial,
c- >unciones generales de los espigones 5as )"#%io#es de los espi+o#es depe#de# del o$2etivo '"e se $"s'"e pero e# +e#eral p"ede# ser las si+"ie#tes0 • • • • • • •
Red"%ir la velo%idad de la %orrie#te %er%a de la orilla, Desviar es de%ir ale2ar la %orrie#te de la orilla, Preve#ir la erosi(# de las m-r+e#es Esta$le%er * ma#te#er "# a#%!o 12ado para el r&o Fi2ar las m-r+e#es es de%ir esta$ili/ar el %a"%e 8"vial 9o#trolar la mi+ra%i(# de mea#dros 9rea%i(# del e)e%to de %"rva e# "#a $o%atoma
d- >ormas de espigones Desde el p"#to de vista de s" )orma los espi+o#es p"ede# ser0 •
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Espi+o#es re%tos o a "# %ierto -#+"lo %o# la orilla, 5a %a$e/a o p"#ta del espi+(# es m-s ro$"sta * tie#e al+3# sistema de prote%%i(# %o#tra l so%ava%i(# '"e se desarrolla e# s"s alrededores, Espi+o#es e# )orma de 5 la '"e a%t3a %omo prote%%i(# %o#tra la so%ava%i(#, Espi+o#es e# )orma de ; la '"e +e#eralme#te es a B=C %o# respe%to al espi+(#, De %a$e/a redo#deada De do$le -#+"lo Espi+o#es %"rvados tipo “o%e*”
e7 =!/9''+ M 1!+=!/9''+ 5as ve#ta2as +e#erales '"e o)re%e "# sistema de de)e#sas %o# espi+o#es %o# respe%to a "#a de)e#sa %o#ti#"a so# las si+"ie#tes0 Fa%ilidad de %o#str"%%i(# $a2o %osto )a%ilidad de repara%i(# posi$ilidad de "sar diversidad de materiales posi$ilidad de i#trod"%ir me2oras "so de la e:perie#%ia * la ma#o de o$ra lo%ales %o#str"%%i(# por etapas * #o se re'"iere ma#o de o$ra altame#te espe%iali/ada, •
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U#a desve#ta2a ma#i1esta de los espi+o#es es '"e %o#stit"*e# eleme#tos e:tra.os de#tro de la %orrie#te * por lo ta#to %a"sa# diversas )ormas de erosi(# * sedime#ta%i(# e# el le%!o 8"vial, U#a de las desve#ta2as m-s importa#tes se re1ere a la so%ava%i(# '"e se prod"%e e# los alrededores de la p"#ta de %ada espi+(# %omo %o#se%"e#%ia de los v(rti%es * %orrie#tes se%"#darias, ;odo esto de$e ser te#ido e# %"e#ta e# el dise.o, Si# em$ar+o el sistema tie#e la ve#ta2a de ser 8e:i$le de poderse reparar l"e+o de "#a %re%ida * eve#t"alme#te ir per)e%%io#a#do s" dise.o, Adem-s es m-s e%o#(mi%o, E# al+"#os pro*e%tos "# sistema de prote%%i(# %o# espi+o#es tie#e )re#te a "#a de)e#sa %o#ti#"a la desve#ta2a de dismi#"ir el -rea !idr-"li%a del %a"%e, 5a ve#ta2a de "#a de)e#sa %o#ti#"a es '"e p"ede %o#siderarse "#a estr"%t"ra de1#itiva e# %"a#to al+3# sistema de de)e#sas 8"viales p"eda %o#siderarse de1#itivo,
)7 9N#:+ 1! !+#N":/!+ <, ESPIGONES PER3EABLES: Estos espi+o#es p"ede# ser de alta o de $a2a permea$ilidad, S" )"#%i(# es la de retardar el 8"2o * dismi#"ir la velo%idad %er%a de las m-r+e#es, Se les llama “retardadores”,
e#eralme#te est-# m-s espa%iados '"e los impermea$les, 5os espi+o#es permea$les se 9ara%teri/a# por los si+"ie#tes0 4 El a+"a %ar+ada de sedime#tos 1#os de$e pasar a través de ellos, 4 El espa%io %ompre#dido e#tre "# espi+(# * otro de$e irse relle#a#do %o# el dep(sito de los sedime#tos 1#os e# s"spe#si(#, Posteriorme#te de$e )avore%erse el desarrollo de la ve+eta%i(#, 4 Prote+e# * ro$"ste%e# la orilla 8"vial? e# realidad %o#tri$"*e# a la )orma%i(# de "#a “orilla virt"al” %omo %o#se%"e#%ia de lo se.alado e# los dos p"#tos a#teriores, 4 Se p"ede# ir modi1%a#do * adapta#do a las %ir%"#sta#%ias '"e se prese#te#, 4 5os re'"erimie#tos de %o#str"%%i(# so# simples, Se "sa los materiales e:iste#tes e# el -rea * de$e $"s%arse siempre aprove%!ar la e:perie#%ia lo%al, @, ESPIGONES I3PER3EABLES: 5os espi+o#es impermea$les se p"ede# %o#siderar de8e%tores, Se "sa# pre)ere#teme#te %"a#do se trata de "# r&o #ave+a$le e# el '"e se trata de ma#te#er "#a se%%i(# !idr-"li%a %e#tral %o# "# determi#ado %alado, Se %ara%teri/a# por lo si+"ie#te0 4 4 4 4 4
S" )"#%i(# ese#%ial es ale2ar la %orrie#te de la orilla, So# )"#dame#talme#te de8e%tores Se $"s%a "# estre%!amie#to del %a"%e * "# a"me#to del %alado 6pro)"#di/a%i(#7 lo '"e impli%a "# a"me#to de la velo%idad de la %orrie#te, 5os pro%edimie#tos %o#str"%tivos so# m-s %omple2os, Se trata por lo +e#eral de “estr"%t"ras de1#itivas”,
2. ELECCION DE TIPOESPIGON: De#tro de los )a%tores '"e determi#a# la ele%%i(# del tipo de espi+(# est-# los si+"ie#tes0 4 4 4 4 4 4 4 4 4
El o$2etivo '"e tie#e#, 5a )"#%i(# '"e de$e# desempe.ar, 5as %ara%ter&sti%as +e#erales del r&o, 5as %ara%ter&sti%as !idr-"li%as * sedime#tol(+i%as del tramo 8"vial %omprometido, 5a dispo#i$ilidad de materiales de %o#str"%%i(#, 5os %ostos i#vol"%rados, 5as restri%%io#es '"e p"diera !a$er e# el ma#te#imie#to, 5a e:perie#%ia lo%al, El tiempo dispo#i$le,
4. 3ATERIALES NECESARIOS: 4 4 4 4 4 4
Ro%a, adera o $am$3, avio#es, 9o#%reto, Eleme#tos pre)a$ri%ados, ;etr-podos,
4 4 4 4 4
e:-podos, eot"$os relle#os de material, A%ero 6pilotes7, Sa%os de %o#%reto, Sa%os de mortero 6$olsa%reto7 "%!os otros m-s,
5. 3ANTENI3IENTO: 4 Los espigones requieren un mantenimiento continuo. 4 !specialmente despu(s de cada avenida grande y esto s e va mejorando el diseño) la reparación y el mantenimiento se hace en la (poca de estiaje) cuando e%istan menor empotramiento de los espigones entonces estos requerirán mayores reparaciones y por ende más costo en este ámbito. +7 1N+!O: M &:/9<*&&N:/ 1!L +N+9!' 1! 1!>!/+'
Concepción del sistema 1ebemos de tener mucho cuidado al e%plorar los resultados y tener en cuenta muchos aspectos desde hidráulica fluvial y transporte de sedimentos hasta materiales de construcción-. 1ebe de determinarse la longitud de márgenes a protegerse y esta o debe de alterar demasiado el comportamiento fluvial de dicho medio) tambi(n se debe de conservar las curvas que e%isten en este cauce del rio, con estas concepciones anteriormente descritas uno debe de respetar las leyes de la hidráulica fluvial blench-. Luego de determinado el ancho nuevo del rio seleccionar cuidadosamente el tipo de espigón.
B: "$c6o de% rio: 2.5 B ≤ R ≤ 8 b R: r"dio de c!r-"'!r" a. Consideraciones: 5o#+it"d del tramo 8"vial '"e re'"iere prote%%i(#, Sele%%i(# del tipo de espi+(#,
9ara%ter&sti%as de los espi+o#es0 ateriales Orie#ta%i(# 6-#+"lo7 So%ava%i(# 5o#+it"d Separa%i(#
b. Localización en planta: Si los espi+o#es res"lta# m"* pr(:imos ser&a pre)eri$le "#a de)e#sa %o#ti#"a !a* '"e determi#ar %"idadosame#te la l&#ea virt"al,
c. e!nición del "ngulo de un espigón Es el -#+"lo al)a )ormado !a%ia a+"as a$a2o por el e2e del espi+a# * la ta#+e#te a la mar+e# e# el p"#to de arra#'"e del espi+(#, d. #ocavación El espi+(# es "# %"erpo e:tra.o de#tro de la %orrie#te la %a$e/a 6#ari/7 del espi+(# %a"sa "#a pert"r$a%i(# lo%al remoli#os * erosi(#, 5a so%ava%i(# depe#de del -#+"lo de la orie#ta%i(# del espi+(#,
Erosi)n local:
∝
> 90
9o#tra la %orrie#te i#%li#ado !a%ia a+"as arri$a,
E# se#tido de la %orrie#te i#%li#ado !a%ia a+"as a$a2o la erosi(# prod"%ida por esta es m-s %er%a de la orilla,
e. Longitud de los espigones 5a lo#+it"d depe#de de varios )a%tores %omo p"ede ser0 la )"#%i(# del espi+o# s" tipo a#%!o del rio et%, Si0 L > 0.2 B
?
E#to#%es #o a"me#ta la
prote%%i(#, 0.03 B < L< 0.3 B
?
E#to#%es )"#%io#a satis)a%toriame#te,
5a lo#+it"d depe#de de la dista#%ia e#tre la orilla e:iste#te * la orilla “virt"al” o de dise.o,
Consideraciones: No se de$e de %o#str"ir espi+o#es m"* lar+os es pre)eri$le %o#str"irlos +rad"alme#te * es re%ome#da$le '"e %"mpla %o# las si+"ie#tes %ara%ter&sti%as0
y < Lt <
L E <
B 4
Lt 4
f. #eparación entre espigones A#+"lo de la %orrie#te 5o#+it"d del espi+(# de a+"as arri$a ;ramo 8"vial 6re%to o %"rvo7 A#+"lo de e:pa#si(#
g. Construcción por etapas A ve%es es pre)eri$le a!orrar e# el empotramie#to * e)e%t"ar las repara%io#es '"e sea# #e%esarias desp"és de las primeras %re%idas, 5a separa%i(# se !a%e d"ra#te el estia2e0 el espi+(# se "#e a la orilla erosio#ada,
E'"/"s: &. Primer" e'"/":
#. Se!$d" e'"/":
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