DISEÑO DE ENROCADOS 1.0 ANTECEDENTES Para la confección del presente informe se utilizó la siguiente documentación: documentación: Ref.1: “Diseño de Obras Hidráulicas”, H. Mery. Universidad de Chile. Ref.2: Manual de Carreteras Volumen 3, Junio de 2002.
2.0 BASES Y PARÁMETROS DE DISEÑO 2.1
Protección de Fondo
El tamaño del enrocado de fondo se determinará mediante las siguientes formulaciones: Fórmula de Isbash V max = 0,86 ⋅ 2 ⋅ g ⋅ (S − 1) ⋅ d s ⋅ cos(θ )
Donde: V max : g: S: d s : θ :
Velocidad máxima aceptable sobre el enrocado, [m/s] Aceleración de gravedad, [m/s2 ] Densidad relativa respecto al agua del enrocado Tamaño nominal del enrocado, [m] Ángulo del fondo del cauce respecto a la horizontal
Fórmula de Neill 1 / 6
V max
⎛ h ⎞ = ⎜⎜ ⎟⎟ ⎝ d s ⎠
2 ⋅ g ⋅ (S
− 1) ⋅ d s
Donde: V max : g: S: d s : h:
Velocidad máxima aceptable sobre el enrocado, [m/s] Aceleración de gravedad, [m/s2 ] Densidad relativa respecto al agua del enrocado Tamaño nominal del enrocado Profundidad de escurrimiento del cauce, [m].
1
2.2
Protección Lateral
El tamaño del enrocado se determinará de según las siguientes expresiones: Fórmula Leopardo y Estelle 1 / 6
⎛ h ⎞ ⎟⎟ ⎝ d s ⎠
V max = 1,3 ⋅ g ⋅ (S − 1) ⋅ d s ⎜⎜
1 / 4
⎛ ⎛ senθ ⎞ 2 ⎞ ⎜1 − ⎜ ⎟ ⎟ ⎜ ⎜⎝ senφ ⎠⎟ ⎟ ⎝ ⎠
Donde: V max : g: S: d s : θ : h: φ :
Velocidad máxima aceptable sobre el enrocado, [m/s] Aceleración de gravedad, [m/s2 ] Densidad relativa respecto al agua del enrocado Tamaño nominal del enrocado, [m] Ángulo del talud de colocación con respecto a la horizontal Profundidad de escurrimiento del cauce, [m]. Ángulo de reposo del material
Fórmula California Division of Highways V max = 1,92 ⋅ g ⋅ (S − 1) ⋅ d s (sen(φ − θ ))
1 / 2
Donde: V max : g: S: d s : θ : φ :
Velocidad máxima aceptable sobre el enrocado, [m/s] Aceleración de gravedad, [m/s2 ] Densidad relativa respecto al agua del enrocado Tamaño nominal del enrocado, [m] Ángulo del talud de colocación con respecto a la horizontal Ángulo de reposo del material
2
Fórmula Stevens y Simons
((tgφ ⋅ tgθ )
− FS 2 )⋅ cosθ ⎛ h ⎞ ⎜⎜ ⎟⎟ FS ⋅ (tgφ / tgθ ) ⎝ d s ⎠
1 / 6
2
V max = 1,58 ⋅ g ⋅ (S − 1) ⋅ d s
Donde: V max : g: S: d s : θ : φ : FS:
2.3
Velocidad máxima aceptable sobre el enrocado, [m/s] Aceleración de gravedad, [m/s2 ] Densidad relativa respecto al agua del enrocado Tamaño nominal del enrocado, [m] Ángulo del talud de colocación con respecto a la horizontal Ángulo de reposo del material Factor de seguridad
Protección Pilas del Puente
Para el cálculo del tamaño del enrocado se utilizará la expresión de Isbash para pilas del puente: 0,692 ⋅ (K ⋅ V max )
2
d s =
2 ⋅ g ⋅ (S
− 1)
Donde: V max : g: S: d s : K:
2.4
Velocidad máxima aceptable sobre el enrocado, [m/s] Aceleración de gravedad, [m/s2 ] Densidad relativa respecto al agua del enrocado Tamaño medio del enrocado, [m] Factor de forma (1,5 para canto redondo y 1,7 para canto rectangular)
Espesor de capas de protección
El espesor de la capa de enrocados queda dado por la siguiente expresión e = 0,1322 ⋅ W
1 / 3
Donde: e: W:
Espesor de la capa de enrocado, [m] Peso nominal de la roca, [kg]
3
2.5
Cotas de Protección
Se considerará como cota de coronamiento la cota del eje hidráulico más una revancha mínima de 0,5 [m]. Mientras que la cota de fundación será función de la socavación según corresponda.
2.6
Características de Dimensionamiento
El revestimiento ya sea de enrocado o protección similar que se coloca en la superficie, debe estar separado de la fibra del geotextil por una capa de al menos 10 [cm] de espesor compuesta por material tipo gravilla o similar. Para el diseño de las obras de protección de enrocados se especificará las siguientes características mínimas: • Peso mínimo de la roca. • Profundidad de fundación. • Altura de coronamiento de protección. • Espesor de la capa de protección de enrocado. • Ángulo de inclinación de la capa de protección.
2.7
Parámetros de Diseño
Para el cálculo de las protecciones se considerarán los siguientes valores de diseño: • Densidad de rocas • Ángulo de reposo del enrocado • Periodo de retorno T
: 2.650 [kg/m3] : 70º : 1000 años
3.0 CÁLCULO DE DEFENSAS FLUVIALES 3.1
Velocidades
De acuerdo a los resultados, las velocidades medias asociadas a un periodo de retorno de 1000 años en las áreas de interés son las señaladas en la Tabla 3-1 Tabla 3-1: Velocidades medias para el diseño de defensas fluviales (1 en 1000 años) Ubicación
Velocidad [m/s]
Nivel de Agua [msnm]
Relleno aguas arriba del puente
1,8
3.993,10
Puente correa transportadora
2,1
3.991,98
4
Ladera oriente Truck Shop, aguas arriba del by pass
1,351
3.991,28
Ladera oriente Truck Shop, aguas abajo del by pass
1,45
3.988,78
3.2
Cálculo de Enrocados
Para el cálculo del enrocado se han utilizado los siguientes criterios de selección: • •
El enrocado mínimo a colocar será de DN=0,1 [m] La velocidad máxima a soportar por el enrocado, debe ser un 20% mayor a la velocidad media de escurrimiento del cauce.
Los resultados obtenidos se señalan en la Tabla 3-2
Ante la incertidumbre de la cota del badén se considera como condición mas desfavorable, la condición natural de escurrimiento, sin by pass, para una crecida de 1 en 1000 años 1
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Tabla 3-2: Cálculo del enrocado para protección de las obras. Parámtros Generales Parámetro Valor g 9.81 S 2.65
Unidad [m/s2]
Cálculo Enrocado de fondo UBICACIÓN
Observación (Aceleración de gravedad) (Peso específico relativo del material)
V [m/s]
h [m]
[rad]
ds [m]
ISBASH Vmax [m/s]
FS
ds [m]
NEILL Vmax [m/s]
Relleno Aguas Arriba del Puente
1.8
1.09
0.0086
0.20
2.19
1.22
0.10
Puente Correa Transportadora
2.1
1.26
0.0086
0.27
2.54
1.21
0.10
Ladera T. Shop, aguas abajo by pass
1.35
3.35
0.0153
0.11
1.62
1.20
Ladera T. Shop, aguas arriba by pass
1.45
2.4
0.0153
0.13
1.76
1.22
V [m/s]
h [m]
[rad]
[º]
Relleno Aguas Arriba del Puente
1.8
1.09
0.588
70.0
0.10
2.21
1.23
0.10
1.88
1.04
0.21
2.18
1.21
Puente Correa Transportadora
2.1
1.26
0.588
70.0
0.10
2.27
1.08
0.12
2.06
0.98
0.33
2.59
1.23
Ladera T. Shop, aguas abajo by pass
1.35
3.35
0.588
70.0
0.10
2.67
1.98
0.10
1.88
1.39
0.10
2.05
Ladera T. Shop, aguas arriba by pass
1.45
2.40
0.588
70.0
0.10
2.52
1.74
0.10
1.88
1.30
0.10
1.94
V [m/s]
h [m]
[rad]
K
ds [m]
FS
ds [m] Adoptado
W [kg]
e [m]
2.1
1.26
0.0086
1.70
0.40
1.21
0.40
144.16
0.69
Cálculo Enrocado Lateral UBICACIÓN
Cálculo Enrocado Pilas del Puente UBICACIÓN Puente Correa Transportadora
FS
ds [m] Adoptado
W [kg]
e [m]
2.68
1.49
0.25
35.20
0.43
2.74
1.31
0.35
96.58
0.61
0.10
3.23
2.39
0.25
35.20
0.43
0.10
3.06
2.11
0.25
35.20
0.43
LEOPARDO Y ESTELLE ds [m] Vmax [m/s] FS
ISBASH Vmax [m/s] 2.54
C. DIVISIÓN OF HIGHWAYS ds [m] Vmax [m/s] FS
STEVENS Y SIMONS ds [m] Vmax [m/s] FS
ds [m] Adoptado
W [kg]
e [m]
0.25
35.20
0.43
0.35
96.58
0.61
1.52
0.25
35.20
0.43
1.34
0.25
35.20
0.43
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3.3
Distribución Granulométrica del Enrocado
De acuerdo a lo señalado en el volumen 3 del Manual de Carreteras, para el tamaño seleccionado se tiene que la totalidad del enrocado utilizar sería Clase 1 (DN<400mm, Peso<100kg y V<3m/s) con la siguiente distribución granulométrica: Tabla 3-3: Distribución granulométrica del enrocado
3.3
Distribución Granulométrica del Enrocado
De acuerdo a lo señalado en el volumen 3 del Manual de Carreteras, para el tamaño seleccionado se tiene que la totalidad del enrocado utilizar sería Clase 1 (DN<400mm, Peso<100kg y V<3m/s) con la siguiente distribución granulométrica: Tabla 3-3: Distribución granulométrica del enrocado
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