Defensas-ribereñas Final.docx

UNIVERSIDAD PRIVADA ANTENOR ORREGO FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL

DEFENSAS RIBEREÑAS IRRIGACIÓN Y DRENAJE

 ALUMNOS:     

UNIVERSIDAD PRIVADA ANTENOR ORREGO

Amorín Uscata, María Jose Chomba Quispe, Kriss Norka Mendoza Ortiz, Brayan Miranda Muguerza, Edgar Paul Ojeda Cruz, Hellin

 DOCENTE:

Ing. Hurtado Zamora, Oswaldo

 CICLO:

VIII

TRUJILLO – PERÚ

2018-II

DEFENSAS RIBEREÑAS IRRIGACIÓN Y DRENAJE

ÍNDICE

INTRODUCCIÓN .......................................................................................................... 1

DEFENSAS RIBEREÑAS ............................................................................................. 2

BENEFICIOS DE LAS DEFENSAS RIBEREÑAS .................................................... 3

USOS DE LAS DEFENSAS RIBEREÑAS .................................................................. 3

MEDIDAS DE PREVENCION Y CONTROL DE EROSION EN LOS CAUCES DE LOS RIOS Y RIBERAS ................................................................................................. 3 a.

Medidas Agronómicas .......................................................................................................... 3 a. Defensas vivas naturales ............................................................................................ 4 b.

c.

Defensas vivas forestadas .......................................................................................... 4

Medidas Estructurales .......................................................................................................... 5 A. Flexibles ..................................................................................................................... 5 B.

Rígidos ..................................................................................................................... 14

LIMPIEZA DE CAUSE ............................................................................................... 26

METODOS DE DIMENSIONAMIENTO DE UNA DEFENSA RIBEREÑA ....... 27 Sección Estable o Amplitud de cauce................................................................................. 27 Tirante Hidraulico de la Avenida de Diseño y Velocidad .................................................. 28 Determinación del Regimen de Flujo del Rio .................................................................... 29 Calculo de la Profundidad Máxima de Socavación en Tramo Recto ................................. 29 Calculo de la Profundidad Maxima de Socavacion en Curvas ........................................... 31 Determinación de Profundidad de cimentación de la Uña ................................................. 31 Calculo del Bordo Libre ..................................................................................................... 32 Determinación de la Altura del Dique ................................................................................ 32

BIBLIOGRAFÍA........................................................................................................... 33

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INTRODUCCIÓN Hoy en día la protección contra las inundaciones incluye, tanto los medios no estructurales, como los estructurales, que dan protección o reducen los riesgos de inundación 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 humanos se han ubicado en las cercanías de los ríos, por lo que se hace necesario la construcción de defensas, las cuales son estructuras creadas para prevenir inundaciones, causadas por los desbordamientos de caudales en épocas de lluvia, y así poder proteger tanto a los habitantes como a las infraestructuras que se encuentran en el riesgo hídrico. Debido a la problemática que presentan las inundaciones, se deben colocar protecciones en las márgenes de los ríos. Para poder diseñar estas protecciones, primero se deben realizar ciertos estudios preliminares como son: análisis hidrológico, morfológico, topográfico y estudio de la situación actual, para que estas puedan cumplir con eficiencia su objetivo y a su vez su vida útil, y poder así estimar su altura y la distancia a la que se deben colocar. Es importante determinar qué tipo de defensa se va a utilizar, de acuerdo a las condiciones hidráulicas y a la naturaleza del terreno, disponibilidad de los materiales y el tipo de uso que se da a las áreas aledañas, ya que en áreas rurales se usan diques de tierra, mientras que en las áreas urbanas se utilizan diques de hormigón.

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DEFENSAS RIBEREÑAS Son estructuras construidas para proteger las áreas aledañas a los ríos, contra los procesos de erosión de sus márgenes producto de la excesiva velocidad del agua, que tiende arrastrar el material ribereño y la socavación que ejerce el río, debido al régimen de precipitaciones abundantes sobro todo en época de invierno, ya que son causantes de la desestabilización del talud inferior y de la plataforma de la carretera. Estas obras se colocan en puntos localizados, especialmente para proteger algunas poblaciones y, singularmente, las vías de comunicación, estas pueden ser efectivas para el área particular que se va a defender, pero cambian el régimen natural del flujo y tienen efectos sobre áreas aledañas, los cuales deben ser analizados antes de construir las obras. Las obras de defensa ribereña estarán sometidas a diferentes efectos en mayor o menor grado según se presenten las condiciones hidráulicas y la naturaleza del terreno de fundación. Estos efectos son: • Deformabilidad y resistencia de la fundación. • Posibilidad de la socavación de la base. • Estabilidad. • Efecto abrasivo por transporte de material de fondo. • Empuje de tierras detrás de la estructura.

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BENEFICIOS DE LAS DEFENSAS RIBEREÑAS 

Protegen cuencas, riberas y terrenos agrícolas de inundaciones y de procesos de erosión. También protegen la infraestructura de riego y centros poblados cerca de ríos.



Aseguran la seguridad de puentes que atraviesan ríos.



La construcción de los sistemas genera empleos temporales.



Son estructuras relativamente simples: su construcción y mantenimiento no son procesos complejos y los materiales usados son fáciles de conseguir.



Ofrecen gran durabilidad y resistencia al deterioro por causas ambientales.



Algunos sistemas de controladores, como los espigones, fomentan la sedimentación y pueden formar cauces de aguas bajas.

USOS DE LAS DEFENSAS RIBEREÑAS 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. Sin embargo, en general todos cumplen las mismas funciones: •

Reducir la velocidad de la corriente cerca de la orilla.

•

Desviar la corriente de la orilla cuando ocurren desbordes.

•

Prevenir la erosión de las márgenes del río.

•

Establecer y mantener un ancho fijo para el río.

•

Estabilizar el cauce fluvial.

•

Controlar la migración de meandros.

MEDIDAS DE PREVENCION Y CONTROL DE EROSION EN LOS CAUCES DE LOS RIOS Y RIBERAS Conjunto de medidas tendientes a solucionar problemas, generados por la energía erosiva del agua. Entre ellas se tiene: medidas agronómicas y medidas estructurales. a. Medidas Agronómicas

Entre las medidas agronómicas se tienen a las defensas vivas:

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a. Defensas vivas naturales Son las mejores defensas contra la inundación y la erosión del río. Constituidos por variedades de árboles y arbustos dispuestos en ambas márgenes del lecho del rio, manteniendo un ancho entre 30-40m.

b. Defensas vivas forestadas

Están basadas en la plantación de arbustos y árboles de raíces profundas que se realiza una vez determinada la sección estable del rio. Su densidad debe estar en función de las características de las especies. Esta plantación se efectúa en sectores críticos, o como complemento a las estructuras o defensa artificial. El ancho de la plantación tiene cada margen varía de acuerdo a las características del rio, generalmente de 10 a 30 m. Las especies más empleadas: sauces, huracán, hurango, chilca, callacas, pájaro bobo, caña, castilla, carrizo, caña brava, etc.

Fig. 2 Defensa Forestal

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c. Medidas Estructurales Consisten en estructuras diseñadas sobre la base de los principios de la ingeniería. En el aspecto de diseño se toma en cuenta la hidrología e hidráulica fluvial. Hidrología, se considera los registros hidrológicos como descargas de los ríos, y la frecuencia con las que estas se producen. Se recomienda 50 años de registro, anterior al año de ejecución, para determinar el periodo de retorno y la descarga máxima de diseño. Hidráulica, se debe recabar datos en lo concerniente a pendiente, sección estable, tirante, sedimentación, socavación, etc. Elementos básicos para realizar el diseño estructural. Controladores desarrollados utilizando herramientas y procesos técnicos, y bajo la supervisión de especialistas. Pueden utilizar materiales locales pero siempre cumplen ciertos estándares de técnicos. Se subdividen a su vez en dos tipos: 

Flexibles (para suelos con deformaciones)



Rígidos (para terrenos uniformes)

A. Flexibles a. Gaviones En el Perú los gaviones son usados como muros de contención; diseñados de tal manera que tienen distintos niveles y combinan funciones de sostenimiento y drenaje. Sin embargo, para la construcción de gaviones es necesario uniformizar el terreno donde se ubicarán, sin la necesidad de excavaciones. 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 también son usados como protección de obras transversales como

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espigones y diques, así como en el revestimiento de vertederos, protección de tomas de agua, etc.

Fig. 3 Gavión Estructuras construidas con alambre de acero galvanizado o recubiertos de PVC, a forma de malla, y rellenados de rocas redondeadas (cantos rodados). Los muros de los gaviones protegen las zonas aledañas y son capaces de tolerar grandes deformaciones sin perder resistencia.

Fig. 3 Construcción de gaviones en el río Chillón Muros de Gaviones Son paralelepípedos rectangulares construidos a base de un tejido de alambre de acero, el cual lleva tratamientos especiales de protección como la galvanización y la plastificación. Se colocan a pie de obra desarmados y luego es rellenado de piedra de canto rodado o piedra chancada con determinado tamaño y peso específico, este material permite emplear sistemas

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constructivos sencillos, flexibles, versátiles, económicos y que puedan integrarse al paisaje circundante. Los muros en gaviones representan una solución extremadamente válida desde el punto de vista técnico para construir muros de contención en cualquier ambiente, clima y estación. Tales estructuras son eficientes, no necesitando mano de obra especializada o medios mecánicos particulares, a menudo las piedras para el relleno se encuentran en las cercanías. Tienen la ventaja de tolerar grandes deformaciones sin perder resistencia. Esta disposición forma una malla de abertura hexagonal unida por triple torsión para formar un espacio rellenable de manera que cualquier rotura puntual del alambre no desteja la malla. El enrejado hace que las piedras se deslicen entre la misma y el terreno, impidiendo una caída brusca, o simplemente que queden sujetas sin deslizarse.

En la Fig.4 se muestran las características de la malla (Abertura Hexagonal del Alambre). Principales características de las estructuras de Gavión: 

Flexibilidad



Permeabilidad



Versatilidad



Economía



Estética

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Los Muros de Gaviones tienen diferentes usos, entre ellos tenemos: Muros de Contención: Los muros de Gaviones 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. Conservación de Suelos: La erosión hídrica acelerada es considerada sumamente perjudicial para los suelos, pues debido a este fenómeno, grandes superficies de suelos fértiles 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, eléctrica, agrícola y de comunicaciones que existe en la parte baja. Control de Ríos: En ríos, el gavión acelera el estado de equilibrio del cauce. Evita erosiones, transporte de materiales y derrumbamientos de márgenes, además el gavión controla crecientes protegiendo valles y poblaciones contra inundaciones. Protección de Alcantarillas: Proporcionan una efectiva protección para alcantarillas de carreteras y ferrocarriles, ya que la rugosidad y flexibilidad de la estructura le permite disipar la fuerza del flujo de agua y proteger la salida de la alcantarilla contra la erosión. Apoyo y Protección de Puentes: En 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.

Tipos de Gaviones Gavión Tipo Caja: Son paralelepípedos regulares de dimensiones variadas pero con alturas de 1.0m a 0.50m; conformados por una malla metálica tejida a doble torsión para ser rellenados en obra con piedras de dureza y peso apropiado, como se muestra en la Fig. 5

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Gavión Tipo Colchón: Son aquellos cuya altura fluctúa entre 0,17m - 0,30m y de áreas variables. Son construidos en forma aplanada para ser utilizados como revestimiento antierosivo, antisocavante para uso hidráulico y como base-zócalo (Mejorador de capacidad portante) en la conformación de muros y taludes. Debido 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 exigencias físicas y mecánicas como son el impacto, la tracción y la abrasión. Ver Fig. 6

Gavión Tipo Saco: Son generalmente de forma cilíndrica siendo sus dimensiones variables ya que se conforman para obras de emergencia o de aplicación en lugares de difícil acceso. Se arman generalmente fuera de la obra y se deposita en su lugar mediante el uso de maquinaria de izaje. A través de los bordes libres se inserta en las mallas un alambre más grueso para reforzar las extremidades y permitir el ensamblaje del elemento. Ver Fig. 7.

Diseño de Muro de Gaviones A 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 Unitarios: Por ser estructuras de gravedad, su peso es de vital importancia. El 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. Esta medición se puede realizar en sitio, a escala natural.

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Parámetros de Fricción en las Rocas: Dichos parámetros pueden ser tomados de la literatura o en el laboratorio mediante el uso de equipos de corte para muestras de gran tamaño. Parámetros de Fricción en la Interface Roca-Suelo: Se puede determinar utilizando equipos de corte directo a velocidad controlada y corte triaxial. Además 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 triaxial, y humedad. Descripción de los Ensayos: 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. De 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 según se presenten las condiciones hidráulicas y la naturaleza del terreno de fundación. Estos efectos son: 

Deformabilidad y resistencia de la fundación.



Posibilidad de la socavación de la base.



Estabilidad.



Efecto abrasivo por transporte de material de fondo.



Empuje de tierras detrás de la estructura.

Por otra parte, las obras además de ser eficientes, deben ser económicas, para lo cual se considera los siguientes factores: 

Disponibilidad y costo de materiales de construcción.



Costo de construcción



Costo de mantenimiento.

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DEFENSAS RIBEREÑAS IRRIGACIÓN Y DRENAJE 

Durabilidad de las obras.



Condiciones constructivas.

Materiales Empleados para los Muros de Gaviones 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 después de colocadas en la obra, pueden ser piedra de canto rodado (Ver Fig. 8) 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. En cuanto al tamaño máximo de estas piedras, debe estar entre 0,1 y 0,3m. 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.

Fig. 8 Cantos Rodados Calidad de Rocas La roca debe ser sana, dura, de cantera. Debe ser resistente al agua y a los refuerzos de corte. Se recomienda las rocas ígneas con densidad relativa DR > 2. La mejor forma de la roca es angular y la estabilidad del enrocado depende de la forma, tamaño y masa de las piedras, y de una adecuada distribución de tamaños con densidad de diferentes tipos de materiales en kg/m3.

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Tamaño de las Rocas La estabilidad de una roca es una función de su tamaño expresada ya sea en términos de su peso o diámetro equivalente. Se han efectuado muchos estudios para determinar el tamaño de las rocas, entre los que tenemos: Fórmula de Maynord:

Dónde: 𝒅𝟓𝟎 es el diámetro medio de las rocas, y los valores recomendados de 𝑪𝟏 y 𝑪𝟐 se muestran a continuación: Valores de 𝑪𝟏: Fondo plano C1 = 0.28 Talud 1V:3H C1 = 0.28 Talud 1V:2H C1 = 0.32 Valores de 𝑪𝟐: Tramos en curva C2 = 1.50 Tramos rectos

C2 = 1.25

En extremo de Espigones C2 = 2.00 Fórmula de Isbash 𝑽 = 𝟏. 𝟕 √Δ𝒈𝒅 Δ = 𝝆𝒓 − 𝝆 Dónde: d = diámetro mínimo de las rocas.

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ρr = densidad de las rocas. ρ = 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: Malla Hexagonal de triple torsión. (Ver Fig. 9) Malla Hexagonal de doble torsión. Malla de Eslabonado simple. Malla Electrosolda. Se recomienda usar la malla de triple torsión, ya que permiten tolerar esfuerzos en varias direcciones sin producirse rotura, tendrán la forma de un hexágono alargado en el sentido de una de sus diagonales. El tipo de malla es de 8 x 10 cm. (ASTM A 975 97).

Fig. 9 Malla Triple Torsión Galvanizada. Alambre: Los alambres (Ver Fig. 10) 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. El alambre utilizado en las aristas o bordes del gavión debe tener un diámetro mayor, se recomienda que éste sea un calibre inmediatamente superior al del alambre empleado en la malla.

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Fig. 10 Alambres Conclusiones El muro de gavión, es uno del más apropiado, ya que es una obra construida con materiales flexibles, que cumplen con las exigencias establecidas, y puede adecuarse a deformaciones que puedan producirse una vez puesta en funcionamiento. Recomendaciones Para evitar inundaciones se deben construir defensas cercanas a los cursos de agua, sin desviar el cauce natural de un río, ni taponar caños o desagües. No construir desarrollos habitacionales que constituyan alto potencial de riesgo para desastres.

B. Rígidos a. Espigones Los espigones son elementos que arrancan de la orilla fluvial, a la que pueden estar empotrados o no, y penetran dentro de la corriente. Esto los hace bastante vulnerables a la fuerza del agua. Un 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 próximos a la costa marítima, con la intención de aumentar el flujo en varias direcciones determinada, aumentar el oleaje o evitar la decantación de arena.

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Figura 11. Defensa Ribereña - Espigón

Partes de un Espigón Un espigón, en el que se distingue varias partes:

Figura 12. Esquema típico de un espigón 

Una parte, a la que se llama de empotramiento o de anclaje, cuya longitud se designa como LE, 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,

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ocurre una erosión adicional, el espigón no quede separado del terreno natural constituyente de la margen. 

Otra parte, que está dentro del río, a la que se le llama efectiva o de trabajo cuya longitud se designa como LT, cuya magnitud es muy importante para el éxito del sistema. La longitud total del espigón es simplemente la suma de LE y LT.En ciertos espigones con el paso del tiempo, parte de la longitud que era originalmente de trabajo puede convertirse en longitud de empotramiento.



La “cabeza”, “punta” o “nariz”, que es el extremo del espigón y que está dentro del río. Puede ser robusta, o tener algún grado de protección, porque en sus alrededores se produce socavación. Su elevación sobre el lecho fluvial debe ser pequeña. La cresta se desarrolla longitudinalmente, desde la orilla hasta la punta del espigón. Generalmente desciende hacia el eje del río. La cresta determina la altura del espigón, el que puede estar sumergido o no.Fundación, en realidad es una transición entre el cuerpo del espigón (convenientemente profundizado en el fondo del río) y el lecho fluvial.

Funciones generales de los espigones: Las funciones de los espigones dependen del objetivo que se busque, pero en general pueden ser las siguientes: 

Reducir la velocidad de la corriente cerca de la orilla.



Desviar, es decir, alejar, la corriente de la orilla.



Prevenir la erosión de las márgenes



Establecer y mantener un ancho fijado para el río



Fijar las márgenes, es decir, estabilizar el cauce fluvial



Controlar la migración de meandros



Creación del efecto de curva en una bocatoma

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Formas de espigones: Desde el punto de vista de su forma los espigones pueden ser: 

Espigones rectos, o a un cierto ángulo con la orilla. La cabeza o punta del espigón es más robusta y tiene algún sistema de protección contra l socavación que se desarrolla en sus alrededores.



Espigones en forma de L, la que actúa como protección contra la socavación.



Espigones en forma de T, la que generalmente es a 90° con respecto al espigón.



De cabeza redondeada



De doble ángulo



Espigones curvados, tipo “Hockey”

Figura 13. Espigón curvado tipo Hockey

Ventajas y Desventajas: Las ventajas generales que ofrece un sistema de defensas con espigones con respecto a una defensa continua son las siguientes: 

Facilidad de construcción, bajo costo, facilidad de reparación, posibilidad de usar diversidad de materiales, posibilidad de introducir mejoras, uso de la experiencia y la mano

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de obra locales, construcción por etapas y no se requiere mano de obra altamente especializada. 

Una desventaja manifiesta de los espigones es que constituyen elementos extraños dentro de la corriente y, por lo tanto, causan diversas formas de erosión y sedimentación en el lecho fluvial. Una de las desventajas más importantes se refiere a la socavación que se produce en los alrededores de la punta de cada espigón como consecuencia de los vórtices y corrientes secundarias.



Todo esto debe ser tenido en cuenta en el diseño. Sin embargo, el sistema tiene la ventaja de ser flexible, de poderse reparar luego de una crecida y, eventualmente, ir perfeccionando su diseño. Además, es más económico. En algunos proyectos, un sistema de protección con espigones tiene frente a una defensa continua la desventaja de disminuir el área hidráulica del cauce. La ventaja de una defensa continua es que puede considerarse una estructura definitiva, en cuanto algún sistema de defensas fluviales pueda considerarse definitivo.

Tipos de Espigones: Espigones Permeables: Estos espigones pueden ser de alta o de baja permeabilidad. Su función es la de retardar el flujo y disminuir la velocidad cerca de las márgenes. Se les llama “retardadores”. Generalmente están más espaciados que los impermeables. Los espigones permeables se Caracterizan por los siguientes: 

El agua, cargada de sedimentos finos, debe pasar a través de ellos.



El espacio comprendido entre un espigón y otro debe irse rellenando con el depósito de los sedimentos finos en suspensión. Posteriormente, debe favorecerse el desarrollo de la vegetación.



Protegen y robustecen la orilla fluvial; en realidad contribuyen a la formación de una “orilla virtual” como consecuencia de lo señalado en los dos puntos anteriores.

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DEFENSAS RIBEREÑAS IRRIGACIÓN Y DRENAJE 

Se pueden ir modificando y adaptando a las circunstancias que se presenten.



Los requerimientos de construcción son simples. Se usa los materiales existentes en el área y debe buscarse siempre aprovechar la experiencia local.

Espigones Impermeables: Los espigones impermeables se pueden considerar deflectores. Se usan preferentemente cuando se trata de un río navegable en el que se trata de mantener una sección hidráulica central con un determinado calado. Se caracterizan por lo siguiente: 

Su función esencial es alejar la corriente de la orilla.



Son fundamentalmente deflectores



Se busca un estrechamiento del cauce y un aumento del calado (profundización), lo que implica un aumento de la velocidad de la corriente.



Los procedimientos constructivos son más complejos.



Se trata por lo general de “estructuras definitivas”.

Elección de tipo Espigón Dentro de los factores que determinan la elección del tipo de espigón están los siguientes: 

El objetivo que tienen.



La función que deben desempeñar.



Las características generales del río.



Las características hidráulicas y sedimentológicas del tramo fluvial comprometido.



La disponibilidad de materiales de construcción.



Los costos involucrados.



Las restricciones que pudiera haber en el mantenimiento.



La experiencia local.



El tiempo disponible.

Materiales Necesarios 

Roca.



Madera o bambú.

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Gaviones.



Concreto.



Elementos prefabricados.



Tetrápodos.



Hexápodos.



Geotubos rellenos de material.



Acero (pilotes).



Sacos de concreto.



Sacos de mortero (bolsacreto), Muchos otros más.

Mantenimiento: Los espigones requieren un mantenimiento continuo. Especialmente después de cada avenida grande y esto s e va mejorando el diseño; la reparación y el mantenimiento se hace en la época de estiaje; cuando existan menor empotramiento de los espigones entonces estos requerirán mayores reparaciones y por ende más costo en este ámbito.

Diseño y Construcción del Sistema de Defensa: a. Concepción del sistema Debemos de tener mucho cuidado al explorar los resultados y tener en cuenta muchos aspectos (desde hidráulica fluvial y transporte de sedimentos hasta materiales de construcción). Debe de determinarse la longitud de márgenes a protegerse y esta o debe de alterar demasiado el comportamiento fluvial de dicho medio; también se debe de conservar las curvas que existen 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.

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B: ancho del rio: 𝟐. 𝟓 𝑩 ≤ 𝑹 ≤ 𝟖𝒃 R: radio de curvatura b. Consideraciones:  Longitud del tramo fluvial que requiere protección.  Selección del tipo de espigón. Características de los espigones:

c.



Materiales



Orientación (ángulo)



Socavación



Longitud



Separación

Localización en planta:  Si los espigones resultan muy próximos sería preferible una defensa continua, hay que determinar cuidadosamente la línea virtual.

d. Definición del Angulo de un espigón  Es el ángulo alfa formado hacia aguas abajo por el eje del espigan y la tangente a la margen en el punto de arranque del espigón. e. Socavación  El espigón es un cuerpo extraño dentro de la corriente, la cabeza (nariz) del espigón causa una perturbación local, remolinos y erosión.

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 La socavación depende del ángulo de la orientación del espigón.

Erosión local: ∝ > 𝟗𝟎  Contra la corriente inclinado hacia aguas arriba.

 En sentido de la corriente inclinado hacia aguas abajo la erosión producida por esta es más cerca de la orilla.

f. Longitud de los espigones  La longitud depende de varios factores como puede ser: la función del espigon, su tipo, ancho del rio, etc.

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Si: 𝑳 > 𝟎. 𝟐 𝑩

;

𝟎. 𝟎𝟑 𝑩 < 𝑳 < 𝟎. 𝟑 𝑩

;

Entonces no aumenta la protección. Entonces funciona satisfactoriamente.

 La longitud depende de la distancia entre la orilla existente y la orilla “virtual” o de diseño.

Consideraciones: No se debe de construir espigones muy largos, es preferible construirlos gradualmente y es recomendable que cumpla con las siguientes características: 𝒚 < 𝑳𝒕 < 𝑩⁄𝟒

𝑳𝑬 <

𝑳𝒕⁄ 𝟒

Separación entre espigones  Angulo de la corriente  Longitud del espigón de aguas arriba  Tramo fluvial (recto o curvo)  Angulo de expansión

Construcción por etapas A veces es preferible ahorrar en el empotramiento y efectuar las reparaciones que sean necesarias, después de las primeras crecidas. La separación se hace durante el estiaje: el espigón se une a la orilla erosionada.

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Etapas i. Primera etapa:

ii. Segunda etapa:

c. Diques Enrocados Los diques enrocados son estructuras conformadas sobre la base del material del río, dispuesto en forma trapezoidal y revestido con roca pesada en su cara húmeda; pueden ser continuos o tramos priorizados donde se presenten f lujos de agua que actúan con gran poder erosivo.

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Los muros de enrocados resultan la protección más efectiva contra la acción del oleaje por su bajo costo de colocación y mantenimiento. Tipos de diques enrocados Los diques enrocados pueden ser de dos clases: 

a. Enrocados con roca al volteo.



b. Enrocado con roca colocada.

Características: Son estructuras revestidas con roca pesada al volteo o colocada en forma Directa por los volquetes, pudiendo ser en forma parcial, sólo la cara húmeda o en forma total, uña y cara húmeda

Criterios para el diseño El enrocado está formado por bloques de piedras colocados sobre una capa base que funciona como una especie de f iltro, donde el enrocado debe extenderse de 1,5 a 2,4 m. por debajo del nivel de aguas. El volumen de roca empleado es mayor y su talud de acabado no es muy estable.

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Este tipo de enrocado es más efectivo contra la acción erosiva del oleaje debido a la superficie rugosa que se obtiene. LIMPIEZA DE CAUSE Consiste en realizar la limpieza y darle uniformidad al cauce del río para lo cual utilizamos maquinaria pesada, con la finalidad de recuperar la pendiente y obtener una sección estable en el tramo crítico. La profundidad de corte de la parte central es en promedio 1,5 m con respecto al nivel de las formaciones de la terraza última o nivel de terreno a proteger; estableciendo un ancho mínimo. Estable de 60 m, lo cual permite en las primeras avenidas definir un cauce no erosivo.

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METODOS DE DIMENSIONAMIENTO DE UNA DEFENSA RIBEREÑA Sección Estable o Amplitud de cauce METODO DE PETITS B = 4.44 Q0.5

METODO DE SIMONS Y HENDERSON B = K1 Q1/2 Q = (m3/s) CONDICIONES DE FONDO DE RIO

K1

Fondo y orillas de arena

5.70

Fondo arena y orillas de material cohesivo

4.20

Fondo y orillas de material cohesivo

3.60

Fondo y orillas de grava

2.90

Fondo arena y orillas material no cohesivo

2.80

METODO DE BLENCH – ALTUNIN Fb = Fbo(1+0.12C) Fbo = D501/3 B = 1.81(Q Fb/Fs)1/2 QM3/S = Caudal de Diseño (m3/s) Fb = Factor de fondo de cauce del Rio (Tabla) Fs = Factor de Orilla de cauce de Rio (Tabla) Factor de Fondo Material Fino

Fb 0.80

Material Grueso

1.20 Factor de Orilla

Fs

Materiales sueltos (Barro y arena)

0.10

Materiales ligeramente cohesivos (barro arc. Fang.)

0.20

Materiales cohesivos

0.30

METODO DE MANNING

B = (Q1/2/S1/5) (n K 5/3 )3/(3+5m) Q = Caudal de Diseño (m3/s) S = PendienteTramo Obra n = Coeficiente de rugosidad K = Coeficiente Material del Cauce (Tabla) m = Coeficiente de Tipo de Rio (Tabla) Valores rugosidad de Manning (n) Cauce con fondo solido sin irregularidades

N 0.025

Cauces de rio con acarreo irregular

0.030 - 0.029

Cauces de Rios con Vegetación

0.033 - 0.029

27

DEFENSAS RIBEREÑAS IRRIGACIÓN Y DRENAJE Cauces naturales con derrubio e irregularidades

0.033

Cauces de Rio con fuerte transporte de acarreo

0.035

Torrentes con piedras de tamaño de una cabeza

0.040 - 0.036

Torrentes con derrubio grueso y acarreo movil

0.045 - 0.050

Descripción Material de cauce muy resistente

K 3a4

Material facilmente erosionable

16 a 20

Material aluvial

8 a 12

Valor practico

10

M

Descripción Para rios de montaña

0.5

Para cauces arenosos

0.7

Para cauces aluviales

1.0

Tirante Hidraulico de la Avenida de Diseño y Velocidad METODO MANNING - STRICKLER (B > 30 M) t = (Q/(Ks B S 0.5))3/5 Q = Caudal de diseño (m3/s) Ks = Coeficiente de Rugosidad (Tabla) B = Ancho estable (m) S = Pendiente del tramo (m/m) t = Tirante hidraulico de diseño (m) Valores para Ks para Cauces Naturales Cauce con fondo solido sin irregularidades

Ks 40

Cauces de rio con acarreo irregular

33 – 35

Cauces de Rios con Vegetacion

30 – 35

Cauces naturales con derrubio e irregularidades

30

Cauces de Rio con fuerte transporte de acarreo

28

Torrentes con piedras de tamaño de una cabeza

25 – 28

Torrentes con derrubio grueso y acarreo movil

19 – 22

Vm = Ks

R2/3

S1/2

Z = Talud Excesivo Ks = Coeficiente de rugosidad (Inversa de Manning) t = Tirante Hidraulico Maximo b = Plantilla (m) P = Perimetro Mojado (m) A = Area (m2) R = Radio hidráulico S = Pendiente (Manning)

Vm = Velocidad ( m/s )

28

DEFENSAS RIBEREÑAS IRRIGACIÓN Y DRENAJE

Determinación del Regimen de Flujo del Rio Numero de Frode F=

V/(g*A/T)1/2

V=

Velocidad (m/s)

g=

Aceleracio de la gravedad

A=

Area hidraulica (m2)

D=

Ancho del Cauce (m)

F=

Numero de Froude

Calculo de la Profundidad Máxima de Socavación en Tramo Recto CAL

METODO DE LL. LIST VAN LEVEDIEV a = Q/(t5/3B µ) ts = ((a t5/3)/(0.68 D0.28 ß))1/(x+1) ts = ((a t5/3)/(0.60 w1.18 ß))1/(x+1) Q = Caudal (m3/s) t = Tirante hidraulico (m) B = Ancho del Cauce (m) µ = Coeficiente Contraccion (Tabla) a = Coeficiente D = Diametro Medio de las particulas (mm) w = Peso Especifico suelo (Tn/m3) x = Valor obtenido de la Tabla 1/(x+1) = Valor obtenido de la Tabla ß = Coeficiente por Tiempo de Retorno

ts =

Profundidad Maxima de Socavacion (m)

CULO DE LA PROFUNDIDAD DE SOCAVACION (Hs) CALCULO DE LA PRO FUNDIDAD DE SOCAVACION (Hs)

Suelos Cohesivos Peso especifico W (Tn/m3)

X

1/(x +1)

0.80

0.52

0.66

0.83

0.51

0.66

0.86

0.50

0.67

0.88

0.49

0.67

0.90

0.48

0.68

0.93

0.47

0.68

0.96

0.46

0.68

0.98

0.45

0.69

1.00

0.44

0.69

29

DEFENSAS RIBEREÑAS IRRIGACIÓN Y DRENAJE 1.04

0.43

0.70

1.08

0.42

0.70

1.12

0.41

0.71

1.16

0.40

0.71

1.20

0.39

0.72

1.24

0.38

0.72

1.28

0.37

0.73

1.34

0.36

0.74

1.40

0.35

0.74

1.46

0.34

0.75

1.52

0.33

0.75

1.58

0.32

0.76

1.64

0.31

0.76

1.71

0.30

0.77

1.80

0.29

0.78

1.89

0.28

0.78

2.00

0.27

0.79

Suelos No Cohesivos D (mm)

X

1/(x +1)

0.05

0.43

0.70

0.15

0.42

0.70

0.50

0.41

0.71

1.00

0.40

0.71

1.50

0.39

0.72

2.50

0.38

0.72

4.00

0.37

0.73

6.00

0.36

0.74

8.00

0.35

0.74

10.00

0.34

0.75

15.00

0.33

0.75

20.00

0.32

0.76

25.00

0.31

0.76

40.00

0.30

0.77

60.00

0.29

0.78

90.00

0.28

0.78

140.00

0.27

0.79

190.00

0.26

0.79

250.00

0.25

0.80

310.00

0.24

0.81

370.00

0.23

0.81

450.00

0.22

0.82

570.00

0.21

0.83

750.00

0.20

0.83

1,000.00

0.19

0.84

Diámetro Particula

Valores del Coeficiente ß Periodo de Retorno (Años)

Probabilidad de Retorno (%)

ß

30

DEFENSAS RIBEREÑAS IRRIGACIÓN Y DRENAJE 0.77 2.00

50.00

0.82

5.00

20.00

0.86

10.00

10.00

0.90

20.00

5.00

0.94

50.00

2.00

0.97

100.00

1.00

1.00

300.00

0.33

1.03

500.00

0.20

1.05

1,000.00

0.10

1.07

Calculo de la Profundidad Maxima de Socavacion en Curvas

Metodo de Altunin tMAX = e dr B = Ancho del cauce del Rio (m) R = Radio de curva del Cauce del Rio (m) R/B = Valor de Ingreso a tabla

Valores Coeficiente "e" R/B

E

Infinito

1.27

6.00

1.48

5.00

1.84

4.00

2.20

3.00

2.57

2.00

3.00

dr = t = Tirante de diseño tMAX = Tirante maximo en la curva (m) ) ALTUNIN

Determinación de Profundidad de cimentación de la Uña

HS = ts –t

HS = tMAX –t

HS = Profundidad de socavacion en curva (m)

31

DEFENSAS RIBEREÑAS IRRIGACIÓN Y DRENAJE

Calculo del Bordo Libre

He = V2/2g Vm = Velocidad del Caudal de Diseño (m/s) g = Aceleracion de la Gravedad He = Energia Cinetica (m)

Bl = ¢ He Caudal maximo m3/s

¢

3000.00

4000.00

2

2000.00

3000.00

1.7

1000.00

2000.00

1.4

500.00

1000.00

1.2

100.00

500.00

1.1

Recomendación Practica

M3/s

Bl

> 200

0.60

200 a 500

0.80

500 a 2000

1.00

Determinación de la Altura del Dique

HD = t + Bl t = Tirante de diseño (m) Hd = m.

32

DEFENSAS RIBEREÑAS IRRIGACIÓN Y DRENAJE

BIBLIOGRAFÍA 

Ministerio de Economía y Finanzas (MEF). Guía metodológica para proyectos de protección y control de inundaciones en áreas agrícolas o urbanas. Informe final. Anexos. Lima: MEF, 2006. Disponible en: www.mef.gob.pe/contenidos/inv_publica/docs/instrumentos_metod/agricultura/GuiaI nundaciones-ax. pdf (visto por última vez: 23 de septiembre de 2018).

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BADILLO J. y RODRGUEZ. Mecánica de Suelos. Tomo II.



REIMBERT M y A. Muros de Contención. Tomo I. (1976).

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LOPEZ CARDEMNAS DE Lano F. Diques para la Correccion de Cursos Torrenciales y Métodos de Cálculo.

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FELD Jacob. Biblioteca Internacional del Ingeniero Civil. Volumen III. Ediciones Ciencia y Tecnología, S.A. (1988).

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MINISTERIO DE AGRICULTURA y AUTORIDAD NACIONAL DEL AGUA. Tratamiento de Cauce del Río para el control de Inundaciones en la Cuenca Chicama. (2010).

33