4_espigones enrocados
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4. DISEÑO DE ESPIGONES CON
ENROCADOS
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ESPIGONES O ESPOLONES
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5.1 GENERALIDADES• Los espigones son obras transversales que avanzan desde la orilla existente hasta la
nueva línea de orilla, para reducir las anchuras excesivas del lecho, provocando lasedimentación de la zona limitada por ellos
• Siempre se debe tener en cuenta que tales estructuras son obstáculos en el flujonatural del río por lo que puede haber reacción
• Las ventajas de los espigones sobre las obras longitudinales estriban en quepermiten modificar posteriormente con facilidad el ancho del lecho ; pero en cambioofrecen el inconveniente de no formar un lecho regular, ya que constituyensolamente guías a relativamente grandes distancias, y entre ellas el lecho se formalibremente
• La razón principal de que se empleen a pesar de este inconveniente, radica en queimplican menos desembolsos
• En ríos de montaña con considerable transporte de sedimentos los espigones no dan
buen resultado
• Estas estructuras han sido muy efectivas en ríos pequeños y medianos.
• Los espigones se usan comúnmente en protección de tramos en curva
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Los espigones se construyen con plataformas sumergidas , con cestones, con
enrocados, con gaviones, con cajones de piedras, de tierra con taludes
protegidos, de concreto,etc.
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4.2 Espigones permeables e impermeables
4.2.1 Espigones Permeables
Tal como se observa en la figura, los espigones permeables consisten
de una o más filas de caballetes (de acero, madera, concreto). Debido a suespaciamiento el agua puede pasar, pero se origina un remanso aguas arriba,
se incrementan las pérdidas de energía, haciendo que ocurran
sedimentaciones aguas arriba de los espigones
También son permeables los espigones hechos con enrocados y con
gaviones
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4.2.2 Espigones Impermeables
Los espigones impermeables son construídos de piedra, grava y roca, como
diques de tierra con protección en los taludes, o como estructuras de concreto.
En la figura se observa un espigón impermeable , no sumergible
Profundidad de socavación
esperada
Revestmiento
Llanura de inundación
Nivel del cauce
Protección en la baseProtección en la base
FiltroTierra compactada
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4.3 Partes de un Espigón
Las denominaciones de las diferentes partes de un espigón se indican en la
figura
• Alrededor del morro ocurren fenómenos de socavación local, por lo tanto se
debe hacer mucho más seguro la protección tanto en el talud, como al pie de
este.
• Los espigones sumergidos necesitan tambien tener protección en la cresta• El talud en el morro es mayor que los taludes del frente y la espalda del
espigón
Frente
Espalda
cresta
Morro
Arranque
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4.4 Espigones no sumergibles y sumergibles
Espigones no sumergibles
Son los más efectivos
Causan mayores profundidades en los fenómenos de socavación local
Tramo 1 Tramo2
Llanura de inundación
b. Espigones sumergibles durante los máximos niveles de agua
Son más baratos, pero causan menos sedimentación, y crean turbulencia durante
el proceso de sumergencia, por lo que las protecciones al pie de los taludes
deben ser de mayor longitud
Socavación Socavación
Inicio de sumergencia Alto grado de sumergencia
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4.5 Características del Flujo alrededor de los espigones
Socavación local
a. Espigón con inclinación hacia aguas arriba
Erosión de ribera
b. Espigón con inclinación hacia aguas abajo
Socavación local
Socavación local
c. Espigón normal al flujo
Socavación local
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Características del Flujo Alrededor del Morro de un Espigón
Normal a la Corriente
Impacto del flujoCresta
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5.6 LOCALIZACION EN PLANTA
• Al proyectar una obra de defensa, ya sea respetando la orilla actual, o
bien en una nueva margen (al hacer una rectificación), se requiere
trazar en planta el eje del río, y en las orillas delinear una frontera,
generalmente paralela a dicho eje, a lo cual llegarán los extremos delos espigones
• La longitud de cada espigón estará dada por la distancia de la orillareal a esa línea
• La separación entre las nuevas orillas, es decir, el ancho B, estará
dado por el estudio de estabilidad de la corriente que se haya hecho.
Espigones
Línea de frontera
B
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• Cuando se trata de una rectificación en cauces formados por arenas y
limos conviene, dentro de los posible, que los radios de las curvas, medidos
hasta el eje del río, tengan la longitud r siguiente:
Donde: B ancho medio de la superficie libre en los tramos rectos en metros
• Al proteger una sola curva o un tramo completo, los primeros tres espigones
aguas arriba deben tener longitud variable: el primero será el de menor longitud
posible (igual al tirante) y los otros dos aumentarán uniformemente, de tal
manera que el cuarto ya tenga la longitud del proyecto. La pendiente
longitudinal de la corona debe ser uniforme en todos ellos
Br B 85.2
B
Espigones
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LOCALIZACION EN PLANTA DEUNA OBRA DE DEFENSA CON
ESPIGONES
Espigones
Diques guia
a. Curva trazada conun solo radio
b. Curva formada con tramos quediferente radio de curvatura
4 7 LONGITUD DE LOS ESPIGONES
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4.7 LONGITUD DE LOS ESPIGONES
• La longitud total de un espigón se divide en una longitud de anclaje oempotramiento (L A), y en una longitud de trabajo (LT)
• Se recomienda que la longitud de trabajo esté dentro de los siguientes límites:
y < LT < B/4
Donde: B = ancho medio del cauce, en metros y = tirante medio
Los valores de B, y del tirante deben ser los correspondientes al gastoformativo, o aquel gasto que de permanecer constante a lo largo del año,transportará la misma cantidad de material de fondo que el hidrograma anual. Algunos autores consideran como gasto formativo, el gasto máximo que escapaz de pasar por el cauce principal sin que desborde hacia la planicie
MargenL A
LT L A= 0.1 a 0.25LT
4 4 SEPARACION ENTRE ESPIGONES
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4.4 SEPARACION ENTRE ESPIGONES
Se mide en la orilla entre los puntos de arranque de cada uno
Separación en tramos rectosa. Recomendaciones del Laboratorio de Hidráulica de Delft
metros
Donde:
Co = constante (aproximadamente = 0.6)
y = tirante medio de la corriente
n = Coeficiente de Manning
)2/(233.1
gn yC S o p
LT
SP
a a a
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5.4 Separación entre espigones (continuación)
b. Otras recomendaciones
Sp = 4LT a 4.5LT
Sp = B a 2B
c. En función del ángulo a
Angulo a Separación, SP
70o a 90o 4.5LT a 5.5LT
60o 5LT a 6LT
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d. Separación en curvas
- Si la curva es regular, la separación recomendable es:
Sp = 2.5Lt a 4Lt
- Si la curva es irregular hay que ajustarse a los diferentes radios
de curvatura
Si la curva es circular , todas las separaciones y longitudes son
iguales
Línea a la que llegan losExtremos de los espigones
a
a a
90o
90o90o
bb
bEspigón
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4.6 ELEVACIONES Y PENDIENTES DE LA CORONA
a. Espigones no sumergibles
Los espigones no sumergibles tienen una cresta horizontal sin pendiente. El
borde libre esta generalmente entre 0.5 m a 1 m.La cresta de un espigón nunca ha de estar más alta que la orilla próxima,
porque de lo contrario las crecidas podrían rodear el arranque, arrastrando tierra
de la orilla antigua.
b. Espigones sumergiblesEn este tipo de espigones la cresta es ascendente hacia arriba. Si el morro del
espigón queda por debajo del nivel de estiaje, se le denomina espigón bañado,
y si toda la cresta se encuentra por debajo de dicho nivel , se dice que el
espigón es de tipo sumergido
Se inician a la elevación de la margen , o a la elevación de la superficie libre al
ocurrir el gasto formativo.
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b. Espigones sumergidos (continuación)
El extremo dentro del cauce puede tener alturas máximas de 0.5 m. Sobre
el fondo actual
La pendiente de la cresta puede estar entre 0.05 a 0.25
Espigón sumergido con revestimiento
A
Cauce inicial
Cauce equilibrad
SECCION LONGITUDINAL
PLANTA
SECCION TRANSVERSAL
So
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b. Espigones sumergidos (continuación)
Se recomienda una pendiente S uniforme hasta el fondo. El piso C de los
espigones debe construirse primero para evitar erosiones locales durante la
construcción
S
0.5 mC
LT
LT
Nivel del agua para eldominante
Posible erosión
Espigón
a. Colocación de un espigóncuando la margen no estamuy elevada
b. Colocación de un espigón cuando la margen esta muy elevada
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4.7 TALUDES
a. Taludes de la espalda y del frente del espigón
Los taludes tienen taludes laterales que varian de 1 : 1.25 a 1 : 3,
dependiendo del material de construcción
b. Talud de Morro
El talud del morro es mayor que los taludes laterales, varian entre
1 : 2.5 a 1 : 5
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4.8 ORIENTACION DE LOS ESPIGONES
• Los espigones pueden estar dirigidos hacia aguas abajo o aguas arriba,
ó también ser normales a la corriente
• La experiencia ha demostrado que el relleno más rápido tiene lugar en
espigones con inclinación
• Se recomienda orientaciones de espigones hacia aguas arriba en rios
grandes y anchos, y hacia aguas abajo en ríos relativamente angostos
4 9 ESPIGONES DE ENROCADO
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4.9 ESPIGONES DE ENROCADO
a. Características
Tal como se observa en la figura , la sección transversal del enrocado es
trapezoidal y simétrica, y esta constituido de rocas
El talud del morro es mayor que los taludes laterales
EnrocadoProtección al pie delTalud del morro
Relleno con roca deMenor diámetro
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En el caso de espigones temporales se puede usar como cuerpo de los
espigones cestones hechos de plantas, combinado con material del cauce, y
protegido con enrocado, tal como se observa en la figura.
Cestones
Enrocado deprotección
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b. Calidad de las rocas
• La roca debe ser sana, dura, de cantera
• Debe ser resistente al agua y a los esfuerzos de corte
• Se recomienda las rocas ígneas como: granito,
granodiorita, dioríta, basalto, riolíta, etc., con densidad
relativa DR > 2
• La mejor forma de la roca es la angular
• La estabilidad del enrocado depende de la forma,
tamaño y masa de las piedras, y de una adecuada
distribución de tamaños
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c. Tamaño de las rocas• La estabilidad de una roca es una función de su tamaño,
expresada ya sea en términos de su peso ó diámetro equivalente
•
Se han efectuado muchos estudios para determinar el tamaño de lasrocas, entre los que tenemos:
- Fórmula de Maynord
Donde: d50
es el diámetro medio de las rocas, y los valoresrecomendados 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 = 1.5- Tramos rectos C2 = 1.25
- En el extremo de C2 = 2.0
-espigones
3
150 F C y
d
gy
V C F
2
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c. Tamaño de las rocas (continuación)
• Fórmula de Isbash
Donde: d = diámetro mínimo de las rocas
rr = densidad de las rocasr = densidad del agua
• Fórmula de Goncharov
gd V 7.1
r
d
y Log
gd
V 8.875.0
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c. Tamaño de las rocas (continuación)
c1 Fórmula de Levi
c2 Recomendación del U.S.Department of Transportation
Sistema inglés
El tamaño recomendado de la roca es:
Donde: Q = es el ángulo de inclinación del talud F = es el ángulo de reposo del enrocado
DR = densidad relativa
FS = factor de seguridad
En el siguiente cuadro se muestra valores del factor de seguridad FS
2.0)(4.1d
y
gd
V
)/(001.05.1
1
5.03
50 K yV d I
5.0221 ))/(1( sen sen K
I
od C d 5050 sf sg o C C C 5.1)1/(12.2 DRC sg 5.1
)2.1/( FS C sf
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• Recomendación del U.S.Department of Transportation (continuación)
Valores de los factores de seguridad FS
Condición FS
Flujo uniforme, tramos rectos o ligeramente curvos (radio de la
curva / ancho del canal > 30). Mínima influencia de olas y de
impacto de sedimentos y material flotante
1.0 – 1.2
Flujo gradualmente variado, curvas moderadas
(30 > radio de la curva / ancho del canal > 10). Moderada
influencia de olas, y de impacto de sedimentos y material flotante
1.3 – 1.6
Aproximación al flujo rápidamente variado; curvas cerradas
(10 > radio de la curva / ancho del canal. Alta turbulencia, efecto
significativo de impacto de material flotante y de sedimentos.
Inflencia significativa de las olas producidas por el vientos y botes
1.6 – 2.0
d Espesor del enrocado
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d . Espesor del enrocadoSimons y Senturk recomiendan que el espesor del enrocado debe ser lo suficiente para acomodar la roca de mayor tamaño
e. Distribución del tamaño de las rocas
• Recomendaciones de Simons y Senturk
- La Relación tamaño máximo de la roca entre el diámetro d50 debe ser
aproximadamente 2
- La relación entre d50 y d20 debe ser también aproximadamente 2
• Recomendaciones del U.S. Department of TransportationLa graduación de las piedras del enrocado afecta su resistencia a la
erosión. Cada carga del enrocado debe ser razobablemente bien
graduada desde el tamaño más pequeño hasta el tamaño más grande.En el siguiente cuadro se presenta los límites de la graduación de las
piedras
Límites de Graduación de las Rocas (Recomendaciones de U S
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Límites de Graduación de las Rocas (Recomendaciones de U.S.
Department of Transportation)
Rango del tamaño deroca (pies) Rango de peso de laroca (libras) Porcentaje degraduación
Menor que
1.5 D50 a 1.7 D50 3.0 W50 a 5.0 W50 100
1.2 D50 a 1.4 D50 2.0 W50 a 2.75 W50 85
1.0 D50 a 1.15 D50 1.0 W50 a 1.5 W50 50
0.4 D50 a 0.6 D50 0.1 W50 a 0.2 W50 15
f Protección al pie del talud
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f. Protección al pie del talud
• La socavación al pie del enrocado es uno de los principales
mecanismos de falla
•
Por lo tanto se debe proteger la base del talud con enrocado. En lasiguiente figura se muestra un esquema de protección
Máximo nivel del agua
1.5 dg
dg profundidad de socavación general
Cresta protegida en espigonessumergidos
g Protección al pie del morro
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