diques longitudinales - universidad nacional de … de las obras de un proyecto de control de...
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1/ J
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TABLA DE CONTENIDO
CONTENIDO
LlSTA DE FIGURAS iv
LlSTA DE SIMBOLOS vi
PRESENTACION viii
1. INTRODUCCION
2. UTILIZACION DE LOS RIOS 3
3. ANALISIS DE PROBLEMAS FLUVIALES 7
3.1. IDENTIFICACION DEL PROBLEMA 9
3.2. ANALISIS GEOMORFOl.:OGICO DE LA CUENCA DE DRENAJE 10
3.3. RECOPILACION Y ANALISIS DE LA INFORMACION 10
3.4. ANALISIS GEOMORFICO DEL CAUCE 12
3.5. RESPUESTA DEL SISTEMA 17
3.6. DISENO DE ESTRUCTURAS DE PROTECCION E IMPLEMENTACION DEL PROYECTO 21
3.7. CONSIDERACION DE POSIBLES PROBLEMAS DURANTE LA CONSTRUCCION 25
3.8. CONTROL DE LA RESPUESTA DEL SISTEMA 26
4. CRITERIOS PARA EL DISENO DE OBRAS Y PROTECCIONES 27
4.1. OBRAS PARA REGULACION DE CRECIENTES 28
4.1.1 . Embalses para contre! de inuncaciones 30
4.1.2. Canales de inundaci6n 32
4.1.3. Canales mejorados 32
i
4.1.4. Diques longitudinales 32
4.1.5. MOO'idas de evacuaci6n de emergencia 34
4.1.6. Programa de manejo de cuencas 34
4.2. CONTROL DE EFLUENTES (CIERRE DE RIOS) 35
4.3 . OBAAS DE DEFENSA. PROTECCION DE ORILLAS 40
4.3.1. Estructuras Permanentes 40
4.3.1.1 . Diques Longitud inales como estructuras de Protecci6n 43
4.3.1 .2. Espolon~s 45
4.3.1 .3. Muros de Protecci6n como Defensas Permanentes 52
4.3.2. Obras de Protecci6n Temporales 52
· 4.3.2.1 . Defensas can Vegetaci6n 52
4.3.2.2. Defensas utilizand o enrocado 52
4.4. ESTRUCTURAS PARA CONTROL DE EROSION 56
4.4.1 . Practicas de Manejo de Cultivos 57
4.4.2. Practicas de Prevenci6n de Erosi6n 58
4.4 .2.1. Zanjas de Coronamiento 58
4.4 .2.2. Terrazas Acanaladas 58
4.4.2.3 Terrazas 0 Bancales 59
4.4.2.4. Cultivos a Nivel y Franjas de hierbas 59
4.4 .2.5. Surcos y Caballones 60
4.4.3 . Diseno de Practicas para restablecer el suelo erodado 60
4.4 .3.1. Protecci6n biotecnica 60
4.4.3 .2. Revestimientos 63
4.4.3 .3. Estructuras para control de gradiente (talud) 63
4.5. ESTRUCTURAS PARA CONTROL DE GRADIENTE (CANAL) 68
4.6. CONTROL DE SEDIMENTACION 74
14.6.1. Acorazamiento 0 Armadura dellecho 74
4.6.2. Trampas de Sedimento 74
4.7. CONTROL DE NAVEGACION. 77
4.7.1. Requerimientos para 1<1 Navegabilidad 78
4.7.2. Tecnicas de Control de la Navegaci6n 78
4.7.3. Metodos para disenar Canales Navegables 80
4.7.3.1. Metodo del Canal Abierto 80
4.7.3.2. Presas y Esclusas 80
4.7.3 .3. Canalizaci6n 81
4.7.4. Obras y Mecanismos de Control 81
4.7.4.1 . Embalse de Regulaci6n 81
4.7.4.2. Dragado 81
4.7.4 .3. Obras de Contracci6n 82
4.7.4.4. Estabilizaci6n de Bancas 82
.4.7.4.5 . Presas y Esclusas 83
5. CONCLUSIONES 85
BIBLIOGRAFIA 88
LlSTA DE FIGURAS
Figura Nombre Pagina.
1. Zonificaci6n del Sistema Fluvial (Schumm, 1977) 12
2. Estabilidad Relativa de los cauces Naturales (Schumm, 1977) 14
3. Procesos de Aju ste (Heede, 1980) 16
4. Diagrama de Khan 20
5. Diagrama de Lane 21
6. Diferentes radios de curvatura . 23
7. Variables caracteristicas de un tramo sinuoso 24
8. Hidrograma de caudales en un embal se de regula cion 31
9. Esquema de las obras de un proyecto de control de inundaciones 33
10. Muros de proteccion contra inundaciones 34
11 . Ubicacion Proyecto Cano Rompedero de Mejico 37
12. Dique tapon. Cano Rompedero de Mejico 39
13 Estabilizacion de Orillas con Espolones Permeables 41
14. Tipos de estructuras de proteccion 42
15. Revestimiento de orillas 43
16. Dique longiudinal con revestimiento y /lena hidraulico 44
17. Espolones construidos en gaviones en Chigorodo 45
18. Perturbacion del flujo entre espolones normales. 46
19. Comportamiento del flujo entre espolones 47
iv
20. Obras de defensa y estabilizaci6n en el rio Chigorod6 (Secretarfa de Obras Publicas, Depto de Antioquia) . 49
21. Muros de defensa y protecci6n de talud 53
22, Protecciones temporales 54
23, Zanjas desviadoras de flujo 59
24. Practicas de prevenci6n de la erosi6n 61
25, Protecci6n biotecnica de taludes 62
26, Revestimiento de taludes 62
27, Estructuras para restablecer elsuelo erodado 64
28. Recuperacion de una carcava (Trinchos de madera) 66
29. Rastrillos de retencion contra la erosion 67
30. Estructuras para disipacion de energfa 69
31 . Rectificacion de un canal sinuoso 70
32. Restificacion de un canal trenzado 73
33. Trampas de sedimentos 75
34. Capacidad de un embalse de regulacion para navegaci6n 81
35. Obras de contraccion en un canal navegable 82
36. Esquema de funcionamiento de una esclusa 83
L1STA DE SIM80LOS
8* Ancho promedio superior del cauce
B Ancho del cauce
C . Coeficiente de Chezy
d Profundidad del flujo
050 Oiametro medio del sedimento
015 Oiametro del sedimento para el cual el 15%, en peso, de la muestra es mas fino
085 Oiametro del sedimento para el cual el 85 % de la muestra es mas fino
Os Oiametro caracter;st:co del sedimento
F Relacion ancho/profundidad
9 Aceleracion de la gravedad
H Altura efectiva de una presa
longitud del cauce
L Longitud del valle
L Longitud de un tramo de canal
L Separacion entre espolones
L* Longitud de disetio de un muro 0 espolon
Li ,L T Long itud de trabajo de un espo\on
m Espaciamiento entre presas
ML Longitud de onda de meandro
n Numero de presas
vi
V
p Sinuosidad
o Caudal IIquido
Os Caudal solicjo 0 t::;sa de transporte de sedimentos
OST Porcentaje de la carga de fondo en la carga total
rc Radio de curvatura
S Pendiente del canal
Sc Pend iente crftica
Ss Gravedad especffica del sedimento
Velocidad media del flujo
Y Profundidad normal del flujo
C( Angulo entre aguas altas y aguas bajas
0( Angulo correspondiente al gradiente de una carcava
ct Angulo de la pendiente del lecho
Pendiente modificada del terreno f3
Tc Esfuerzo cortante crftico
e Angulo del talud con la horizontal
Angulo de reposo del material~
as Peso especifico del sedimento
r Peso especifico del agua
vii
PRESENTACION
En este documento se propone una metodologfa para realizar un anal isis sistematico de los
rios aluviales; es decir, se pretende, mediante el procedimiento propuesto, que el
estudiante de ultimo nivel 0 el ingeniero civil, pueda realizar un analisis efectivo de un
problema fluvial.
Para tal efecto se supone que ya se cuenta con los elementos basic os de la hidraulica
fluvial; es por eso que al describir los pasos a seguir, se mencionan muy brevemente los
fundamentos de la geomorfologfa fluvial y se hace un mayor enfasis en los criterios de
diserio de las obras de proteccion y control.
Para lograr los objetivos propuestos, se hizo una revision de la literatura existente; se
analizaron, a la luz de la metodologfa propuesta, informes de proyectos ya construidos y
de otros propuestos; se tuvo en cuenta la experiencia de algunas instituciones y de
algunos ingenieros particulares, especialmente las experiencias del ingeniero Brien
Winkley.
Los elementos basicos de la hidraulica fluvial que se requieren para este anal isis, son tema
de un documento mas am plio que se ha venido elaborando y que se estudia con suficiente
detalle durante el curso de hidraulica fluvial que se ofrece regularmente en la Facultad de
Minas como curso electivo.
Inicialmente se penso incluir todos los temas en este documento, pero el volumen final
superaba las limitaciones de este trabajo, cuya finalidad es la promoci6n a una categoria
en el escalafon docente.
viii
Se propone que el lector revise la amplia bibliograffa que se incluye para complementar los
temas expuestos y las notas del curso de hidraulica fluvial (actualmente en proceso de
elaboraci6n . Se incluyen en la bibliograffa a pesar de no haber side editadas aun.).
ix
1. INTRODUCCION.
Para lograr un manejo adecuado de los recursos hidraulicos se debe entender el sistema
con el cual se est a trabajando, la cuenca de drenaje en su totalidad, antes de disenar y
construir obras que regulen 0 controlen ese recurso.
Los logros en ingenieria en todos los campos tecnicos han madurado, han cambiado y se
han vuelto mas complejos a medida que los ingenieros tienen mas conocimientos; sin
embargo, en ef campo de la hidraulica fluvial , la ingenieria parece haberse estancado; los
diseiios estan condicionados en gran parte a una serie de teorias y relaciones empiricas
que fueron desarrolladas, hasta un cierto nivel, hace muchas decadas.
Los sistemas fiuviales estan ajustandose constantemente a las entradas (estimulos)
siempre cambiantes de la naturaleza. En un momenta dado, el sistema natural puede ser
estable, tranquilo, inestable, 6 puede estar tratando de buscar cierto grado de estabilidad
ante los cambios continuos de la naturaleza. Las fuerzas extrinsecas (el clima) y las
intrinsecas interactuan para producir cam bios constantes en el lecho y las bancas del
canal.
EI hombre, en su esfuerzo por utilizar el rio, a menudo restringe la habilidad del rio para
ajustarse 0 igualar los gastos de energia; cuando altera su equilibrio dinamico, Ie esta
imponiendo condiciones que pueden requerir un perfodo de tiempo considerable para
ajustarse a las alteraciones impuestas. EI tramo del rio, en el area de influencia del
proyecto, es solo una parte de la cuenca; con el tiempo, la cuenca entera estara
respondiendo par los cambios ocurridos en ese tramo particular. En la secci6n 4.5 indican
algunos criterios para evaluar cualitativamente dicha respuesta.
1
EI conocimiento del sistema fluvial es la clave para predecir la respuesta del rio en tiempo y
magnitud y lograr asi, un diseno que requiera mantenimiento minimo. Un alto grado de
exito se puede lograr mediante el entendimiento de los cam bios qeol6gicos e hist6ricos en
la cuenca de drenaje y de las fuerzas y controles que actuan en el agua y los sedimentos
de la cuenca.
Cada problema fluvial requiere una soluci6n propia y la respuesta del sistema mostrara
caracteristicas tambien individuales; no hay un diseno infalible. Siempre existe la
posibilidad de que haya un evento que intente destruir cualquier estructura en un rio. Si se
disena para el ultimo evento (evento maximo con periodo de retorno grande), los caudales
de menor magnitud y mas frecuen~es construirian, a largo plazo, un cauce para caudales
bajos que no evacuaria un caudal mayor. La naturaleza compensa estas variaciones
tratando de construir un canal que minimice los problemas y que tienda a garantizar
mantenimiento propio.
. Los parametros mas influyentes que afectan las caracteristicas del cauce de un rio son: el
tamano y la disponibilidad del sedimento, el hidrograma del cauda! ]' la pendiente del valle.
Las actividades humanas modifican la magnitud de estas variables bien sea alterando las
condiciones de la cuenca (cambios en el uso del suelo) 6 utilizando el rio con objetivos
mUltiples. EI capitulo 2 hace un brevecomentario de los usos del rio.
Aunque cada problema fluvial es un caso particular, el procedimiento de analisis debe ser
general; el capitulo 3 describe dicho procedimiento.
En el capitulo 4 se presenta una serie de criterios de tipo general para el diseno de
estructuras en un rio aluvial. Cualquier estructura que modifique la direcci6n del flujo, la
profundidad, la duracion, la velocidad, la pendiente, la geometria de la secci6n causara una
reacci6n al sistema que se propagara tanto aguas arriba como aguas abajo.
2
2. UTILIZACION DE LOS RIOS.
EI uso geomorfico define la funcion natural del rio: IIevar el agua de la cuenca hacia la
desembocadura y transportar la carga de sedimentos que Ie lIega. A menos que el uso
geomorfico sea manejado adecuadamente, los otros usos iniciaran problemas de
mantenimiento costoso.
EI hombre utiliza los rios para diversos propositos como navegacion, control de
inundaciones, recreacion, disposicion de aguas servidas y recursos hidraulicos de multiples
objetivos (hidroelectricidad, irrigacion, suministro de agua, etc).
Toda vida animal y vegetal utiliza los rios. EI hombre. a medida que la civilizacion progresa,
utiliza mas la amplia variedad de los recursos hidraulicos. Cada comunidad tiene intereses
especiales y por tanto, puede desarrollar una opinion unica de como se debe utilizar el rio.
AI utilizar el rio, el hombre normalmente trastornalos planes de la naturaleza, la cual esta
constantemente ajustandose tanto a eventos cambiantes de tipo geologico, biologico,
climatologico como a eventos catastroficos.
EI rio, como parte integral de la cuenc.a de drenaje, responde al uso que la humanidad Ie da
a la cuenca entera. La variedad de usos tiene relacion directa con el movimiento de agua y
de sedimentos.
Oesde el comienzo de la civilizacion ha existido siempre una estrecha relacion entre el
hombre y el rio. Nuestros rios han afectado significativamente el desa,rollo de la
humanidad. La mayorfa de las civilizaciones antiguas se desarrollaron a 10 largo de los
grandes rios y en los valles de estos. Buenos ejemplos son los desarrollos a 10 largo del rio
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