diseÑo de diques

FiltroFiltroyyDiferente Disposicin de Sistemas DrenantesDIPLOMADO EN INGENIERA HIDRALICA 2015 Mdulo 3 Diseo de Esttucturas Hidrulicas MSc. Ing. Juan W. Cabrera COLEGIO DE INGENIEROS DEL PER - CD Hunuco

RIOS TRENZADOSDIPLOMADO EN INGENIERA HIDRALICA 2015 Mdulo 3 Diseo de Esttucturas Hidrulicas MSc. Ing. Juan W. Cabrera COLEGIO DE INGENIEROS DEL PER - CD Hunuco

LLANURA DE INUNDACIONDIPLOMADO EN INGENIERA HIDRALICA 2015 Mdulo 3 Diseo de Esttucturas Hidrulicas MSc. Ing. Juan W. Cabrera COLEGIO DE INGENIEROS DEL PER - CD Hunuco 1.1 DEFENSAS RIBEREASSon estructuras que tienen como finalidad controlar o evitar que el agua salga del cauce e inunde extensas reas.

Pueden ser de tierra, de enrocado, de concreto, etc.

Su correcta aplicacin reduce el riesgo de ocurrencia de inundaciones.

DIPLOMADO EN INGENIERA HIDRALICA 2015 Mdulo 3 Diseo de Esttucturas Hidrulicas MSc. Ing. Juan W. Cabrera COLEGIO DE INGENIEROS DEL PER - CD Hunuco 1.2 DIQUESEstructuras conformadas sobre la base de material de ro dispuesto en forma trapezoidal y revestido con roca pesada en su cara hmeda.

Generalmente se utilizan en tramos rectos de los cauces de los ros donde la erosin es menor por el impact tangencial de las aguas.

DIPLOMADO EN INGENIERA HIDRALICA 2015 Mdulo 3 Diseo de Esttucturas Hidrulicas MSc. Ing. Juan W. Cabrera COLEGIO DE INGENIEROS DEL PER - CD Hunuco 1.3 MUROS DE CONCRETO CICLPEOSon de forma longitudinal, de dimensiones variables en funcin al caudal mximo de diseo y el nivel de socavacin. Son construidos con material de ro.Se usa generalmente en tramos curvos, en donde el agua de un rio impacta en forma frontal.

DIPLOMADO EN INGENIERA HIDRALICA 2015 Mdulo 3 Diseo de Esttucturas Hidrulicas MSc. Ing. Juan W. Cabrera COLEGIO DE INGENIEROS DEL PER - CD Hunuco 1.4 MUROS DE CONCRETO ARMADOSon construidos con armadura de fierro y son de dimensiones variables de acuerdo al requerimiento de proyecto.

DIPLOMADO EN INGENIERA HIDRALICA 2015 Mdulo 3 Diseo de Esttucturas Hidrulicas MSc. Ing. Juan W. Cabrera COLEGIO DE INGENIEROS DEL PER - CD Hunuco 1.5 GAVIONESSon estructuras flexibles construidas por una red de malla hexagonal tejida a doble torsin.

El llenado de las cajas del gavin se hace con cantos rodados, que se encuentran en los cauces de los ros. Estas estructuras apropiadas en zonas donde el ro presenta pendiente suave y media.

DIPLOMADO EN INGENIERA HIDRALICA 2015 Mdulo 3 Diseo de Esttucturas Hidrulicas MSc. Ing. Juan W. Cabrera COLEGIO DE INGENIEROS DEL PER - CD Hunuco DIQUESDIPLOMADO EN INGENIERA HIDRALICA 2015 Mdulo 3 Diseo de Esttucturas Hidrulicas MSc. Ing. Juan W. Cabrera COLEGIO DE INGENIEROS DEL PER - CD Hunuco 2.1 GENERALIDADESLos diques en estudio son estructuras que evitan que el agua salga del cauce e inunde extensas reas.

Se tienen de tierra, enrocados con ncleo impermeable

Los diques de tierra y enrocado tienen la ventaja de que son econmicos y se aprovechan los materiales del lugar

Un dique de tierra de cualquier altura requiere de un ancho de base grande; si no hay espacio suficiente se recurre a los diques de concreto.DIPLOMADO EN INGENIERA HIDRALICA 2015 Mdulo 3 Diseo de Esttucturas Hidrulicas MSc. Ing. Juan W. Cabrera COLEGIO DE INGENIEROS DEL PER - CD Hunuco

Algunas secciones simplificadas de diques de tierra y enrocado

DIPLOMADO EN INGENIERA HIDRALICA 2015 Mdulo 3 Diseo de Esttucturas Hidrulicas MSc. Ing. Juan W. Cabrera COLEGIO DE INGENIEROS DEL PER - CD Hunuco 2.2 FALLAS DE LOS DIQUESPrincipalmente los diques pueden fallar por:Erosin frontal directa debido a la corriente, generalmente en la zona expuesta, y es ms comn en los suelos poco cohesivosErosin directa del terreno que sigue al desbordamientoFenmenos de tubificacinDeslizamiento o hundimiento de las mrgenes causado por la filtracinColapso parcial o total del dique por aumento de la presin del agua en los estratos permeables subyacentes al diqueFallas de cimentacin DIPLOMADO EN INGENIERA HIDRALICA 2015 Mdulo 3 Diseo de Esttucturas Hidrulicas MSc. Ing. Juan W. Cabrera COLEGIO DE INGENIEROS DEL PER - CD Hunuco

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Urbanizacin San Diego- Ro Chilln Lima - 2001DIPLOMADO EN INGENIERA HIDRALICA 2015 Mdulo 3 Diseo de Esttucturas Hidrulicas MSc. Ing. Juan W. Cabrera COLEGIO DE INGENIEROS DEL PER - CD Hunuco

Inundacin San Diego Ro Chilln Lima - 2001

DIPLOMADO EN INGENIERA HIDRALICA 2015 Mdulo 3 Diseo de Esttucturas Hidrulicas MSc. Ing. Juan W. Cabrera COLEGIO DE INGENIEROS DEL PER - CD Hunuco 2.3 FACTORES QUE INFLUYEN EN EL DISEO Tipo de suelo de cimentacin

Material utilizado

Mximo nivel de agua durante la ocurrencia de la avenida de diseo Grado de proteccin requerido DIPLOMADO EN INGENIERA HIDRALICA 2015 Mdulo 3 Diseo de Esttucturas Hidrulicas MSc. Ing. Juan W. Cabrera COLEGIO DE INGENIEROS DEL PER - CD Hunuco 2.4 DISEO DE DIQUESEl diseo de un dique consiste de:

. Determinacin de la altura. Determinacin del ancho de corona. Estudio de la cimentacin. Determinacin de los taludes laterales, anlisis de estabilidad. Drenes. Revestimientos de proteccin. Proteccin al pie del talud


2.4.1 Determinacin de la altura (H)Depende principalmente de :. El mximo nivel de agua. El borde libre (F) Cuadro No 1 Recomendaciones del Borde Libre

Descarga de Diseo (m3/s)Borde Libre (m)Menos de 2000.6200 5000.8500 - 20001.0FHDIPLOMADO EN INGENIERA HIDRALICA 2015 Mdulo 3 Diseo de Esttucturas Hidrulicas MSc. Ing. Juan W. Cabrera COLEGIO DE INGENIEROS DEL PER - CD Hunuco CANALES CON FONDO MOVILIniciacin del movimientoEl movimiento de las partculas de fondo empieza cuando el esfuerzo de corte actuante , es igual al esfuerzo de corte crtico La velocidad de corte V* esta definida por

- Criterio de Shields (arenas)Shields, demuestra que la iniciacin del movimiento de una partcula slida de dimetro d, puede describirse, cuando hay influencia de la subcapa laminar, como la relacin entre dos parmetros adimensionales siguientes: Parmetro de Shields

Indice de inestabilidad



Tambin se puede establecer una relacin entre el esfuerzo de corte crtico y un dimetro adimensional definido como:DIPLOMADO EN INGENIERA HIDRALICA 2015 Mdulo 3 Diseo de Esttucturas Hidrulicas MSc. Ing. Juan W. Cabrera COLEGIO DE INGENIEROS DEL PER - CD Hunuco d


DIPLOMADO EN INGENIERA HIDRALICA 2015 Mdulo 3 Diseo de Esttucturas Hidrulicas MSc. Ing. Juan W. Cabrera COLEGIO DE INGENIEROS DEL PER - CD Hunuco B. Tipos de Fondo en Ros con Lecho de Arena Si se toma como base un lecho plano consistente de partculas no cohesivas, libres y mviles, para un flujo de velocidad gradualmente creciente, se tiene la configuracin del fondo es variable, y pasa por varios estados: fondo plano, rizos, dunas, antidunas.Estas configuraciones de fondo pueden describirse de acuerdo con diferentes parmetrosadimensionales:

Nmero de movilidad

velocidad de cada delas partculas del lechoen aguas quietas

Indice de inestabilidad

Espesor de la subcapa laminar

FONDO PLANORIZOS (Solo aparecen con arena fina (< 6 mm)DUNASANTIDUNASDIPLOMADO EN INGENIERA HIDRALICA 2015 Mdulo 3 Diseo de Esttucturas Hidrulicas MSc. Ing. Juan W. Cabrera COLEGIO DE INGENIEROS DEL PER - CD Hunuco

RIZOS EN EL LECHO DE UN RIO

ANTIDUNASDIPLOMADO EN INGENIERA HIDRALICA 2015 Mdulo 3 Diseo de Esttucturas Hidrulicas MSc. Ing. Juan W. Cabrera COLEGIO DE INGENIEROS DEL PER - CD Hunuco 1. RIZOS . Son pequeas ondulaciones con altura mxima del orden de centmetros y longitud de onda mxima de decmetros. Slo aparecen con arena fina (d 30). Mnima influencia de olas y de impacto de sedimentos y material flotante1.0 1.2Flujo 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 1.6Aproximacin al flujo rpidamente 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 botes1.6 2.0DIPLOMADO EN INGENIERA HIDRALICA 2015 Mdulo 3 Diseo de Esttucturas Hidrulicas MSc. Ing. Juan W. Cabrera COLEGIO DE INGENIEROS DEL PER - CD Hunuco b. Tamao de las rocas (continuacin)b3 Recomendaciones de la Comisin Federal de Electricidad de Mexico Dimetros mnimos de las piedras de proteccin, en centimetros, para un tirante igual a 1m (*)

Velocidad de la corriente V1,en m/s Peso especfico del material, en Kg/m3 1600 1800 2000 2200 24001.02.03.04.0>4.5 8

18

38 68

8

16

34 60 7

13

31 54

85 6

13

28 50

77 6

12

26 46

70DIPLOMADO EN INGENIERA HIDRALICA 2015 Mdulo 3 Diseo de Esttucturas Hidrulicas MSc. Ing. Juan W. Cabrera COLEGIO DE INGENIEROS DEL PER - CD Hunuco (*) En el cuadro anterior, si el tirante y es diferente de 1 m: , donde

Conocidos V e y, se despeja V1, y se regresa al cuadro para conocer el dimetro de las piedras.

b4. Resistencia contra la accin de las olas Se tiene una ola , de altura H, longitud L, que impacta sobre un enrocado, avanzando hacia arriba, luego el agua regresa a lo largo del talud. Se tienen las siguientes frmulas para el clculo de la masa mnima de las rocas, de tal manera que puedan resistir el ataque de las olas:

DIPLOMADO EN INGENIERA HIDRALICA 2015 Mdulo 3 Diseo de Esttucturas Hidrulicas MSc. Ing. Juan W. Cabrera COLEGIO DE INGENIEROS DEL PER - CD Hunuco b4. Resistencia contra la accin de las olas (continuacin)- Frmula de Iribarren

- Frmula de Hudson

Donde: rr = densidad de la roca en Kmasa/m3 r = densidad del agua en Kmasa/m3

M = masa de la roca en Kgmasa

Taludy/Lf1V:2H0.250.30.40.0210.0150.0141V:2.5H0.250.30.40.0280.0190.0181V:3H0.250.30.40.0390.0290.028

DIPLOMADO EN INGENIERA HIDRALICA 2015 Mdulo 3 Diseo de Esttucturas Hidrulicas MSc. Ing. Juan W. Cabrera COLEGIO DE INGENIEROS DEL PER - CD Hunuco c. Espesor del enrocadoSimons y Senturk recomiendan que el espesor del enrocado debe ser lo suficiente para acomodar la roca de mayor tamao

d. Distribucin del tamao de las rocas

Recomendaciones de Simons y Senturk- La Relacin tamao mximo de la roca entre el dimetro d50 debe ser aproximadamente 2- La relacin entre d50 y d20 debe ser tambin aproximadamente 2

Recomendaciones del U.S. Department of TransportationLa graduacin de las piedras del enrocado afecta su resistencia a la erosin. Cada carga del enrocado debe ser razobablemente bien graduada desde el tamao ms pequeo hasta el tamao ms grande. En el siguiente cuadro se presenta los lmites de la graduacin de las piedras DIPLOMADO EN INGENIERA HIDRALICA 2015 Mdulo 3 Diseo de Esttucturas Hidrulicas MSc. Ing. Juan W. Cabrera COLEGIO DE INGENIEROS DEL PER - CD Hunuco Lmites de Graduacin de las Rocas (Recomendaciones de U.S. Department of Transportation)

Rango del tamao de roca (pies)Rango de peso de la roca (libras)Porcentaje de graduacinMenor que1.5 D50 a 1.7 D503.0 W50 a 5.0 W501001.2 D50 a 1.4 D502.0 W50 a 2.75 W50

851.0 D50 a 1.15 D501.0 W50 a 1.5 W50

500.4 D50 a 0.6 D500.1 W50 a 0.2 W50

15DIPLOMADO EN INGENIERA HIDRALICA 2015 Mdulo 3 Diseo de Esttucturas Hidrulicas MSc. Ing. Juan W. Cabrera COLEGIO DE INGENIEROS DEL PER - CD Hunuco 2.2 FILTROSLa estabilidad del revestimiento, en una ribera o en un dique, depende no solamente del tipo y construccin del enrocado, sino que depende en gran medida del tipo y composicin del filtroEl filtro protege al suelo de la erosin debido a la corriente de agua, ataque de olas, y de flujos subterrneos; y evita el movimiento de las partculas finas que conforma el suelo protegidoSe tiene que tener en cuenta, que dependiendo de las condiciones de diseo, el flujo en el filtro puede tener componentes:- a lo largo del enrocado en la direccin del alineamiento del ro - hacia arriba o hacia debajo del talud del enrocado- Perpendicular al talud- Hacia adentro o hacia fuera del suelo protegidoSe puede tener filtros de material granular, o filtros de geotextil

DIPLOMADO EN INGENIERA HIDRALICA 2015 Mdulo 3 Diseo de Esttucturas Hidrulicas MSc. Ing. Juan W. Cabrera COLEGIO DE INGENIEROS DEL PER - CD Hunuco 2.2 FILTROS (continuacin)Filtros de material Granular Para evitar la obstruccin del filtro es preferible que no ms que 5% del material del filtro sea ms pequeo que 0.75 mm Las curvas granulomtricas del filtro y del material del suelo debern ser ms o menos paralelas en el rango de los dimetros pequeos En cuanto a la granulometra del material del filtro se han hecho muchas investigaciones entre las que tenemos:

- Simons y Senturk recomiendan que la granulometra de los filtros debe cumplir con las siguientes ecuaciones: d50(del filtro) / d50(del terreno drenado) < 40 5 < d15(del filtro) / d15(del terreno drenado) < 40 d15(del filtro) / d85(del terreno drenado) < 5 Se sugiere que el espesor mnimo del filtro de grava sea la mitad del espesor del enrocado

DIPLOMADO EN INGENIERA HIDRALICA 2015 Mdulo 3 Diseo de Esttucturas Hidrulicas MSc. Ing. Juan W. Cabrera COLEGIO DE INGENIEROS DEL PER - CD Hunuco - Terzaghi recomienda que la granulometra de los filtros debe cumplir con las siguientes ecuaciones:

5 < d15(del filtro) / d15(del terreno drenado )

d15(del filtro) / d85(del terreno drenado) < 4 El espesor mnimo del filtro emin = 25 d50(del filtro)

DIPLOMADO EN INGENIERA HIDRALICA 2015 Mdulo 3 Diseo de Esttucturas Hidrulicas MSc. Ing. Juan W. Cabrera COLEGIO DE INGENIEROS DEL PER - CD Hunuco b. Filtros de Geotextil b1 Ventajas y desventajas Los filtros sinteticos son otra alternativa con respecto a los filtros granulares. Ventajas:- La instalacin es generalmente rpida y eficiente- Son consistentes y tinen una calidad de material ms confiable- Son capaces de deformarse con el enrocado y permanecen continuos

Desventajas: - Puede haber dificultad para colocarlos debajo el agua- El desarrollo de bacterias dentro del suelo, o sobre el filtro puede alterar el comportamiento hidrulico definido en las especificaciones de fbricaDIPLOMADO EN INGENIERA HIDRALICA 2015 Mdulo 3 Diseo de Esttucturas Hidrulicas MSc. Ing. Juan W. Cabrera COLEGIO DE INGENIEROS DEL PER - CD Hunuco b1 Caractersticas del geotextil Los geotextiles que se colocan debajo de los enrocados de proteccin se recomiendan que cumplan con las siguientes especificaciones mnimas :Geotextil no tejido, de fibras continuas termoligado, de polipropileno estabilizado (para garantizar su resistencia al reventamiento durante el colocado de las piedras), del tipo Typar o similar, imputrescible EnsayoUnidadesNormaValor- PesoGg/m2D-3776200 (min)- EspesormmD-17772.0 (min)- Resistencia desgarre longitudinalND-4533330 (min)- Resistencia desgarre transversalND-4533330 (min)- A.O.SMallaD-473150 (max)- LuzmmD-4751 1 (max)- Resistencia a la perforacin N D-3787 400 min)DIPLOMADO EN INGENIERA HIDRALICA 2015 Mdulo 3 Diseo de Esttucturas Hidrulicas MSc. Ing. Juan W. Cabrera COLEGIO DE INGENIEROS DEL PER - CD Hunuco b2 Colocacin Un buen contacto entre el geotextil y el suelo es esencial. Por esta razn la superficie de la ribera o del dique debe ser una superficie lisa, libre de protuberancias, depresiones y lentes de material sueltoDebe ser colocado suavemente, sin pliegues, de arriba hacia abajoSe debe tener mucho cuidado al colocar el enrocado, pues puede romper el geotextilSi las rocas tienen aristas filudas se debe colocar una subcapa granular entre el enrocado y el geotextilDespues de colocar el enrocado, el geotextil debe ser aseguardo al pie de este, tal como se indica en la figura, y anclado en la parte alta de la ribera o diqueDIPLOMADO EN INGENIERA HIDRALICA 2015 Mdulo 3 Diseo de Esttucturas Hidrulicas MSc. Ing. Juan W. Cabrera COLEGIO DE INGENIEROS DEL PER - CD Hunuco Colocacin del geotextil Introducir el geotextil dentro de la base del enrocado

Geotextil

11DIPLOMADO EN INGENIERA HIDRALICA 2015 Mdulo 3 Diseo de Esttucturas Hidrulicas MSc. Ing. Juan W. Cabrera COLEGIO DE INGENIEROS DEL PER - CD Hunuco 2.3 PROTECCION AL PIE DEL TALUDLa socavacin 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 la siguiente figura se muestra un esquema de proteccin

Mximo nivel del agua 1.5 dg Filtro dg profundidad de socavacin generalDIPLOMADO EN INGENIERA HIDRALICA 2015 Mdulo 3 Diseo de Esttucturas Hidrulicas MSc. Ing. Juan W. Cabrera COLEGIO DE INGENIEROS DEL PER - CD Hunuco Tal como se observa en la figura siguiente el enrocado al pie del talud es colocado en una zanja a lo largo de todo el tramo protegido, cuyo tamao esta relacionado con la profundidad de socavacin general dg.

Se debe tener mucho cuidado, durante la colocacin de las piedras que no se formen montculos, generando un dique bajo. Estos montculos a lo largo de la base del talud podra resultar en una concentracin de flujo a lo largo del tramo enrocado, produciendo su falla.


Diferentes formas de colocacin de enrocadosDIPLOMADO EN INGENIERA HIDRALICA 2015 Mdulo 3 Diseo de Esttucturas Hidrulicas MSc. Ing. Juan W. Cabrera COLEGIO DE INGENIEROS DEL PER - CD Hunuco Los extremos del tramo protegido deben tener un tratamiento adecuado, de tal manera que no haya peligro de que los flujos de avenida tiendan tambin a discurrir por debajo de los enrocados, haciendoles fallar.En cada extremo debe haber un anclaje hacia el interior de la ribera. En la siguiente figura se muestra una instalacin tpica de enrocado en los extremos del tramo protegido.

A A B B

direccin del flujo

3T (min) T 1.5 2T (min)Relleno 1.5 m (min) compactado 3T T Seccin AA Seccin BB

2.4 TRATAMIENTO DE LOS EXTREMOS DEL TRAMO PROTEGIDODIPLOMADO EN INGENIERA HIDRALICA 2015 Mdulo 3 Diseo de Esttucturas Hidrulicas MSc. Ing. Juan W. Cabrera COLEGIO DE INGENIEROS DEL PER - CD Hunuco

ESPIGONESDIPLOMADO EN INGENIERA HIDRALICA 2015 Mdulo 3 Diseo de Esttucturas Hidrulicas MSc. Ing. Juan W. Cabrera COLEGIO DE INGENIEROS DEL PER - CD Hunuco 5.1 GENERALIDADESLos espigones son obras transversales que avanzan desde la orilla existente hasta la nueva lnea de orilla, para reducir las anchuras excesivas del lecho, provocando la sedimentacin de la zona limitada por ellos

Siempre se debe tener en cuenta que tales estructuras son obstculos en el flujo natural del ro por lo que puede haber reaccin

Las ventajas de los espigones sobre las obras longitudinales estriban en que permiten modificar posteriormente con facilidad el ancho del lecho ; pero en cambio ofrecen el inconveniente de no formar un lecho regular, ya que constituyen solamente guas a relativamente grandes distancias, y entre ellas el lecho se forma libremente

La razn principal de que se empleen a pesar de este inconveniente, radica en que implican menos desembolsos

En ros de montaa con considerable transporte de sedimentos los espigones no dan buen resultado

Estas estructuras han sido muy efectivas en ros pequeos y medianos.

Los espigones se usan comnmente en proteccin de tramos en curva

DIPLOMADO EN INGENIERA HIDRALICA 2015 Mdulo 3 Diseo de Esttucturas Hidrulicas MSc. Ing. Juan W. Cabrera COLEGIO DE INGENIEROS DEL PER - CD Hunuco 4.2 Espigones permeables e impermeables4.2.1 Espigones PermeablesComo se observa en la figura, los espigones permeables constan de una o ms filas de caballetes (de acero, madera, concreto). Debido a su espaciamiento el agua puede pasar, pero se origina un remanso aguas arriba, se incrementan las prdidas de energa, haciendo que ocurran sedimentaciones aguas arriba de los espigones

Tambin son permeables los espigones hechos con enrocados y con gavionesDIPLOMADO EN INGENIERA HIDRALICA 2015 Mdulo 3 Diseo de Esttucturas Hidrulicas MSc. Ing. Juan W. Cabrera COLEGIO DE INGENIEROS DEL PER - CD Hunuco 4.2.2 Espigones Impermeables Los espigones impermeables son construdos de piedra, grava y roca, como diques de tierra con proteccin en los taludes, o como estructuras de concreto.

Profundidad de socavacinesperadaRevestmientoLlanura de inundacinNivel del cauceProteccin en la baseProteccin en la baseFiltroTierra compactadaDIPLOMADO EN INGENIERA HIDRALICA 2015 Mdulo 3 Diseo de Esttucturas Hidrulicas MSc. Ing. Juan W. Cabrera COLEGIO DE INGENIEROS DEL PER - CD Hunuco 4.3 Partes de un EspignLas denominaciones de las diferentes partes de un espign se indican en la figura

Alrededor del morro ocurren fenmenos de socavacin local, por lo tanto se debe hacer mucho ms seguro la proteccin tanto en el talud, como al pie de este. Los espigones sumergidos necesitan tambien tener proteccin en la cresta El talud en el morro es mayor que los taludes del frente y la espalda del espign FrenteEspaldacrestaMorroArranqueDIPLOMADO EN INGENIERA HIDRALICA 2015 Mdulo 3 Diseo de Esttucturas Hidrulicas MSc. Ing. Juan W. Cabrera COLEGIO DE INGENIEROS DEL PER - CD Hunuco 4.4 Espigones no sumergibles y sumergiblesEspigones no sumergibles Son los ms efectivosCausan mayores profundidades en los fenmenos de socavacin local Tramo 1 Tramo2 Llanura de inundacin

b. Espigones sumergibles durante los mximos niveles de agua Son ms baratos, pero causan menos sedimentacin, y crean turbulencia durante el proceso de sumergencia, por lo que las protecciones al pie de los taludes deben ser de mayor longitud

Socavacin Socavacin Inicio de sumergencia Alto grado de sumergenciaDIPLOMADO EN INGENIERA HIDRALICA 2015 Mdulo 3 Diseo de Esttucturas Hidrulicas MSc. Ing. Juan W. Cabrera COLEGIO DE INGENIEROS DEL PER - CD Hunuco 4.5 Caractersticas del Flujo alrededor de los espigones

Socavacin locala. Espign con inclinacin hacia aguas arribaErosin de riberab. Espign con inclinacin hacia aguas abajoSocavacin localSocavacin localc. Espign normal al flujoSocavacin localDIPLOMADO EN INGENIERA HIDRALICA 2015 Mdulo 3 Diseo de Esttucturas Hidrulicas MSc. Ing. Juan W. Cabrera COLEGIO DE INGENIEROS DEL PER - CD Hunuco

Caractersticas del Flujo Alrededor del Morro de un Espign Normal a la Corriente Impacto del flujoCrestaDIPLOMADO EN INGENIERA HIDRALICA 2015 Mdulo 3 Diseo de Esttucturas Hidrulicas MSc. Ing. Juan W. Cabrera COLEGIO DE INGENIEROS DEL PER - CD Hunuco 5.6 LOCALIZACION EN PLANTAAl proyectar una obra de defensa, ya sea respetando la orilla actual, o bien en una nueva margen (al hacer una rectificacin), se requiere trazar en planta el eje del ro, y en las orillas delinear una frontera, generalmente paralela a dicho eje, a lo cual llegarn los extremos de los espigones

La longitud de cada espign estar dada por la distancia de la orilla real a esa lnea

La separacin entre las nuevas orillas, es decir, el ancho B, estar dado por el estudio de estabilidad de la corriente que se haya hecho.EspigonesLnea de fronteraBDIPLOMADO EN INGENIERA HIDRALICA 2015 Mdulo 3 Diseo de Esttucturas Hidrulicas MSc. Ing. Juan W. Cabrera COLEGIO DE INGENIEROS DEL PER - CD Hunuco Cuando se trata de una rectificacin en cauces formados por arenas y limos conviene, dentro de los posible, que los radios de las curvas, medidos hasta el eje del ro, 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 ser el de menor longitud posible (igual al tirante) y los otros dos aumentarn 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

BEspigonesDIPLOMADO EN INGENIERA HIDRALICA 2015 Mdulo 3 Diseo de Esttucturas Hidrulicas MSc. Ing. Juan W. Cabrera COLEGIO DE INGENIEROS DEL PER - CD Hunuco LOCALIZACION EN PLANTA DEUNA OBRA DE DEFENSA CONESPIGONES

EspigonesDiques guiaa. Curva trazada con un solo radiob. Curva formada con tramos que diferente radio de curvatura DIPLOMADO EN INGENIERA HIDRALICA 2015 Mdulo 3 Diseo de Esttucturas Hidrulicas MSc. Ing. Juan W. Cabrera COLEGIO DE INGENIEROS DEL PER - CD Hunuco 4.7 LONGITUD DE LOS ESPIGONESLa longitud total de un espign se divide en una longitud de anclaje o empotramiento (LA), y en una longitud de trabajo (LT)

Se recomienda que la longitud de trabajo est dentro de los siguientes lmites: y < LT < B/4 Donde: B = ancho medio del cauce, en metrosy = tirante medio

Los valores de B, y del tirante deben ser los correspondientes al gasto formativo, o aquel gasto que de permanecer constante a lo largo del ao, transportar la misma cantidad de material de fondo que el hidrograma anual. Algunos autores consideran como gasto formativo, el gasto mximo que es capaz de pasar por el cauce principal sin que desborde hacia la planicie MargenLALTLA= 0.1 a 0.25LTDIPLOMADO EN INGENIERA HIDRALICA 2015 Mdulo 3 Diseo de Esttucturas Hidrulicas MSc. Ing. Juan W. Cabrera COLEGIO DE INGENIEROS DEL PER - CD Hunuco 4.4 SEPARACION ENTRE ESPIGONESSe mide en la orilla entre los puntos de arranque de cada uno

Separacin en tramos rectos a. Recomendaciones del Laboratorio de Hidrulica de Delft

metros Donde:Co = constante (aproximadamente = 0.6)y = tirante medio de la corrienten = Coeficiente de Manning

LTSPaaaDIPLOMADO EN INGENIERA HIDRALICA 2015 Mdulo 3 Diseo de Esttucturas Hidrulicas MSc. Ing. Juan W. Cabrera COLEGIO DE INGENIEROS DEL PER - CD Hunuco b. Otras recomendaciones

Sp = 4LT a 4.5LT Sp = B a 2B

c. En funcin del ngulo a

Angulo aSeparacin, SP70o a 90o4.5LT a 5.5LT60o5LT a 6LT DIPLOMADO EN INGENIERA HIDRALICA 2015 Mdulo 3 Diseo de Esttucturas Hidrulicas MSc. Ing. Juan W. Cabrera COLEGIO DE INGENIEROS DEL PER - CD Hunuco d. Separacin en curvas- Si la curva es regular, la separacin 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

Lnea a la que llegan losExtremos de los espigonesaaa90o90o90obbbEspignDIPLOMADO EN INGENIERA HIDRALICA 2015 Mdulo 3 Diseo de Esttucturas Hidrulicas MSc. Ing. Juan W. Cabrera COLEGIO DE INGENIEROS DEL PER - CD Hunuco 4.6 ELEVACIONES Y PENDIENTES DE LA CORONAa. 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 espign nunca ha de estar ms alta que la orilla prxima, porque de lo contrario las crecidas podran rodear el arranque, arrastrando tierra de la orilla antigua.

b. Espigones sumergibles En este tipo de espigones la cresta es ascendente hacia arriba. Si el morro del espign queda por debajo del nivel de estiaje, se le denomina espign baado, y si toda la cresta se encuentra por debajo de dicho nivel , se dice que el espign es de tipo sumergido Se inician a la elevacin de la margen , o a la elevacin de la superficie libre al ocurrir el gasto formativo.

DIPLOMADO EN INGENIERA HIDRALICA 2015 Mdulo 3 Diseo de Esttucturas Hidrulicas MSc. Ing. Juan W. Cabrera COLEGIO DE INGENIEROS DEL PER - CD Hunuco b. Espigones sumergidos (continuacin) El extremo dentro del cauce puede tener alturas mximas de 0.5 m. Sobre el fondo actual La pendiente de la cresta puede estar entre 0.05 a 0.25

Espign sumergido con revestimientoACauce inicialCauce equilibradoSECCION LONGITUDINALPLANTASECCION TRANSVERSALSoDIPLOMADO EN INGENIERA HIDRALICA 2015 Mdulo 3 Diseo de Esttucturas Hidrulicas MSc. Ing. Juan W. Cabrera COLEGIO DE INGENIEROS DEL PER - CD Hunuco Se recomienda una pendiente S uniforme hasta el fondo. El piso C de los espigones debe construirse primero para evitar erosiones locales durante la construccinS0.5 mCLTLTNivel del agua para eldominantePosible erosinEspignColocacin de un espign cuando la margen no esta muy elevadab. Colocacin de un espign cuando la margen esta muy elevadaDIPLOMADO EN INGENIERA HIDRALICA 2015 Mdulo 3 Diseo de Esttucturas Hidrulicas MSc. Ing. Juan W. Cabrera COLEGIO DE INGENIEROS DEL PER - CD Hunuco 4.7 TALUDES a. Taludes de la espalda y del frente del espign Los taludes tienen taludes laterales que varian de 1 : 1.25 a 1 : 3, dependiendo del material de construccin

b. Talud de Morro El talud del morro es mayor que los taludes laterales, varian entre 1 : 2.5 a 1 : 5DIPLOMADO EN INGENIERA HIDRALICA 2015 Mdulo 3 Diseo de Esttucturas Hidrulicas MSc. Ing. Juan W. Cabrera COLEGIO DE INGENIEROS DEL PER - CD Hunuco 4.8 ORIENTACION DE LOS ESPIGONES Los espigones pueden estar dirigidos hacia aguas abajo o aguas arriba, tambin ser normales a la corriente La experiencia ha demostrado que el relleno ms rpido tiene lugar en espigones con inclinacin Se recomienda orientaciones de espigones hacia aguas arriba en rios grandes y anchos, y hacia aguas abajo en ros relativamente angostos

DIPLOMADO EN INGENIERA HIDRALICA 2015 Mdulo 3 Diseo de Esttucturas Hidrulicas MSc. Ing. Juan W. Cabrera COLEGIO DE INGENIEROS DEL PER - CD Hunuco 4.9 ESPIGONES DE ENROCADOa. Caractersticas Tal como se observa en la figura , la seccin transversal del enrocado es trapezoidal y simtrica, y esta constituido de rocas El talud del morro es mayor que los taludes laterales

EnrocadoProteccin al pie del Talud del morroRelleno con roca de Menor dimetroDIPLOMADO EN INGENIERA HIDRALICA 2015 Mdulo 3 Diseo de Esttucturas Hidrulicas MSc. Ing. Juan W. Cabrera COLEGIO DE INGENIEROS DEL PER - CD Hunuco 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.

CestonesEnrocado deproteccinDIPLOMADO EN INGENIERA HIDRALICA 2015 Mdulo 3 Diseo de Esttucturas Hidrulicas MSc. Ing. Juan W. Cabrera COLEGIO DE INGENIEROS DEL PER - CD Hunuco b. Calidad de las rocas

La roca debe ser sana, dura, de canteraDebe ser resistente al agua y a los esfuerzos de corteSe recomienda las rocas gneas como: granito, granodiorita, diorta, basalto, riolta, etc., con densidad relativa DR > 2La mejor forma de la roca es la angular La estabilidad del enrocado depende de la forma, tamao y masa de las piedras, y de una adecuada distribucin de tamaos

DIPLOMADO EN INGENIERA HIDRALICA 2015 Mdulo 3 Diseo de Esttucturas Hidrulicas MSc. Ing. Juan W. Cabrera COLEGIO DE INGENIEROS DEL PER - CD Hunuco c. Tamao de las rocasLa estabilidad de una roca es una funcin de su tamao, expresada ya sea en trminos de su peso dimetro equivalenteSe han efectuado muchos estudios para determinar el tamao de las rocas, entre los que tenemos: - Frmula de Maynord

Donde: d50 es el dimetro medio de las rocas, y los valores recomendados de C1 y C2 se muestran a continuacin:

- Valores de C1: - Fondo plano C1 = 0.28- Talud 1V:3H C1 = 0.28- Talud1V: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

DIPLOMADO EN INGENIERA HIDRALICA 2015 Mdulo 3 Diseo de Esttucturas Hidrulicas MSc. Ing. Juan W. Cabrera COLEGIO DE INGENIEROS DEL PER - CD Hunuco c. Tamao de las rocas (continuacin)Frmula de Isbash

Donde: d = dimetro mnimo de las rocas rr= densidad de las rocas r = densidad del agua

Frmula de Goncharov

DIPLOMADO EN INGENIERA HIDRALICA 2015 Mdulo 3 Diseo de Esttucturas Hidrulicas MSc. Ing. Juan W. Cabrera COLEGIO DE INGENIEROS DEL PER - CD Hunuco c. Tamao de las rocas (continuacin)c1 Frmula de Levi

c2 Recomendacin del U.S.Department of Transportation Sistema ingls

El tamao recomendado de la roca es:

Donde: Q = es el ngulo de inclinacin del talud F = es el ngulo de reposo del enrocado DR = densidad relativa FS = factor de seguridad En el siguiente cuadro se muestra valores del factor de seguridad FS


Recomendacin del U.S.Department of Transportation (continuacin)

Valores de los factores de seguridad FS

CondicinFSFlujo uniforme, tramos rectos o ligeramente curvos (radio de la curva / ancho del canal > 30). Mnima influencia de olas y de impacto de sedimentos y material flotante1.0 1.2Flujo 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 1.6Aproximacin al flujo rpidamente 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 botes1.6 2.0DIPLOMADO EN INGENIERA HIDRALICA 2015 Mdulo 3 Diseo de Esttucturas Hidrulicas MSc. Ing. Juan W. Cabrera COLEGIO DE INGENIEROS DEL PER - CD Hunuco d . Espesor del enrocadoSimons y Senturk recomiendan que el espesor del enrocado debe ser lo suficiente para acomodar la roca de mayor tamao

e. Distribucin del tamao de las rocas

Recomendaciones de Simons y Senturk- La Relacin tamao mximo de la roca entre el dimetro d50 debe ser aproximadamente 2- La relacin entre d50 y d20 debe ser tambin aproximadamente 2

Recomendaciones del U.S. Department of TransportationLa graduacin de las piedras del enrocado afecta su resistencia a la erosin. Cada carga del enrocado debe ser razobablemente bien graduada desde el tamao ms pequeo hasta el tamao ms grande. En el siguiente cuadro se presenta los lmites de la graduacin de las piedras DIPLOMADO EN INGENIERA HIDRALICA 2015 Mdulo 3 Diseo de Esttucturas Hidrulicas MSc. Ing. Juan W. Cabrera COLEGIO DE INGENIEROS DEL PER - CD Hunuco Lmites de Graduacin de las Rocas (Recomendaciones de U.S.Department of Transportation)

Rango del tamao de roca (pies)Rango de peso de la roca (libras)Porcentaje de graduacinMenor que1.5 D50 a 1.7 D503.0 W50 a 5.0 W501001.2 D50 a 1.4 D502.0 W50 a 2.75 W50

851.0 D50 a 1.15 D501.0 W50 a 1.5 W50

500.4 D50 a 0.6 D500.1 W50 a 0.2 W50

15DIPLOMADO EN INGENIERA HIDRALICA 2015 Mdulo 3 Diseo de Esttucturas Hidrulicas MSc. Ing. Juan W. Cabrera COLEGIO DE INGENIEROS DEL PER - CD Hunuco f. Proteccin al pie del taludLa socavacin al pie del enrocado es uno de los principales mecanismos de fallaPor lo tanto se debe proteger la base del talud con enrocado. En la siguiente figura se muestra un esquema de proteccin

Mximo nivel del agua 1.5 dg dg profundidad de socavacin generalCresta protegida en espigonessumergidosDIPLOMADO EN INGENIERA HIDRALICA 2015 Mdulo 3 Diseo de Esttucturas Hidrulicas MSc. Ing. Juan W. Cabrera COLEGIO DE INGENIEROS DEL PER - CD Hunuco g. Proteccin al pie del morroEn en este caso la longitud de proteccin es mayor

Mximo nivel del agua 2.0 dg dg profundidad de socavacin generalDIPLOMADO EN INGENIERA HIDRALICA 2015 Mdulo 3 Diseo de Esttucturas Hidrulicas MSc. Ing. Juan W. Cabrera COLEGIO DE INGENIEROS DEL PER - CD Hunuco CASO DE APLICACIONDEFENSAS RIBEREAS ZONA SECTOR AVISPA RIO INAMBARIDIPLOMADO EN INGENIERA HIDRALICA 2015 Mdulo 3 Diseo de Esttucturas Hidrulicas MSc. Ing. Juan W. Cabrera COLEGIO DE INGENIEROS DEL PER - CD Hunuco

InterocenicaProceso acelerado de socavacin lateralRIO INAMBARI PROCESO ACELERADO DE SOCAVACION LATERALDIPLOMADO EN INGENIERA HIDRALICA 2015 Mdulo 3 Diseo de Esttucturas Hidrulicas MSc. Ing. Juan W. Cabrera COLEGIO DE INGENIEROS DEL PER - CD Hunuco

SCTOR AVISPA SITUACION EL 09 OCTUBRE DEL 2009Interocenica11 mDIPLOMADO EN INGENIERA HIDRALICA 2015 Mdulo 3 Diseo de Esttucturas Hidrulicas MSc. Ing. Juan W. Cabrera COLEGIO DE INGENIEROS DEL PER - CD Hunuco

3 mAparicin de grietas en la vaSECTOR AVISPA SITUACION 31 OCTUBRE DEL 2009DIPLOMADO EN INGENIERA HIDRALICA 2015 Mdulo 3 Diseo de Esttucturas Hidrulicas MSc. Ing. Juan W. Cabrera COLEGIO DE INGENIEROS DEL PER - CD Hunuco

InterocenicaRIO INAMBARI - CONSTRUCCION DE ESPIGONESDIPLOMADO EN INGENIERA HIDRALICA 2015 Mdulo 3 Diseo de Esttucturas Hidrulicas MSc. Ing. Juan W. Cabrera COLEGIO DE INGENIEROS DEL PER - CD Hunuco

InterocenicaRIO INAMBARIEspigonesDIPLOMADO EN INGENIERA HIDRALICA 2015 Mdulo 3 Diseo de Esttucturas Hidrulicas MSc. Ing. Juan W. Cabrera COLEGIO DE INGENIEROS DEL PER - CD Hunuco



SECTOR AVISPA FOTO DESDE AVION (ABRIL 2009)Ro InambariSector AvispaInterocenicaDIPLOMADO EN INGENIERA HIDRALICA 2015 Mdulo 3 Diseo de Esttucturas Hidrulicas MSc. Ing. Juan W. Cabrera COLEGIO DE INGENIEROS DEL PER - CD Hunuco

SECTOR AVISPA FOTO DESDE AVION (SETIEMBRE 2011)

Sector AvispaInterocenicaRo InambariDIPLOMADO EN INGENIERA HIDRALICA 2015 Mdulo 3 Diseo de Esttucturas Hidrulicas MSc. Ing. Juan W. Cabrera COLEGIO DE INGENIEROS DEL PER - CD Hunuco 4.10 PROTECCION CONTRA SOCAVACION AL PIE DE ESTRIBOS DE PUENTESSe puede evitar la socavacin al pie de estribos con dos mtodos diferentes

El primero consiste en sutituir el material erosionable del fondo, con un enrocado de caractersticas similares al que se coloca en el morro de un espign

El segundo consiste en colocar en el extremo de cada estribo un dique de encauzamiento (o dique guia)

DIPLOMADO EN INGENIERA HIDRALICA 2015 Mdulo 3 Diseo de Esttucturas Hidrulicas MSc. Ing. Juan W. Cabrera COLEGIO DE INGENIEROS DEL PER - CD Hunuco DEFINICIN TPICA DE LA CONTRACCIN DEL FLUJO EN UN PUENTE SOBRE UN RIO CON LLANURAS DE INUNDACIONDIPLOMADO EN INGENIERA HIDRALICA 2015 Mdulo 3 Diseo de Esttucturas Hidrulicas MSc. Ing. Juan W. Cabrera COLEGIO DE INGENIEROS DEL PER - CD Hunuco Tipos de flujo dentro de un puente (1)


Tipos de flujo dentro de un puente (2)DIPLOMADO EN INGENIERA HIDRALICA 2015 Mdulo 3 Diseo de Esttucturas Hidrulicas MSc. Ing. Juan W. Cabrera COLEGIO DE INGENIEROS DEL PER - CD Hunuco FORMA Y SECCION TRANSVERSAL DE UN DIQUE GUIA

La geometra en planta de la porcin del dique, aguas arriba del cauce, Corresponde a un segmento de elipse. Con el fin de evitar toda erosin en el Estribo, se contina aguas abajo con otro dique que tiene una longitud aproximadamente igual a la tercera parte del anteriorDIPLOMADO EN INGENIERA HIDRALICA 2015 Mdulo 3 Diseo de Esttucturas Hidrulicas MSc. Ing. Juan W. Cabrera COLEGIO DE INGENIEROS DEL PER - CD Hunuco

LsXY0.4Ls

El desarrollo del dique en planta esta definida por la siguiente ecuacin:DIPLOMADO EN INGENIERA HIDRALICA 2015 Mdulo 3 Diseo de Esttucturas Hidrulicas MSc. Ing. Juan W. Cabrera COLEGIO DE INGENIEROS DEL PER - CD Hunuco

ESQUEMA GENERAL DE UN DIQUE GUIA PARA ENCAUZAR UN RIO CON MEANDROS.DIPLOMADO EN INGENIERA HIDRALICA 2015 Mdulo 3 Diseo de Esttucturas Hidrulicas MSc. Ing. Juan W. Cabrera COLEGIO DE INGENIEROS DEL PER - CD Hunuco

diseÑo de diques

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