resumen espigones.pdf

7/25/2019 Resumen espigones.pdf

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Autor:Ing. Gerardo Fracassi

Co-Autores:Ing. Daniele Martin Ojea

Ing. Javier Herrera HernndezIng. Nelson A. Berrospid Aguilar

1 EdicinFebrero / 2012

Maccaferri do Brasil Ltda.


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PRESENTACIN

Cuando nio, pasaba parte de mis vacaciones de verano en las montaas, lo que ms me encantaba no

estos producan. El mismo efecto lo tenan cursos de agua menores, los pequeos canales profundos pocos cen-

tmetros que los campesinos haban cavado para regar sus campos. Pasaba horas acompaando el recorrido delagua, saltando de una piedra a otra en el cauce de los torrentes, acompaando sus tortuosidades, observando

mirar, tocar, meter las manos en ella a diferencia de la hidrulica en tuberas que nunca me interes por el agua

-

-

observaciones basadas en la prctica. Algunas de las valiosas informaciones que recopil en todos estos aos

en demasiados errores en el transcurso de estos aos.

Gerente de Desarrollo de Nuevas Soluciones para Amrica Latina


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PREFACIO

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-

-

-miento de estas estructuras a lo largo del tiempo. La intencin del autor es reunir en un nico documento cantidadde informacin til para que sea tenida en cuenta en el diseo.

de los ros. En el caso que esto no fuera posible, es siempre recomendable acompaar el comportamiento delos espigones durante algunas crecidas para que, a partir de la observacin de su comportamiento, se puedantomar las medidas correctivas que sean necesarias. Por este motivo se recomienda prever en el presupuesto dela obra un adicional para eventuales intervenciones posteriores.


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NDICE

1 - INTRODUCCIN ............................................................................................................................................7

2 - LOS ESPIGONES ..........................................................................................................................................9

3 - DIMENSIONAMIENTO..................................................................................................................................11

3.1 - Localizacin en planta de los espigones .........................................................................................12

3.2 - Separacin o espaciamiento entre espigones (S) ...........................................................................12

3.2.1 - Tramos rectos ..........................................................................................................................14

3.2.2 - Tramos en curva ......................................................................................................................16

3.3 - Cantidad de espigones ....................................................................................................................19

3.4 - Longitud de los espigones ...............................................................................................................19

3.5 - Forma de los espigones...................................................................................................................20

3.6 - Seccin longitudinal y transversal del espign ................................................................................23

3.6.1 - Seccin longitudinal.................................................................................................................23

3.6.2 - Seccin transversal..................................................................................................................24

3.6.3 - Cabeza de los espigones.........................................................................................................25

3.7 - Empotramiento en la orilla ...............................................................................................................25

3.8 - ngulo de orientacin respecto a la corriente..................................................................................26

3.9 - Tipo y dimensiones de la proteccin antisocavante.........................................................................28

4 - ESPIGONES EN GAVIONES........................................................................................................................35

4.1 - En el diseo .....................................................................................................................................35

4.2 - En la construccin............................................................................................................................41

5 - ESPIGONES PERMEABLES CONTRUIDOS CON TRONCOS, MALLAS Y CABLES................................45

6 - CASOS HISTRICOS ..................................................................................................................................47

Ro Challuayacu - SAN MARTN - PER ................................................................................................48

Ro Huallabamba - SAN MARTN - HUICUNGO - PER........................................................................50

Ro Huallaga - SAN MARTN - CAMPANILLA - PER ............................................................................52

Ro Huallaga - SAN MARTN - JUANJUI - PER....................................................................................54

Ro Huallaga - SAN MARTN - PICOTA - PER......................................................................................56

Ro Sisa - SAN MARTN - SAN PABLO - PER......................................................................................58

Carretera Trinidad - SAN BORJA - BENI - BOLIVIA ................................................................................60

Ro Chimore - COCHABAMBA - BOLIVIA................................................................................................62Ro Bermejo - TARIJA - BOLIVIA .............................................................................................................64

Ro Azul - CHUBUT - ARGENTINA..........................................................................................................66

Ro Lules - TUCUMN - ARGENTINA.....................................................................................................68

Ro Pescado - SALTA - ARGENTINA.......................................................................................................70

Ro Jiboa - SAN VICENTE - EL SALVADOR ...........................................................................................72

Ro Lempa - USULUTN - EL SALVADOR..............................................................................................74

Ro Paz - AHUACHAPN - EL SALVADOR.............................................................................................76

7 - BIBLIOGRAFA..............................................................................................................................................79

8 - SIGLAS Y SMBOLOS ..................................................................................................................................819 - NDICE DE LAS FOTOS Y DISEOS...........................................................................................................83


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1- INTRODUCCIN

Antes de entrar en el tema de este manual es importante recordar algunos conceptos relativos a la erosiny sedimentacin en cursos naturales de agua.

-terial que constituye el fondo. La distribucin de las velocidades en una misma seccin, su direccin y la poca

hacia aguas abajo. Al cambiar las condiciones de la corriente aguas abajo, pueden darse las condiciones paraque el material arrastrado sea depositado.

en diferente factores:

-temente, hacia aguas abajo. Este mecanismo es fcilmente perceptible en las curvas, en las cuales podemosobservar que en el margen externo se concentra la erosin, mientras que en el margen opuesto se forma un

proximidades de la orilla. Como consecuencia del aumento de la profundidad, aumentar la pendiente del mar-

-

-

Para evitar o controlar las erosiones en los mrgenes, en tramos curvos o rectos, normalmente se recu-

mayor resistencia que esta, interrumpen el fenmeno de erosin; o bien, estructuras transversales que pueden -

sibilidad al agua, etc.

quiera aumentar el calado en un sector; en estos casos, la solucin elegida son los espigones.

Para evitar o controlar las erosiones en los mrgenes, en tramos curvos o rectos, normalmente se recu-

mayor resistencia que esta, interrumpen el fenmeno de erosin; o bien, estructuras transversales que pueden -

ibilidad al agua, etc.

quiera aumentar el calado en un sector; en estos casos, la solucin elegida son los espigones.


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2 - LOS ESPIGONES

Desde el comienzo de los tiempos el hombre estableci su residencia en las orillas de los cursos de aguapara su aprovechamiento como fuente de abastecimiento de agua para pescar y movilizarse fcilmente. La ne-

entonces y, an hoy, esta necesidad est presente en la mayora de los cursos de agua naturales.

Al igual que otras obras de ingeniera, los espigones probablemente empezaron a ser usados despus dela observacin de fenmenos naturales, por ejemplo, la cada de un rbol desde el margen. Los efectos produ-cidos por la cada en el agua de un rbol o de una piedra son fcilmente perceptibles; el obstculo a la corrientecreado por las ramas del rbol o por cualquier otro objeto produce en general varios efectos:

2. Aumento local de la velocidad de la corriente debido a la reduccin de la seccin y el consiguienteaumento de la turbulencia con la creacin de remolinos;

3. Sedimentacin del material de transporte inmediatamente aguas abajo del mismo en las proximida-

des del misma margen, interrumpiendo su eventual erosin;

4. Socavacin local del fondo que evoluciona hacia el centro del cauce con el consiguiente aumentodel tirante;

5. Surgimiento de otras fosas de erosin, al lado del espign, generalmente localizadas aguas arriba.

Posiblemente por estas razones los primeros espigones de los cuales se tiene noticia fueron construidos

Los espigones son estructuras construidas a partir de los mrgenes hacia el centro del ro con el objetivode:

1. Estabilizar el curso del ro;

tales que no pueda producirse erosin;

3. Favorecer la sedimentacin del material de arrastre entre los mismos, en este caso y en el anterior

-siones;

5. En caso de ros navegables, centralizar la corriente para profundizar el cauce; en este caso usual-

En los dos primeros casos son una interesante alternativa a las protecciones longitudinales ya que, a dife-rencia de estas, permiten el acceso al ro de animales y personas y, en general, requieren una menor inversin.En el tercero, son la solucin ms econmica hoy disponible.

travs de su cuerpo.

Los permeables, al facilitar la sedimentacin, son ms indicados en ros con transporte slido importante.

velocidad, deposita los sedimentos en la zona comprendida entre los espigones que ir rellenndose y creando

-cia para este tipo de espigones en relacin a los impermeables.

Los espigones son estructuras construidas a partir de los mrgenes hacia el centro del ro con el objetivode:

1. Estabilizar el curso del ro;

tales que no pueda producirse erosin;

3. Favorecer la sedimentacin del material de arrastre entre los mismos, en este caso y en el anterior

-siones;

5. En caso de ros navegables, centralizar la corriente para profundizar el cauce; en este caso usual-

Los permeables, al facilitar la sedimentacin,


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2 - Los Espigones

En general para su construccin son usados materiales vegetales como troncos de rboles, enfajinadosy ramas o soluciones mixtas en las cuales son usados troncos unidos por mallas metlicas y cables de acero ovarillas. Estas soluciones no tienen una larga vida til, pero son usadas debido a su menor costo.

Los espigones impermeables, por provocar mayor socavacin, son ms indicados cuando se desee au- -

Pueden ser construidos con rip-rap (piedras sueltas), concreto, pilotes, geocontenedores (tubos de geotex-til) y gaviones. Esta ltima solucin es la preferida en la mayora de los pases latinoamericanos por la facilidad

-ciendo al mnimo el uso de maquinarias.

La disponibilidad de materiales cerca del local de implantacin muchas veces condiciona la eleccin deldiseador. Por ejemplo, independientemente de consideraciones econmicas, la falta de piedras de grandes di-

mensiones en las cercana impide el uso del rip-rap, mientras que la disponibilidad de piedras de menor tamaofavorece la utilizacin de los gaviones, de la misma forma la disponibilidad o falta de arena condiciona el usode los geocontenedores. De la misma forma la existencia de programas gubernamentales de erradicacin de la

-nes con gran uso de maquinaria, como en el caso del rip-rap y preferir otras que pueden requerir el uso masivo

El diseo de los espigones ha sido muy estudiado en el ltimo siglo, han sido presentados varios trabajos,pero existe muy poca literatura disponible, talvez porque difcilmente los resultados obtenidos en laboratorio o enun caso prctico puedan ser generalizados. Por esta razn, hasta hoy, la experiencia y el sentido comn son lasmejores fuentes de inspiracin para el proyectista.

La intencin de esta publicacin, como se mencion anteriormente, es resumir algunos conceptos bsicos,fruto de la experiencia de Maccaferri y del autor en obras hidrulicas.

-

teccin horizontal (cubriendo el lecho).

Los espigones impermeables, por provocar mayor socavacin, son ms indicados cuando se desee au-

Pueden ser construidos con rip-rap (piedras sueltas), concreto, pilotes, geocontenedores (tubos de geotex-til) y viones.


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3 - DIMENSIONAMIENTO

Para un correcto dimensionamiento de los espigones, en general deben ser considerados los siguientesaspectos:

i. Tirante de aguas mnimas, medias y mximas;

ii. Cantidad y tipo de material de arrastre;

iii. Rgimen hidrulico.

b. Parmetros del cauce:

i. Pendiente;

ii. Dimensiones y forma;

iii. Caractersticas morfolgicas.

Para la eleccin del material de construccin se debe tener en cuenta:a. Su disponibilidad y distancia de transporte;

b. Disponibilidad de mano de obra y de maquinaria necesarias para la construccin;

c. Costos del material, mano de obra y maquinaria;

d. Plazo de tiempo necesario para la construccin;

e. Nivel del agua durante la construccin.

1. Localizacin en planta de los espigones;

2. Separacin o espaciamiento entre espigones;

3. Cantidad de espigones;

4. Longitud de cada espign;

5. Forma del espign;

6. Seccin longitudinal y transversal, elevacin de la cresta, pendiente de la corona, inclinacin de losparamentos laterales;

7. Empotramiento en la orilla;

8. ngulo de orientacin respecto a la corriente;

9. Tipo y dimensiones de la proteccin antisocavacin.

En lo posible, deben siempre ser respectadas algunas simples reglas dictadas por la experiencia:

1. Evitar el uso de espigones en cursos de agua con pendiente superior al 2%;

2. Nunca usar espigones aisladamente, sino en grupos, con un mnimo de tres a cuatro unidades;

-ferenciales en su fundacin ya que en este caso, muy comn, la estructura podr adaptarse a la nueva

situacin sin sufrir daos. Hay que recordar que difcilmente se dispone de estudios del suelo del fondo

4. Evitar que la construccin de los espigones estrangule el cauce, especialmente durante las crecidas,

dimensionamiento de los espigones,

En lo posible, deben siempre ser respectadas algunas simples reglas dictadas por la experiencia:

vitar pendiente superior al 2%;


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3 - Dimensionamiento

para evitar efectos indeseables en la margen opuesta;

5. Posicionar el primer espign aguas arriba del punto a partir del cual empieza la erosin que se quieracontrolar;

6. Disear el primer espign aguas arriba ms corto que los siguientes y con mayor empotramiento;

7. Aumentar gradualmente la longitud de los dos espigones siguientes hasta alcanzar la longituddeseada a partir del cuarto;

10. Igualmente, la cresta en la zona de empotramiento deber ser ms alta que el mximo nivel de

para cualquier crecida;

11. La cresta, en la zona de punta, deber ser ms alta que el nivel mnimo previsto, de tal manera que

-truccin es en seco, los primeros espigones, ya terminados, pueden proteger los siguientes en caso decrecidas inesperadas que se produzcan durante su construccin. Cuando la construccin se realice enaguas profundas, permita construir los siguientes en aguas ms calmadas.

Hechas estas consideraciones preliminares examinaremos separadamente los aspectos que fueron men-cionados anteriormente.

3.1 - Localizacin en planta de los espigones

ser colocados nicamente en este margen, con el cuidado de colocar el primero siempre aguas arriba de la zonaerosionada a ser protegida. Si, por el contrario, se desea profundizar el calado del ro en su parte central, debernser colocados en ambos mrgenes.

Particular cuidado deber tomarse para no provocar alteraciones en el margen opuesto como ser explica-do ms adelante. Por este motivo, cuando sea posible, es recomendable construir espigones cortos cuya longitudpueda ser aumentada posteriormente, claro est, si esto fuese necesario, una vez observado su funcionamiento.Al observar el comportamiento del ro durante las primeras crecidas despus de la construccin de los espigo-

nueva situacin.

Est directamente relacionada con la longitud de los espigones, su forma, su localizacin (si estn ubica-dos en un tramo recto del ro o en el lado externo de una curva) y su orientacin.

Tambin es importante la presencia de un adecuado empotramiento, ya que su presencia puede permitirun aumento del espaciamiento de hasta 20% en relacin a espigones no empotrados.

3.2 - Separacin o espaciamiento entre espigones (S)

Igualmente, la cresta en la zona de empotramiento deber ser ms alta que el mximo nivel de

para cualquier crecida;

Localizacin en planta de los espigones

Si, por el contrario, se desea profundizar el calado del ro en su parte central, debernser colocados en ambos mrgenes.

es recomendable construir espigones cortos cuya longitudpueda ser aumentada posteriormente,

Est directamente relacionada con la longitud de los espigones, su forma, su localizacin (si estn ubica-dos en un tramo recto del ro o en el lado externo de una curva) y su orientacin.

Tambin es importante la presencia de un adecuado empotramiento, ya que su presencia puede permitirun aumento del espaciamiento de hasta 20% en relacin a espigones no empotrados.


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-secutivos y depende de la longitud del espign de aguas arriba.

La separacin entre los espigones es sumamente importante porque, de esta dependern los resultados

obtenidos, es decir:

Una separacin muy corta es solucin que provoca gran sedimentacin entre los espigones y consecuen-temente la plena recuperacin del margen erosionado. Seguramente ser una solucin antieconmica.

Una separacin corta provoca la sedimentacin entre los espigones y consecuentemente la recuperacin

Una separacin media es una solucin que solamente evita el avance de la erosin sobre el margen; en

caso de ser necesario, puede ser fcilmente corregida prolongando los espigones o construyendo espigonesadicionales, ms cortos, en los sitios amenazados.

Una separacin grande es una solucin que puede evitar el avance de la erosin sobre el margen en creci-das menores, no necesariamente en crecidas ms importantes. Es una solucin con alto riesgo y, en caso de sernecesario, puede ser reducida la separacin prolongando los espigones al detectar fallas en su comportamientoo construyendo espigones adicionales, ms cortos, en los sitios amenazados. Hay que tener en cuenta que, eneste caso, puede ser necesario reconstruir parte de los espigones con el consiguiente aumento en los costos.

Una separacin muy grande es una solucin que no altera considerablemente las condiciones hidrulicasdel ro, llegando a ser intil. En este caso debe ser re-estudiado el proyecto.

vector de velocidad es invertida respecto a la de la corriente y su intensidad es de aproximadamente el 50% dela corriente aguas arriba del obstculo. Por lo tanto, si es posible establecer esta situacin, la reduccin de ve-locidad provocada por la suma de las dos velocidades en sentido inverso favorecer la sedimentacin entre losespigones.

Para calcular la posicin del remolino entre los dos espigones, existen algunas indicaciones. A principios

entre la recta que une las puntas de dos espigonessucesivos y la tangente al remolino antes mencionado que pasa por la punta del espign aguas arriba, puede

calcular la distancia Sentre los mismos.

Figura 3.2.1 - Separacin entre espigones.

separac n en re os esp gones es sumamen e mpor an e porque,

na separacin muy corta es solucin que provoca gran sedimentacin entre los espigones y consecuen-emente la plena recuperacin del margen erosionado.

na separacin media es una solucin que solamente evita el avance de la erosin sobre el margen;

ector de velocidad es invertida respecto a la de la corriente y su intensidad es de aproximadamente el 50% dla corriente aguas arriba del obstculo. Por lo tanto, si es posible establecer esta situacin, la reduccin de ve-locidad provocada por la suma de las dos velocidades en sentido inverso favorecer la sedimentacin entre losespigones.


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algunas condiciones, la siguiente ecuacin:

En realidad el correcto dimensionamiento de la separacin entre los espigones depende tambin de la

en un tramo recto del ro o en una curva.

S medido en

Algunos autores recomiendan que, si la orientacin de los espigones es entre 70 y 90, S= 5.2 a 6,4 Lp

si la orientacin de los espigones es de 60, S= 5.7 a 6,9 Lp.

Maza recomienda, en caso de espign perpendicular al margen, que la distancia est comprendida entre4-6,3 L

p, equivalente a un ngulo de desviacin = 9 a 14.

Algunos autores recomiendan las siguientes relaciones entre separacin y longitud de los espigones oancho del ro (tabla 3.2.1.1). La variedad de los valores recomendados permite entender cun difcil es gene-ralizar los resultados obtenidos en laboratorio (en canal de ensayo) u obtenidos en un ro en particular a casosgenerales.

3.2.1 - Tramos rectos

en la cual:

Smax

= separacin entre los espigones.

q = gasto.

B = ancho estable del ro.

dm

= dimensin caracterstica del sedimento en el fondo del ro.

Smax

=0,717q0,66

10,33 B0,427 dm0,233

~

~

Figura 3.2.1.1 - Separacin entre espigones.

Maza recomienda, en caso de espign perpendicular al margen, que la distancia est comprendida entre4-6,3 L equivalente a un ngulo de desviacin = 9 a 14.

p


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Distancia entre espigones Tipo de margen Referencia Comentar ios

5/7B Recta Vippiani, 19194/14B Curva

3L- 5L Strom, 1941

3L Cncova Grant, 1948

2L- 4L Curva lvarez, 1948

4,29L Recta Ahmad, 1951

5L Curva Ahmad, 1951

1L CncavaNaciones Unidas,

1953Prctica general

2L- 2,5L ConvexaNaciones Unidas,

1953Prctica general

2L- 3L Mamak, 1956

4L Directamente

Altunin, 1962

90 -> 75

3L i

2L Para 0,01

1,5L Matheus, 1956

3L- 5L Strom, 1962

0,5B Cncava

Macura, 19665/4 Convexa

3/4 - 1B Directamente

3L- 4L Acheson, 1968Dependiendo de la curvatura y de

la inclinacin de la corriente

2L- 2,5LCentral Bd. Of Irriga-tion and Power, 1971

2L- 2,5L Joblekar, 1971 Espigones en contra la corriente

2LNeil, 1973

Dos o ms espigones

4L

2L- 6L

Richardson et al.,

1975

Para proteccin de mrgenes

3L- 4LEspigones en T para canales

navegables

1,5L- 2LCaneles profunos para la navega-

cin

1L Cncava Bendegom (Samideand Beckstead, 1975)2L- 2,5L Convexa

1,5L Mathes, 1975

2LU.S. Army (Samide

and Beckstead, 1975)Para el ro Mississippi

3,5L Blench et al., 1976

1B- 2BJansen, 1979

0,5B- 1B En ros estrechos

5L Mohan y Agraval, 1979Espigones sumergidos y de altura

un tercio de la profundidad


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1,5L CncavaDistrito de Los nge-

les, 1980Con proteccin de margen en

enrocado2L Recta

2,5L Convexa

4L- 6L Cncava

Richard & Simons,

1983

El margen puede necesitar de

proteccin adicional

1L- 2L Kovacs et al., 1983 Ro Danubio

0,9B- 1B CurvaAkantisz et al., 1983,

1986, 1989

Para a= 45 - 50 = 8 - 13,5

1,1B Curva Para a= 55 = 8

1,1B- 0,9B Curva Para a= 55 = 13,5

5,1L- 6L Recta

lvarez, 1989

Para orientaciones = 90 a 70

5L- 6,9L Recta Para orientaciones = 60

2,5L- 4L Curva Espigones con cresta en declivepara proteccin de mrgenes5,1L- 6,3L Directamente

>3L Cncava Copeland, 1983

3LKondap y Prayag,

1989Para espigones con longitud

B

2,5L- 3L Jica

4L- 5L Recta Fracassi, 2007Ms de dos espigones en ga-viones de seccin transversal

decreciente

En los tramos en curva algunos autores recomiendan S= 2,5 4 Lp, el valor de Saumenta con el radio de

3.2.2 - Tramos en curva

Mtodo I


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Este mtodo es utilizado desde la dcada de los 80. A continuacin se presenta el proceso paso a paso.

I, es posiciona-

do inmediatamente aguas arriba, en general perpendicular al margen y con una longitud del orden del 10% delancho del ro.

Paso 2. Del punto de arranque del espign I radio. En el punto en el cual la recta corta en dos partes iguales el segmento de radio comprendido entre las

II. Sulongitud deber ser entre el 25 y el 30% del ancho del ro. Su orientacin depender de la decisin del ingeniero(ms adelante se exponen algunas consideraciones al respecto).

Paso 3. Pasando por la punta de los espigones Iy II en el cual la recta corta en dos partes iguales el segmento de radio comprendido entre las lneas de la margen

III. Su longitud deber ser del mismo

orden que el anterior.

IVdebe ser repetido el proceso indicado en el Paso 3.

Pasos siguientes. El proceso es repetido para localizar los espigones siguientes hasta llegar en las proxi-

Mtodo II

on una longitud del orden del 10% delancho del ro.

ste mtodo es utilizado desde la dcada de los 80. A continuacin se presenta el proceso paso a paso.

II. Sulongitud deber ser entre el 25 y el 30% del ancho del ro.

todo II


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-

Ay es posicionado el primer es-

pign, que llamaremos I, en general perpendicular al margen y cuya longitud debe ser del orden de 15% - 20%del ancho del ro.

B. Multiplicamospor dos la distanciaAB Cen el cual ser posicionado el espign II. Su longitud deber serentre el 25 y el 30% del ancho del ro. Su orientacin depender de la decisin del ingeniero.

Paso 3. De la punta de los espigones Iy II -

III. Su longitud deber ser

del mismo orden que el anterior.

IV.

Pasos siguientes. El proceso es repetido hasta alcanzar la zona del margen no afectado por la erosin.

ltimo paso. Aguas arriba del espign Ia la distanciaAB es ubicado el espign K, cuya funcin es protegerel empotramiento del espign I. Su longitud deber ser menor que la de todos los otros espigones del ordem del10% del ancho del ro y su empotramiento mayor.

Mtodo III

Este mtodo, mucho ms simple y conservador, tiene en cuenta las recomendaciones ya mencionadas en

en la intercepcin entre el margen externo del rio y la recta que se origina de la cabeza de cada espign, for-mando el ngulo


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Es necesario recordar que es siempre conveniente que los diferentes radios de la curva del margendeseado sean siempre de tamao decreciente de tal manera que este se reduzca lo ms suave posible. De lamisma manera, conviene que el (los) radio (s) de la curva sea (n) siempre 2,5 B< < 8Bporque, para radiosmenores, se vuelve ms conveniente econmicamente sustituir los espigones con una defensa longitudinal,

En general el nmero de espigones debe ser siempre mayor que 2. Algunos autores recomiendan unmnimo de 4 espigones (Derrick). La cantidad de los espigones depende del tramo a ser protegido y, como ya

entre un nmero menor de espigones largos o un nmero mayor de espigones cortos; para esto deben ser toma-dos en cuenta adems de los aspectos tcnicos normales, los econmicos, logsticos y prcticos relacionados

La longitud total del cuerpo del espign Les convencionalmente dividida en dos partes: la longitud de L

e, que queda enterrada en el margen y la longitud activa L

a, que queda expuesta a la accin de la

Ltcomo la proyeccin de L

a

El valor mximo de Ltest siempre relacionado al ancho del ro en el cual el espign est ubicado. En

el margen opuesto.

El valor menor es usado preferencialmente para espigones de altura constante (pendiente de la corona p 20), en general construidoscon gaviones. La diferencia se debe a que, al aumentar p

capacidad erosiva en el fondo y en la margen opuesta.

3.3 - Cantidad de espigones

3.4 - Longitud de los espigones

La longitud total del cuerpo del espign Les convencionalmente dividida en dos partes: la longitud de L que queda enterrada en el margen y la longitud activa L

e

El valor mximo de L est siempre relacionado al ancho del ro en el cual el espign est ubicado.

el margen opuesto.


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3.5 - Forma de los espigones

Existen varias formas en planta:

de la orilla y en la localizacin de las reas de sedimentacin y erosin provocadas por el espign.

y, por lo contrario, promueven mayor sedimentacin en las reas entre la cabeza y el margen que quedan msprotegidas contra el efecto de la corriente. El tipo recto, a su vez, concentra la erosin en la punta e inmediata-

Como es intuitivo, en el caso de los espigones en L y en T es posible aumentar la separacin entre losespigones, el aumento es aproximadamente equivalente a la proyeccin sobre el margen de los mismos o a laextensin de su cabeza, respectivamente.

El tipo en L es en general, pero no necesariamente, doblado hacia aguas arriba.

En el caso de construccin en presencia de agua, los espigones en forma de T y L son en general los mscostosos, ya que su extremidad hacia el centro del ro debe construirse en la zona ms profunda del ro.

econmico.

Forma de los espigones

y, por lo contrario, promueven mayor sedimentacin en las reas entre la cabeza

T y L son en general los mscostosos, ya que su extremidad hacia el centro del ro debe construirse en la zona ms profunda del ro.


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3.6 - Seccin longitud inal y transversal del espign

3.6.1 - Seccin longi tudinal

La cresta en general es decreciente, es decir que la cota del espign decrece de la orilla hacia el centrodel ro, en casos muy particulares han sido usados espigones con cresta horizontal. La reduccin de la alturadel espign desde la margen hacia el centro del ro es considerada preferible debido a que la seccin con cres-ta decreciente funciona de la misma manera que aquella horizontal con niveles de agua mnima mientras que

-mente la circulacin de las aguas altas y por esta razn, cuanto menos estos reducen la seccin del ro durantelas crecidas mayores, menor ser el estrangulamiento del ro y menor la erosin en el fondo del cauce y en la

margen opuesta.

30% al 60% del volumen de material necesario para la construccin.

la extremidad que en general es de 0,5 m o poco superior al tirante de aguas mnimas. Al respetar esta regla lapendiente puede variar entre 5% a 25%. En espigones de material suelto o concreto la pendiente puede variar

Figura 3.6.1.1 - Seccin longitudinal de espign en concreto.

Figura 3.6.1.2 - Seccin longitudinal de espign en piedra suelta.

Seccin longitudinal

cresta en general es decreciente, es decir que la cota del espign decrece de la orilla hacia el centrodel ro,

la extremidad que en general es de 0,5 m o poco superior al tirante de aguas mnimas.


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3.6.2 - Seccin transversal

Es recomendable disear la seccin transversal en forma trapecial de manera que su baricentro sea lo

-dacin es especialmente importante cuando los espigones deban ser construidos en presencia de agua por la

La cresta tiene anchos variables de 1m a 3,5m, pudiendo llegar hasta 6m; en el caso de espigones cons-

transportan el material usado para la construccin del espign.

En el caso de espigones construidos con material suelto, en general las pendientes laterales varan desde3H:1V en la parte ms cercana a la orilla a 5H a 1V. Esto resulta en un volumen importante de material que, en

que permite una sensible reduccin del material usado en ambos casos.

permiten usar piedras de tamao reducido de ms fcil transporte y manipuleo sino permiten pendientes lateralesms empinadas con consecuente reduccin del volumen necesario. En este caso las costuras entre los gaviones

Al usar los geotubos, su disposicin longitudinal deber siempre ser de forma piramidal como esta repre-

las pendientes laterales varan desde3H:1V

construidos con material suelto,parte ms cercana a la orilla a 5H a 1V.

que permite una sensible reduccin del material usado en ambos casos.


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-potramiento.

-pign.

> 90), perpendicular(= 90) o a favor ( -

En el primer caso (> 90) diversos autores indican que esta orientacin incrementa la sedimentacin yalgunos recomiendan ngulos entre 100 y 120 (Beckstead). En el segundo caso ( = 90), esta orientacin es

la preferida porque permitir reducir la longitud del espign en relacin a los otros casos an si algunos indicanque es la que produce la mayor erosin en la punta (Kwan y Kandasamy) y a largo plazo (Collell, Cardoso, MartnVide y Bateman, 1999). En el tercero algunos autores recomiendan ngulos alrededor de 70 (Maza), especial-mente en tramos en curva y, para pequeos radios, valores menores de 70 pudiendo alcanzar hasta 40. Noexiste una clara sugerencia para recomendar la direccin del espign que no sea relacionada a la ubicacin del

3.8 - ngulo de orientacin respecto a la corriente

En el primer caso ( > 90)


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rea a ser protegida en relacin al espign, como ha sido mencionado anteriormente.

-

comportamiento en ros de corriente rpida (de montaa) y aquellos a favor en ros de corrientes ms lentas (dellanura).

En la tabla 3.8.1 est relacionado el ngulo entre el espign y el margen recomendado por distintosautores (Klingeman, P et al, 1984).

A

B

C


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ngulo recomendado entre el

espign y la orrilaReferencia Comentarios

100 - 120 Naciones Unidas, 1953Espigones inclinados hacia aguas

arriba

100 - 110 Mamak, 1964

110 Macura, 1966 Margen cncava

100 Directamente

90 Margen convexa

Franco, 1967

Lindner, 1969 Desvo

Lindner, 1969, ro Missouri Sedimentacin

75 - 90 Lindner, 1969, ro Red y Arkansas

US Army, Corps of engineers, 1970100 - 120

Central Board of Irrigation andPower, 1971

100 - 120Joglekar, 1971

30 - 60

90 Richardson y Simons, 1973

100 - 110 (orilla convexa) Samide y Beckstead, 1975

Samide y Beckstead, 1975

75US Army, Corps of engineers, Los

Angeles District, 1980

~ 90 Copeland, 198370 - 90

Alvarez, 198330 Para curvas cerradas

90US Army, Corps of engineers,

Memphis and Vicksburg District,1983

90 US Army, Corps of engineers, 1983

65 Akanyisz et al., 1983, 1986, 1989Para a = 45 55 y /B = 8 - 13,5

margen convexa

entre el espign y la orilla por algunos autores.

3.9 - Tipo y dimensiones de la proteccin antisocavanteComo ya se mencion, la presencia de los espigones provoca en general un estrechamiento del cauce

y un consecuente aumento de la velocidad del agua. Los efectos son sentidos en las inmediaciones de los es-

la velocidad y remolinos que, en el caso de que la composicin y granulometra del fondo del cauce lo permita,provocarn erosiones a veces muy profundas que, de no ser consideradas en la fase de diseo pueden provocarel vuelco o hasta la destruccin del espign. Por lo anterior, es siempre necesario un minucioso clculo de lasocavacin que pueda producirse en el cauce naturalmente y la que ser provocada por el espign.

A mediados del siglo pasado, Amhad investig la erosin provocada por obstculos y mostr las diferentes

conformaciones de las fosas de erosin en un espign en funcin de su inclinacin respecto a la corriente y de

Los efectos son sentidos en las inmediaciones de los es-


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Un nmero importante de investigaciones fue llevada a cabo desde entonces, entre las cuales, son lasms conocidas: Jansen, Garde, Awazu, Ving, Mukhameder et al., Gill. Queremos tambin mencionar las rea-

profundidad de la erosin.

Algunos autores proponen frmulas para calcular la erosin:

Melville propone la siguiente expresin para espigones y estribos de puentes:

s max

y

f

D

s

g

siendo:

s max

= mxima erosin local;

L= longitud del estribo;

= funcin que involucra a los parmetros adimensionales i;

y= tirante;

Algunos autores proponen frmulas para calcular la erosin:


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f c, donde ues la velocidad media y ucla velocidad media crtica o de principio

de movimiento;

D= tamao del material de arrastre;

= grado de uniformidad del material de arrastre;

s= forma del espign;

= alineacin del espign;

g= geometra del canal.

Buy Ngok propone la siguiente frmula:

donde:

= profundidad relativa de socavacin = ()/;

= profundidad de socavacin;

mS= pendiente del paramento lateral (1: m

S) del espign;

n= relacin de contraccin n = La ;

= ngulo de inclinacin del espign en relacin a la corriente;

g= altura del espign;

= profundidad del agua sin considerar la socavacin;

1d 2d= factores que dependen de la traccin sobre los granos;Fr= Nmero de Froude.

Maza, al utilizar el criterio de Latuischenkov propone la siguiente ecuacin:

s max

= 0,855 (4,17 + 1) e(0,0028a-0,24)

donde:

s max

q1 3

q 3

= inclinacin del paramento da la punta del espign, = cotg ( );

Dependiendo del tipo de material usado, deber ser prevista una proteccin que puede asumir diferentes

a. En el caso de estructuras en concreto se vuelve necesaria la profundizacin de las fundaciones hasta

H =1,09-0,075(ms)

1 - n0,3x x x

0,410,2

1 (Cd) x (Fr)2 (Cd)

90

g

Dependiendo del tipo de material usado, deber ser prevista una proteccin que puede asumir diferentes

En el caso de estructuras en concreto se profundizacin de las fundaciones hasta


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cin en geotextil del mismo tipo, que cumplen la misma funcin de aquellas en Colchones Reno 3.9.9).


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Para terminar esta rpida resea, cabe mencionar las modalidades de construccin de los espigones ya

de agua.

geomtricamente conforme las necesidades. Para los cimientos se recurre al uso de los Colchones Renoque,

puedan alcanzar el cuerpo del espign. El uso de los gaviones permitir adicionalmente realizar eventuales mo-

En el caso que sea necesario construir el espign en presencia de agua, especialmente si en aguasprofundas, es posible recurrir a material suelto de dimensiones adecuadas o a gaviones tipo saco. El materialsuelto es usado cuando se disponga de una cantera en las cercanas en condicin de proveer las piedras en lasdimensiones y cantidades necesarias, lo cual por otro lado se est volviendo cada vez ms raro. La necesidad

de mantener pendientes suaves en los taludes naturales hace necesario el uso de un volumen importante de

realizar secciones ms regulares con taludes ms empinados y controlar el volumen del material lanzado.


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4 - ESPIGONES EN GAVIONES

Los gaviones se adaptan particularmente a ser usados en la construccin de los espigones por sus ca-

-

4.1 - En el diseo

-

Figura 4.1.1 - Diseos esquemticos de espigones fabricados con gaviones rectangulares y moldados.


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4 - Espigones en gaviones

Figura 4.1.2 - Proceso para moldar los gaviones.

Figura 4.1.3 - Proceso para moldar los Colchones Reno.


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-

Figura 4.1.4 - Diseo esquemtico del gavin Caja Fuerte.

Figura 4.1.5 - Obra construida con gaviones Caja

Fuerte.

Figura 4.1.6 - Protecciones con troncos contra la abrasin de espigones de gaviones.


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Figura 4.1.7 - Proteccin con vegetacin contra

la abrasin de espigones de gaviones.

-

Figura 4.1.8 - Diferente posicin de los Colchones Renopara conformar la plataforma antisocavacin.

-


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Figura 4.1.12 - Plataforma despus de las primeras

erosiones.

Figura 4.1.14 - Profundizacin de la fundacin para prevenir solapamientos.

Figura 4.1.13 - Plataforma despus de mayores ero-

siones.

-

-


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Figura 4.1.18 - Espigones en gaviones apoyados so-bre una camada de piedras sueltas.

Figura 4.1.17 - Espign en gaviones con plataforma

antisocavacin en Colchones Reno despus de al-gunos meses.

4.2 - En la cons trucc in

Figura 4.1.15 - Espigones en gaviones con plataforma

antisocavacin en Colchones Reno.

Figura 4.1.16 - Espign en gaviones con plataforma

antisocavacin en Colchones Renodurante la cons-

truccin.


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-

-

Figura 4.2.1 - Colocacin en agua de gaviones saco.



Figura 4.2.4 - Espign construido en agua con gavio-nes saco.

Figura 4.2.5 - Espign en gaviones construido en agua

en dos etapas: bajo agua con gaviones saco y en secocon gaviones caja.


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plataforma antisocavacin es necesaria solamente la regularizacin de fondo del cauce con la retirada de unos

-

-

-

Figura 4.2.6 - Espigones en gaviones. Figura 4.2.7 - Espigones en gaviones.

plataforma antisocavacin es necesaria solamente la regularizacin de fondo del cauce con la retirada de unos


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5 - ESPIGONES PERMEABLES CONTRUIDOS CON TRONCOS, MALLAS Y CABLES

Como se mencion en el tem 2, en algunas situaciones se recurre a estructuras permeables de bajo costo.En general son conformadas con troncos clavados verticalmente en el fondo del cauce o formando pirmides a

-

tos para formar una barrera que asegure el material arrastrado por el ro durante las crecidas. Son soluciones no

Figura 5.1 - Espigones en material mixto. Figura 5.2 - Espigones en material mixto.

Figura 5.4 - Espigones en material mixto.Figura 5.3 - Espigones en material mixto.

resumen espigones.pdf

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