Clases 11-Proteccion y Socavacion Margenes

7/25/2019 Clases 11-Proteccion y Socavacion Margenes

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ESCUELA ACADEMICO PROFESIONAL DE INGENIERIA MECANICA DE FLUIDOS

PROTECCIN DE MARGENES,SOCAVACION y ESTABILIZACION

UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS

HIDRAULICA FLUVIAL

Ing. Eusebio Vega


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EROSIONABILIDAD FLUVIALComo consecuencia de la dinmica fluvial que analiza la evolucin de laforma del cauce del ro, tanto en planta como en alzado, es decir horizontaly verticalmente, ante las acciones naturales o las ocasionadas por el

hombre, en forma especifica se deben estudiar las erosiones que sepresentan en los cauces; as tenemos:

Socavacin general: Se produce el descenso del fondo a todo lo largo yancho del cauce

Socavacin transversal: Se produce un descenso local del fondo cuandohay estrechamiento de la seccin, ya sea natural o artificial.

Socavacin local: Se presenta al pie de la mayora de las estructuras que seconstruyen dentro de los cauces.

Erosin aguas debajo de grandes embalses: Se produce en los primeros

tramos debido a la interrupcin del arrastre de slidos ocasionado por laobra.

Erosin local: Se produce aguas debajo de obras de excedencia, de toma,de rpidas, etc.

Socavacin en curvas: Se originan en las partes concavas de los cauces


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El concepto de obra fluvial est evolucionado y amplindose

Tratamiento del prob lema de form a global

Combinacin de actuaciones de diversos tip os sobre el sistema fluvial

Importanc ia de la var iable medio ambiental

Incremento en nmero e importancia de las obras fluviales destinadas a laestabilizacin y proteccin de mrgenes

Mayor sensibi l idad social

Al teracin del ro por actu acin humana: dragado s, extraccio nes de

ridos ....

Presencia d e fenmeno s d e erosin

Objetivos de la proteccin de mrgenes y cauce: Estabi l izacin de la or i l la cuando presenta erosiones q ue pueden afectar a

otr os elemento s de la ribera (zonas ag rco las, urbanas, sing ulares)

Proteccin del fo ndo d el cauce (evitar la erosin g eneral izada)


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FACTORES QUE INFLUYEN EN EL TIPO Y MAGNITUD DE LA EROSINEN MRGENES

La magnitud y tipo de erosin que se produce en un tramo de cauce

natural viene marcada por las caractersticas del cauce y las condicionesmedioambientales del lugar, nicas para cada tramo de ro y situacin.

Condiciones del flujo en el canal Factor dominante en el proceso de erosin de las mrgenes (caudal,

duracin)

90-99 % de procesos erosivos en mrgenes de cauces estn asociados a

episodios de avenidas importantes (FHWA)

Caractersticas de los materiales que forman el margen Cohesivos, no cohesivos y estratificados

Vegetacin existente en el margen

Efecto de trabazn ejercido por el sistema radicular aumenta resistencia aerosin

Estabilidad del lecho Socavacin del lecho -------- prdida de soporte

Lecho resistente ---------- concentracin de energa erosiva en mrgenes


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a) Mrgenes compuestos por materiales no cohesivos

Movimiento del material granular que forma la base del talud

Erosin en la parte baja del talud y un deslizamiento del material de la

parte alta

Deslizamiento superficial debido a la presin intersticial

TIPIFICACIN DE LA EROSIN EN MARGENES DE CAUCES (I)


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b) Mrgenes compuestos por materiales cohesivos

Baja permeabilidad y alta resistencia a la erosin superficial

Las principales causas de erosin son la saturacin y el drenaje Deslizamiento de masas de suelo a lo largo de la superficie de rotura

TIPIFICACIN DE LA EROSIN EN MARGENES DE CAUCES (II)


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c) Mrgenes formados por materiales compuestos o estratificados

Capas de materiales con diferentes caractersticas de tamao,permeabilidad y cohesin Las capas de material no cohesivo pueden ser parcialmente protegidas

por las adyacentes de material cohesivo

Las capas de material no cohesivo pueden servir de ayuda al drenaje de

las cohesivas

Las capas de material no cohesivo pueden ser fuente de inestabilidad delmargen debido a fenmenos de filtracin interna

TIPIFICACIN DE LA EROSIN EN MARGENES DE CAUCES (III)


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A) Interposicin de un elemento entre la orilla y la corriente deagua que evite la erosin (Estructu ras de proteccin delmargen)

Revestim ientos del margen

Pantallas

B) Disminucin de la capacidad erosiva de la corriente de agua(Elementos de contro l del mov imiento)

Espigones

Estructu ras de retardo

Diques lon gi tud inales

* Impo rtanc ia de la vegetacin en la p rotec cin d e mrgenes

MTODOS DE PROTECCIN DE MARGENES DE CAUCES


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ESTRUCTURAS DE PROTECCIN DE MARGENES (I)


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ESTRUCTURAS DE PROTECCIN DE MARGENES (II)


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ELEMENTOS DE CONTROL DE MOVIMIENTO (I)


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EFECTOS DE LOS DIQUES TRANSVERSALES


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ELEMENTOS DE CONTROL DE MOVIMIENTO (II)


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EFECTOS DE LOS DIQUES LONGITUDINALES SOBRE LA VELOCIDAD


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EFECTOS DE LOS DIQUES TRANSVERSALES Y MODIFICACION DELCAUCE


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Se apoyan directamente contra el talud de la orilla y el fondo delcauce

DISEO OBRAS DE PROTECCIN DE MARGENES EN CAUCES

Protecciones marginales

Son estructuras apoyadas o empotradas en la orilla que estn dentrode la corriente

Protecciones transversales (espigones)


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Puntos mas importantes

Localizacin en planta

Radios de las curvas

Longitud de las tangentes Ancho estable de ro

Longitud de los espigones

Separacin de los espigones

Pendiente de la corona

Angulo de orientacin respecto a la orilla.

DISEO DE ESPIGONES TRANSVERSALES


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LOCALIZACION EN PLANTA

Rectificacin de cauces formados por arenas y limos.Los radios de curvaturas, R en el rango de :

2,5 B < R < 8 BB: ancho medio de la superficie del ro en los tramos

rectos


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LONGITUD DE ESPIGONES

LE = Le+ Lt

LE = Longitud del espign

Le = Longitud de empotramiento dentro de la

corriente

Lt = Longitud de trabajo dentro de la corriente

0 < Le< Lt/4

H < Lt< B/4

B = Ancho medio del cauceH = Tirante medio, ambos para el gasto

dominante


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SEPARACION ENTRE ESPIGONES

Se mide en la orilla entre los puntos de arranque decada uno y depende de la longitud del espign y dela orientacin

Tramos rectos:

En curvas:

= 90 a 70

= 60

Sp = (5,1 - 6,3) Lt

Sp = (5 - 6) Lt

Sp = (2,5 - 4) Lt

Cuando R > 4B Sp = 4 Lt


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ELEVACIONES Y PENDIENTES DE LA CORONA

Los espigones deben construirse con pendientehacia dentro del ro:

0,05 < Sc< 0,25

El extremo dentro del cauce deber tener alturasmximas de 0,50 m. sobre el fondo actual


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ORIENTACION DE LOS ESPIGONES

Los espigones pueden estar dirigidos hacia aguasabajo o aguas arriba o tambin ser normales a lacorriente

La orientacin se mide por el ngulo que forma

aguas abajo.

Tramos rectos:

= 60

30 < < 70

Curvas irregulares: Cuando R < 2,5 B


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Mtodo grfi co para defi n ir la

separacin entre espigo nes


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LA SOCAVACION POTENCIAL Y

ALTERNATIVAS DE REDUCIR ELEFECTO DE EROSION


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DEFINICION

Se define como la magnitud de la erosin que un flujo

dado puede provocar al pie de las diferentes obrashidrulicas tales como puentes, vertederos, espigones,muelles, etc.

Ocurre cuando existe un obstculo en la trayectoria delflujo, el cual induce la formacin de vrtices queprovocan la disminucin de la elevacin del fondonicamente en la zona alrededor del obstculo

Socavacin local


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RAPIDEZ DE LA SOCAVACION LOCL EN SUELOSNO COHESIVOS

qs = qs1- qs2

Donde

qs = Rapidez de la socavacin, en volumen por unidad de tiempo

qs1 = Capacidad del flujo de extraer material, en volumen por unidadde tiempo

qs2 = Aportacin de sedimentos por el flujo a la zona de socavacin,en volumen por unidad de tiempo

Si qs1= qs2 La socavacin es nula

Si qs2 = 0 La socavacin es mxima

Si qs1> qs2> 0 La socavacin es continua conMovimiento de sedimentos


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METODO DE CALCULO DE LA PROFUNDIDAD DESOCAVACION LOCAL EN PILAS (ds)

1. Propiedades del flujo: velocidad, tirante,pendiente hidrulica, rugosidad del flujo.

2. Propiedades del fluido: viscosidad cinemtica,peso especifico.

3. Propiedades del sedimento: peso especifico,dimetro del sedimento, distribucingranulomtrica, forma de las partculas, cohesindel material y velocidad de cada.

4. Propiedades de la pila: ancho, forma y la

rugosidad de su superficie.

Variables que influyen en la socavacin


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ds = f (v, d0, D, b, g, , s)

Forma de pilas


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ESTABILIZACION Y PROTECCION DE

CAUCES


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OBJETIVO DE LA PROTECCION DE CAUCES

Estabilizacin de la orilla cuando esta presentaerosiones

Proteccin de personas y bienes (urbanos,industriales, agrcolas, etc.)

Proteccin flora y fauna

Conservacin del suelo

Calidad del agua

Obras fluviales

La solucin a un problemas no debe perjudicar aotros


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DISEO DE ESCOLLERAS (RIP RAP)


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Escollera es una obra de proteccin flexible y demayor uso en el Per, tanto por su fcil diseo sinotambin por su economa al utilizar material a base derocas o piedras.

Se utiliza como elemento de proteccin y no como deestabilizacin de la orilla, por lo que el talud deberser inicial estable.

La proteccin con escollera son los de mayor uso,

siguen en importancia las siguientes obras: gaviones,con vegetacin, hormign, tierra-cemento,bolsacretos, estructuras flexibles, materialesplsticos y fibras, etc.

PROTECCIONES DE ESCOLLERAS


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DISEO DE ESCOLLERAS

La estabilidad de las partculas del talud dependen de:

Angulo del talud Direccin y magnitud de la velocidad Calado (tirante del agua) Propiedades de la escollera ( densidad, tamao,

forma y ngulo de reposo)

CONDICIONANTES DE CALCULO

1. No deben producirse tensiones de traccin.

condicin de no vuelco2. La obra no debe deslizar

condicin de no deslizamiento3. Las tensiones de compresin han de ser menores

que las admisibles por el terreno


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EROSIN DE MRGENES

Aproximacin de Erosin Fluvial

Esfuerzo cortantepromedio en cada

capa de suelo

Distancia promedio de

erosin


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DISEO DE ESCOLLERAS

PROCEDIMIENTO

a) Ubique las zonas donde las crecientes aumentan la erosin de las

mrgenes.

b) Para el enrocado a colocar ,considerar lo siguiente:

Esfuerzo cortante promedio en buen funcionamiento de unaproteccin con enrocado, est relacionada con las fuerzas

hidrodinmicas de arrastre y levantamiento del flujo y son

proporcionales al esfuerzo cortante promedio, esta dado por:

Donde :

o : Esfuerzo cortante promedio (kg/m2)

: Peso especfico del agua (kg/m3)

r : Radio hidrulico (m)

S : Pendiente de la lnea de energa (m/m)


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Esfuerzo cortante local en cauces muy anchos, el radio hidrulico seaproxima al tirante (R = y), si en la ecuacin anterior si sustituye la velocidad V

porVpromedio de velocidad en una vertical, tenemos :

Esfuerzo cortante en curvas (Tb) Los valores de esfuerzo cortante localesobtenidos por la ecuacin anterior debern ser multiplicados por la relacin

Ta/Tb, con la ayuda una grafica

Ta : Esfuerzo cortante promedio en el cauce aguas arriba.Tb : Esfuerzo cortante local afectado por la curva


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Esfuerzo cortante para diseo de enrocado. Es el esfuerzo cortante localque una roca de determinado tamao resiste con condiciones de seguridad.

Donde:

s : Peso especfico de la roca

: Peso especfico del agua

a : Coeficiente, canales anchos asumir 0.04D50 : Dimetro promedio de la roca.

t: Esfuerzo cortante local en el fondo del canal.

c) Espesor de la capa de enrocado.

Para una colocacin prctica no deber ser menor de 30 cm. El espesor deber aumentarse en un 50% cuando el enrocado sea

colocado bajo agua.

Un incremento de 15 a 40 cm. acompaado con un incremento apropiado

del tamao de la roca, deber proveerse donde al revestimiento estar

sujeto al ataque de olas, Ver Figura No 19 y 20


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d) Colocacin del enrocado.

Se har volteado al material sobre al talud preparado y sobre el filtro de

manera tal que no se produzca segregacin. El enrocado debe de ser de

roca bien gradada y los intersticios deben ser rellenados el menor

porcentaje de vacos.

El enrocado deber ser colocado a su espesor total en una sola operacin

de manera de evitar al deslizamiento del material que se encuentra abajo,

no debe colocar en el enrocado por capas.


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