UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOSFACULTAD DE INGENIERIA GEOLOGICA, GEOGRAFICA, METALURGIA Y MINASE.A.P. GEOLOGIA

LA ESTABILIDAD DE UN ENROCADO DE PROTECCIN (RIPRAP), TANTO DEL LECHO COMO DE LA RIBERA DE UN CAUCE ESTA EN FUNCION DE:1. LA MAGNITUD Y DIRECCIN DE LA VELOCIDAD DEL FLUJO.2. PENDIENTE NATURAL DEL CAUCE.3. ANGULO DE LA PENDIENTE LATERAL.4. TAMAO Y NGULO DE REPOSO DEL MATERIAL.

SIN EMBARGO, LA MAGNITUD DE LA VELOCIDAD DEL FLUJO TURBULENTO NO SE MANTIENE CONSTANTE EN EL TIEMPO, SINO QUE FLUCTA IRREGULARMENTE OCASIONANDO VARIACIONES DE LAS FUERZAS HIDRODINMICAS E INFLUENCIANDO, POR LO TANTO, EN EL VALOR CRTICO INSTANTNEO DE LA FUERZA DE ARRASTRE O DE LA VELOCIDAD DE INICIACIN DEL MOVIMIENTO DE LA PARTCULA. FLUJO LAMINAR LOS EFECTOS VISCOSOS SON PREDOMINANTES Y CONTORNEA LA PARTICULA LA RESULTANTE DE LA FUERZA DE ARRASTRE ACTUA EN UN PUNTO SOBRE EL PUNTO C.FLUJO TURBULENTO, LOS EFECTOS INERCIALES SON PREDOMINANTES Y LA RESULTANTE DE LA FUERZA DE ARRASTRE ACTUA EN EL PUNTO C.

EN EL PRESENTE TRABAJO DE INVESTIGACIN SE HA ESTUDIADO LA INFLUENCIA DE LAS FLUCTUACIONES DE LA VELOCIDAD DEL FLUJO EN LA ESTABILIDAD DE LOS ENROCADOS DE PROTECCIN DEL RO ICA, CUYAS DEFENSAS RIBEREAS COLAPSARON, ENTRE LOS KILMETROS 53+900 Y 54+ 750 DE LA MARGEN IZQUIERDA AGUAS ARRIBA DE LA BOCATOMA LA ACHIRANA, COMO CONSECUENCIA DEL FENMENO DE "EL NIO" 1997-1998 Y PARA TAL EFECTO SE HAN ESTABLECIDO A LO LARGO DEL TRAMO DE ESTUDIO TRES SECCIONES TRANSVERSALES TIPO A DIFERENTES PROGRESIVAS.

DE ACUERDO A LOS RESULTADOS OBTENIDOS, PODEMOS CONCLUIR QUE LOS TAMAOS DEL DIMETRO MEDIO DEL ENROCADO DE PROTECCIN DEL LECHO Y DE LOS TALUDES OBTENIDOS MEDIANTE MTODOS QUE CONSIDERAN FLUCTUACIONES DE VELOCIDAD SON SUPERIORES A LOS DIMETROS OBTENIDOS CON MTODOS QUE NO TOMAN EN CUENTA ESTAS FLUCTUACIONES DE VELOCIDAD. ESTO IMPLICA QUE LA CONSIDERACIN DE FLUCTUACIONES DE VELOCIDAD EN EL DISEO DE ENROCADO DE PROTECCIN DEL CAUCE Y RIBERAS DE UN RO ALUVIAL, COMO EL RO ICA, DA MAYOR SEGURIDAD Y ESTABILIDAD Y PUEDE RECOMENDARSE SU APLICACIN EN PROYECTOS DE DEFENSAS RIBEREAS CON ENROCADO

LAS AVENIDAS OCURRIDAS EN EL RO ICA, COMO CONSECUENCIA DEL FENMENO DE EL NIO 1997-1998, GENERO EL COLAPSO DE MUCHAS DEFENSAS RIBEREAS, ENTRE ELLAS LA UBICADA EN LA MARGEN IZQUIERDA AGUAS ARRIBA DE LA BOCATOMA LA ACHIRANA ENTRE LOS KILMETROS 53+900 Y 54+750; PRESENTNDOSE MLTIPLES DESBORDES, TANTO EN EL REA AGRCOLA COMO EN LA ZONA URBANA HACIENDO QUE LA RECONSTRUCCIN DEL ENROCADO DE PROTECCIN SEA DE PRIMERA IMPORTANCIA.

LA DEFENSA RIBEREA (ENROCADO DE PROTECCIN) UBICADA AGUAS ARRIBA DE LA BOCATOMA LA ACHIRANA, SE ENCUENTRA AL NORTE DE LA CIUDAD DE ICA, A 20 KM DE DISTANCIA. POLTICAMENTE SE HALLA EN LA PROVINCIA DE ICA, DISTRITO LOS MOLINOS. LA ALTITUD EN LA QUE SE ENCUENTRA LA DEFENSA RIBEREA ES DE 500 M S.N.M. PARA LLEGAR A ELLA SE TOMA LA CARRETERA QUE PARTE DE ICA Y SE DIRIGE HACIA LOS MOLINOS. ESTA VA SE ENCUENTRA ASFALTADA HASTA LA LOCALIDAD DE PAMPA LA ISLA EN UNA LONGITUD DE 12 KM, EL RESTO ES TROCHA CARROZABLE, EN REGULAR ESTADO DE CONSERVACIN.

EL RO ICA CUENTA CON UNA ESTACIN HIDROMTRICA A LA ALTURA DE LA BOCATOMA LA ACHIRANA, ESTACIN DE AFOROS LA ACHIRANA CUYA UBICACIN GEOGRFICA ES: 7541 DE LONGITUD OESTE Y 1356 DE LATITUD SUR, A UNA ALTITUD DE 500 M.S.N.M., CONTROLANDO UN REA DE CUENCA DE 2,511 KM2, REGISTRADO POR LA ADMINISTRACIN TCNICA DEL DISTRITO DE RIEGO DE ICA (ATDR-ICA), EN EL QUE SE CUENTA CON DATOS DE CAUDALES MXIMOS DIARIOS DURANTE EL PERIODO 1922-1999. LA TABLA 4.1 MUESTRA LAS DESCARGAS MXIMAS ANUALES EN LA ESTACIN LA ACHIRANA.

TRABAJO DE CAMPO

EL TRABAJO DE CAMPO CONSISTI EN EL LEVANTAMIENTO TOPOGRFICO DE LA ZONA DE ESTUDIO EN UN TRAMO DE 1.0 1CM, DEL KM 53+800 AL KM 54+800, SE DEFINI TRES SECCIONES TRANSVERSALES REPRESENTATIVAS DEL RO, KM 54+000, KM 54+400 Y KM 54+700, LAS QUE REPRESENTAN AL TRAMO!, KM 53+900 AL KM 54+100, TRAMO 11, KM 54+200 AL KM 54+600 Y TRAMO IFI, KM 54+100 AL KM 54+200 Y KM 54+600 AL KM 54+750, RESPECTIVAMENTE, DONDE SE REALIZ LOS DISEOS DEL ENROCADO DE PROTECCIN. DEL MISMO MODO SE REALIZ EL MUESTREO DE SEDIMENTOS DE FONDO EN LOS BANCOS SELECCIONADOS, PARA CADA TRAMO, PARA SU POSTERIOR ANLISIS Y PROCESAMIENTO EN LABORATORIO Y GABINETE

TRABAJO DE LABORATORIO Y GABINETE

EN LA FASE DE LABORATORIO, SE REALIZ:1. EL TAMIZADO DE LAS MUESTRAS DE SEDIMENTOS DE FONDO PARA LA DETERMINACIN DE LAS CURVAS GRANULOMTRICAS.2. DETERMINACIN DEL PESO ESPECFICO DEL MATERIAL.

LA FASE DE GABINETE CONSISTI:1. PROCESAMIENTO DE LA INFORMACIN HIDROLGICA DE LA ESTACIN LA ACHIRANA.2. DATOS OBTENIDOS EN CAMPO Y LABORATORIO PARA LOS CLCULOS DE: CAUDAL DE DISEO, PARMETROS HIDRULICOS PARA CADA SECCIN TRANSVERSAL REPRESENTATIVA, SOCAVACIN LOCAL AL PIE DEL TALUD PARA CADA TRAMO, DIMENSIN DEL ENROCADO DE PROTECCIN PARA CADA TRAMO Y FINALMENTE EL ESPESOR Y GRADACIN DEL RIPRAP.

CON LA INFORMACIN HIDROLGICA DISPONIBLE EN LA ESTACIN DE AFOROS LA ACHIRANA, SE PROCEDI A ESTIMAR EL CAUDAL DE DISEO MEDIANTE EL MTODO ESTADSTICO, UTILIZANDO LA FUNCIN DE DISTRIBUCIN DE PROBABILIDADES LOG-PEARSON TIPO III, PARA UN PERIODO DE RETORNO DETERMINADO POR EL ANLISIS DE REISGO. LA TABLA 4.4 MUESTRA EL CAUDAL DE DISEO PARA DIFERENTES PERIODOS DE RETORNO.

CON LA INFORMACIN TOPOGRFICA DEL TRAMO DE ESTUDIO, SE DETERMIN LA CURVA DESCARGA-TIRANTE PARA LAS TRES SECCIONES SELECCIONAS PARA EL DISEO, ENCONTRNDOSE DE ESTA MANERA LOS TIRANTES PARA EL CAUDAL DE DISEO, EL CUAL DETERMINAR LA ALTURA DEL ENROCADO DE PROTECCIN. LA FIG. 4.13 MUESTRA LA CURVA DESCARGA-TIRANTE PARA LAS TRES SECCIONES SELECCIONADAS.

PARA EL CLCULO DE LA PROFUNDIDAD DE SOCAVACIN SE UTILIZ EL CAUDAL DE DISEO, LA INFORMACIN TOPOGRFICA Y LA GRANULOMETRA DEL CAUCE. LA TABLA 4.16 MUESTRA LAS PROFUNDIDADES DE SOCAVACIN PARA CADA SECCIN.

EL CLCULO DE LAS DIMENSIONES DEL ENROCADO DE PROTECCIN, TANTO PARA EL LECHO COMO PARA LA RIBERA DEL CAUCE, SE REALIZ MEDIANTE DOS MTODOS:1. EL MTODO QUE NO CONSIDERA LAS FLUCTUACIONES DE LA VELOCIDAD DEL FLUJO.2.EL MTODO QUE SI CONSIDERA DICHAS FLUCTUACIONES, EL CUAL ES EL OBJETO DE INVESTIGACIN DE LA PRESENTE TESIS.

EL MTODO QUE NO CONSIDERA LA FLUCTUACIN DE LA VELOCIDAD ASUME UNA VELOCIDAD PROMEDIO Y POR LO TANTO LA FUERZA DE ARRASTRE PERMANECE CONSTANTE EN EL TIEMPO, ADEMS EN LA DETERMINACIN DEL TAMAO DEL ENROCADO EN LA RIBERA SE DESPRECIA LA FUERZA DE LEVANTAMIENTO, QUE PUEDE TENER EL MISMO ORDEN DE MAGNITUD QUE LA FUERZA DE ARRASTRE CUANDO EL MATERIAL DEL ENROCADO TIENE CIERTA GRADACIN, QUE ES EL CASO FRECUENTE EN LA PRCTICA, POR LO TANTO ESTE MTODO ES UN TANTO INSEGURO EN LA ESTABILIDAD DEL ENROCADO.

MIENTRAS QUE EL MTODO QUE CONSIDERA LAS FLUCTUACIONES DE LA VELOCIDAD DEL FLUJO UTILIZA LA DESVIACIN ESTNDAR Y UNA LEY DE PROBABILIDADES (DISTRIBUCIN NORMAL) DE ESTAS FLUCTUACIONES DE VELOCIDAD PARA ESTIMAR LAS FERZAS HIDRODINMICAS CRITICAS, ES DECIR ESTE MTODO CONSIDERA LA VARIACIN EN EL TIEMPO DE LAS FERZAS HIDRODINMICAS, FUERZA DE ARRASTRE Y FUERZA DE LEVANTAMIENTO. ADICIONALMENTE EN EL DISEO DEL ENROCADO DE LA RIBERA ESTE MTODO CONSIDERA LA FUERZA DE LEVANTAMIENTO, QUE ES RESPONSABLE DE INCREMENTAR EL MOMENTO DE VOLTEO, Y POR LO TANTO HACE QUE EL TAMAO DEL ENROCADO, O ESPECFICAMENTE EL PESO DEL ENROCADO, TAMBIN SE INCREMENTE PARA ALCANZAR LA ESTABILIDAD.

AL HACER UNA COMPARACIN DE LOS RESULTADOS OBTENIDOS POR AMBOS MTODOS SE PUEDE VERIFICAR QUE EL LTIMO MTODO DA TAMAOS DE ENROCADOS MAYORES QUE EL PRIMER MTODO. LOS TAMAOS DE ENROCADO DE PROTECCIN, POR AMBOS MTODOS.

FINALMENTE EL ESPESOR Y GRADACIN DEL ENROCADO DE PROTECCIN ES DETERMINADO POR LA CURVA GRANULOMTRICA SUGERIDA POR LA BUREAU DE RECLAMACIN Y MOSTRADA EN LA FIG. 2.25. EL ESPESOR Y GRADACIN DEL ENROCADO ES MOSTRADO EN LAS TABLAS 4.32 Y 4.33, RESPECTIVAMENTE.

TOPOGRAFA DEL TRAMO DE ESTUDIO

SE REALIZ EL LEVANTAMIENTO TOPOGRFICO DEL TRAMO DE ESTUDIO, ES DECIR, EL TRAMO QUE REQUIERE EL ENROCADO DE PROTECCIN, ENROCADO QUE TIENE LA FINALIDAD DE EVITAR LA EROSIN DE LA RIBERA DE LA MARGEN IZQUIERDA Y QUE ADEMS SIRVE COMO ENCAUZAMIENTO HACIA LA BOCATOMA LA ACHIRANA. SE REALIZ DICHO TRABAJO DESDE EL KILMETRO 53+900 AL KILMETRO 54+750 DEL RO ICA.

CON FINES DE DISEO, PUESTO QUE LA SECCIN TRANSVERSAL DEFINE LA VELOCIDAD EL CUAL A SU VEZ INFLUYE EN LA DETERMINACIN DEL DIMETRO DEL ENROCADO, SE DEFINI TRES TRAMOS CON SECCIONES TRANSVERSALES NOTORIAMENTE DIFERENTES PARA EL DISEO DEL RIPRAP, RIPRAP TIPO 1 DEL KM 53+900 AL 54+100 CON LA SECCIN TIPO EN EL KM 54+000; RIPRAP TIPO II DEL KM 54+100 AL 54+200 Y DEL KM 54+600 AL 54+750 CON LA SECCIN TIPO EN EL KM 54+700; Y RIPRAP TIPO IFI DEL KM 54+200 AL 54+600 CON LA SECCIN TIPO EN EL KM 544400. ESTOS TRAMOS Y SUS RESPECTIVOS SECCIONES TIPO SE PUEDEN OBSERVAR EL LAS FIGS. 4.1 Y 4.2 RESPECTIVAMENTE

DE LA TOPOGRAFIA DEL TRAMO DE ESTUDIO SE DETERMIN LA PENDIENTE PROMEDIO DESDE EL KM 54+750 AL 53+900 EN 1.48%, PENDIENTE QUE SE TOMAR EN CUENTA PARA EL DISEO DEL ENROCADO DE PROTECCIN EN LOS TRES TRAMOS.

EL ESPESOR DEL ENROCADO, E, DEBE SER SUFICIENTE PARA ACOMODAR LA ROCA MS GRANDE DEL ENROCADO, PARA EL CASO DEL TRAMO EN ESTUDIO LA ACHIRANA SE CONSIDER UN ESPESOR DE 110% EL TAMAO MXIMO DEL ENROCADO (D100).

DE ACUERDO A LA GRADACIN SUGERIDA, PARA EL ENROCADO, SE CONSIDERA QUE EL DIMETRO MXIMO ES D100 = 2D50, Y ADEMS, PUESTO QUE NO HAY DIFERENCIA APRECIABLE EN EL TAMAO DEL ENROCADO DEL LECHO CON EL TAMAO DEL ENROCADO DE LA RIBERA PARA CADA UNO DE LOS TRAMOS ANALIZADOS, SE RECOMIENDA PARA EL ENROCADO LA SIGUIENTE DISTRIBUCIN DE DIMENSIONES.

DE ACUERDO A LA TABLA 4.33, PODRA CONSIDERARSE LA MISMA DISTRIBUCIN GRANULOMTRICA TANTO PARA EL LECHO COMO PARA LA RIBERA EN LOS TRAMOS II Y III.

UNA CAPA DE GRAVA BIEN GRADUADA ES COLOCADA SOBRE EL TERRAPLN U ORILLA DEL RO ANTES DE COLOCAR EL RIPRAP CON LA FMALIDAD DE PROTEGER EL MATERIAL FINO DE LA RIBERA DE SER LAVADO A TRAVS DEL RIPRAP. TAMAOS DE GRAVA EN EL FILTRO DEBE SER DE 3/16 (5 MM) A UN LMITE SUPERIOR QUE DEPENDE DE LA GRADACIN DEL RIPRAP CON TAMAOS MXIMOS DE ALREDEDOR DE 3 A 3.5 (8 - 9 CM). EL ESPESOR DEL FILTRO PUEDE VARIAR DEPENDIENDO DEL ESPESOR DEL RIPRAP, PERO NO DEBE SER MENOS DE 6 A 9 (15 - 23 CM). POR TANTO, EL ENROCADO DE PROTECCIN SE COLOCAR SOBRE UNA CAPA DE 0.40 M (HORIZONTAL) DE MATERIAL DEL RO, DEL CUAL SE ELIMINA LA ARENA Y DIMENSIONES MAYORES DE 0.15 M.

EN EL DISEO DE UNA OBRA HIDRULICA, EN LA APLICACIN, DISEO DEL ENROCADO DE PROTECCIN DE UN TRAMO DEL RO ICA LA ACHIRANA, ES INDISPENSABLE ESTIMAR CORRECTAMENTE EL CAUDAL DE DISEO, YA QUE DE STE VALOR VA A DEPENDER LAS DIMENSIONES DE LA OBRA HIDRULICA, EL CAUDAL DE DISEO VA ASOCIADO A UNA DISTRIBUCIN TERICA DE PROBABILIDADES, LOG PEARSON TIPO III EN ESTE CASO, Y A UN PERIODO DE RETORNO DETERMINADO POR EL ANLISIS DE RIESGO DE FALLA; PARA EL DISEO DEL ENROCADO SE CONSIDER UN RIESGO DE FALLA DEL 10% EN 50 AOS (VIDA TIL DE LA ESTRUCTURA) ENCONTRNDOSE UN PERIODO DE RETORNO DE 475 AOS Y UN CAUDAL DE DISEO DE 935.0 M3/S.

A LO LARGO DEL TRAMO DE ESTUDIO SE HAN ESTABLECIDO TRES SECCIONES TRANSVERSALES TIPO PARA CADA TRAMO TIPO, PARA SU ADECUACIN A LAS DIFERENTES PROGRESIVAS, DIFERENCIADAS POR SU ANCHO DE BASE DE 93.0 M, 245.0 M Y 230.0 M, PARA LAS SECCIONES TIPO I, TIPO II Y TIPO III, RESPECTIVAMENTE. LOS TIRANTES DEL FLUJO EN ESTAS SECCIONES TIPO, PARA EL CAUDAL DE DISEO 935.0M3/S, SON DE 2.25 M, 1.05 M Y 1.25 M, CON SUS RESPECTIVAS ALTURAS DE ENROCADO DE 2.80 M, 1.40 M Y 1.60 M, PARA LOS TRAMOS I, II Y III RESPECTIVAMENTE.

3.EL ESPESOR MINIMO DEL ENROCADO DE PROTECCIN ES D E=2D50=D100, EN ESTE CASO SE CONSIDERO E = 1.1D100, ENCONTRNDOSE 1.40 M, 1.10 M Y 1.20 M PARA LOS TRAMOS I, II Y III, RESPECTIVAMENTE.

4.PUESTO QUE LAS DIMENSIONES DEL ENROCADO DE PROTECCIN, TANTO PARA EL LECHO COMO PARA LA RIBERA, PARA EL TRAMO II Y III SON APROXIMADAMENTE IGUALES, PODRA CONSIDERARSE LA MISMA DISTRIBUCIN GRANULOMTRICA PARA AMBOS TRAMOS, EN ESTE CASO EL DEL TRANO III.

5.PARA EVITAR EL LAVADO DEL MATERIAL FINO DE LA RIBERA NATURAL, EL ENROCADO DE PROTECCIN SE COLOCAR SOBRE UNA CAPA DE 0.40 M (HORIZONTAL) DE MATERIAL DEL RO, DEL CUAL SE ELIMINA LA ARENA Y DIMENSIONES MAYORES DE 0.15 M.