DISEÑO DE GAVIONES

Diseño y Construcción de Defensas Ribereñas

Ing. David Manuel Vela Farfán

HIDROLOGÍA Y DRENAJE El sistema de drenaje de un camino tiene esencialmente dos finalidades: a) Preservar la estabilidad de la superficie y del cuerpo de la plataforma del camino eliminando el exceso de agua superficial y la subsuperficial con las adecuadas obras de drenaje. b) Restituir las características de los sistemas de drenaje y/o de conducción de aguas, natural del terreno o artificial construida previamente, que serían dañadas o modificadas por la construcción del camino; y que sin un debido cuidado en el proyecto, resultarían causando daños, algunos posiblemente irreparables, en el medio ambiente. En los elementos de drenaje superficial la velocidad del agua será tal que no produzca daños por erosión ni por sedimentación.

• El máximo nivel de la lámina de agua dentro de una alcantarilla será tal que siempre se mantenga un

borde libre no menor de 0.10 m.

• Los daños materiales, a terceros, producibles por una eventual inundación de zonas aledañas al camino,

debida a la sobre elevación del nivel de la corriente en un cauce, provocada por la presencia de una obra de drenaje transversal, no deberán alcanzar la condición de catastróficos. c) Periodo de Retorno La selección del caudal de diseño para el cual debe proyectarse un elemento del drenaje superficial está relacionada con la probabilidad o riesgo que ese caudal sea excedido durante el periodo para el cual se diseña el camino. En general se aceptan riesgos más altos cuando los daños probables que se produzcan, en caso de que discurra un caudal mayor al de diseño, sean menores, y los riesgos aceptables deberán ser muy pequeños cuando los daños probables sean mayores. El riesgo o probabilidad de excedencia de un caudal en un intervalo de años está relacionado con la frecuencia histórica de su aparición o con el periodo de retorno. En el Cuadro Nº 4.1.1a se muestran los valores del riesgo de excedencia, del caudal de diseño, durante la vida útil del elemento de drenaje, para diversos períodos de retorno.

CUADRO Nº 4.1.1.a RIESGO DE EXCEDENCIA (%) DURANTE LA VIDA ÚTIL PARA DIVERSOS

PERÍODOS DE RETORNO Período de Retorno Años de Vida Útil (años) 10 20 25 50 100 10 65.13% 87.84% 92.82% 99.48% 99.99% 15 49.84% 74.84% 82.18% 96.82% 99.90% 20 40.13% 64.15% 72.26% 92.31% 99.41% 25 33.52% 55.80% 63.96% 87.01% 98.31% 50 18.29% 33.24% 39.65% 63.58% 86.74% 100 9.56% 18.21% 22.22% 39.50% 63.40% 500 1.98% 3.92% 4.88% 9.3% 18.14% 1000 1.00% 1.98% 2.47% 4.88% 9.52% 10000 0.10% 0.20% 0.25% 0.50% 0.75% Se recomienda adoptar periodos de retorno no inferiores a 10 años para las cunetas y para las alcantarillas de alivio. Para las alcantarillas de paso el periodo de retorno aconsejable es de 50 años. Para los pontones y puentes el periodo de retorno no será menor a 100 años. Cuando sea previsible que se produzcan daños catastróficos en caso de que se excedan los caudales de diseño, el periodo de retorno podrá ser hasta de 500 años ó más. En el cuadro Nº 4.1.1.b se indican períodos de retorno aconsejables según el tipo de obra de drenaje.



CUADRO Nº 4.1.1.b

PERÍODOS DE RETORNO PARA DISEÑO DE OBRAS DE DRENAJE EN CAMINOS DE BAJO VOLUMEN DE TRÁNSITO TIPO DE OBRA PERÍODO DE RETORNO EN AÑOS Puentes y Pontones 100(mínimo) Alcantarillas de Paso y Badenes 50 Alcantarilla de Alivio 10 – 20 Drenaje de la Plataforma 10 Daños debidos a la escorrentía A efectos del presente Manual únicamente se considerarán como daños a aquellos que se producen por la presencia del camino. Es decir a las diferencias en los efectos producidos por el caudal entre las situaciones correspondientes a la presencia del camino y de sus elementos de drenaje superficial, y a su ausencia. Estos daños pueden clasificarse en las categorías siguientes:

• Los producidos en el propio elemento de drenaje o en su entorno inmediato (sedimentaciones, erosiones,

roturas).

• Las interrupciones en el funcionamiento del camino o de vías contiguas, debidas a inundación de su

plataforma.

• Los daños a la estructura del pavimento, a la plataforma del camino o a las estructuras y obras de arte.

• Los daños materiales a terceros por inundación de las zonas aledañas.

Estos daños, a su vez, podrán considerarse catastróficos o no. No dependen del tipo del camino ni de la circulación que esta soporte, sino de su emplazamiento.

Daños en el elemento de drenaje superficial Se podrá considerar que la corriente no producirá daños importantes por erosión de la superficie del cauce o conducto si su velocidad media no excede de los límites fijados en la Cuadro Nº 4.1.1c en función de la naturaleza de dicha superficie:

CUADRO Nº 4.1.1.c

VELOCIDAD MÁXIMA DEL AGUA TIPO DE SUPERFICIE MÁXIMA VELOCIDAD ADMISIBLE (m/s) Arena fina o limo (poca o ninguna arcilla) 0.20 – 0.60 Arena arcillosa dura, margas duras 0.60 – 0.90 Terreno parcialmente cubierto de vegetación 0.60 – 1.20 Arcilla, grava, pizarras blandas con cubierta vegetal 1.20 – 1.50 Hierba 1.20 – 1.80 Conglomerado, pizarras duras, rocas blandas 1.40 – 2.40 Mampostería, rocas duras 3.00 – 4.50 * Concreto 4.50 – 6.00 * * Para flujos de muy corta duración Si la corriente pudiera conducir materiales en suspensión (limo, arena, etc.) se cuidará de que una reducción de la velocidad del agua no provoque su sedimentación, o se dispondrán depósitos de sedimentación para recogerlas, los cuales deberán ser de fácil limpieza y conservarse de forma eficaz.



HIDROLÓGIA Y CÁLCULOS HIDRÁULICOS

Las dimensiones de los elementos del drenaje superficial serán establecidas mediante métodos teóricos conocidos de acuerdo a las características hidrológicas de la zona por la que pasa la carretera y tomando en cuenta la información pluviométrica disponible. El método de estimación de los caudales asociados a un período de retorno depende del tamaño y naturaleza de la cuenca tributaria. Por su naturaleza representan casos especiales la presencia de lagos, embalses y zonas inundables que retengan o desvíen la escorrentía. Cuando las cuencas son pequeñas se considera pertinente el método de la fórmula racional y/o de alguna otra metodología apropiada para la determinación del caudal de diseño. Se consideran cuencas pequeñas a aquellas en que el tiempo de concentración es igual o menor a 6 horas. El tiempo de recorrido del flujo en el sistema de cauces de una cuenca, o tiempo de concentración relacionado con la intensidad media de precipitación se puede deducir por la fórmula:

T = 0.3 (L/J¼

) ¾

Siendo: T = Tiempo de concentración en horas L = Longitud del cauce principal en km. J = Pendiente media Cuando se disponga de información directa sobre niveles o cualidades de la avenida, se recomienda comparar los resultados obtenidos del análisis con esta información directa. El caudal de diseño que aporta una cuenca pequeña se obtendrá mediante la fórmula racional: Q = C I A / 3.6 Q = Caudal m3/seg. (Para cuencas pequeñas) en la sección en estudio. I = Intensidad de la precipitación pluvial máxima, previsible, correspondiente a una duración igual al tiempo de concentración y a un periodo de retorno dado, en mm/h. A = Área de la cuenca en km2 C = Coeficiente de Escorrentía. Para el pronóstico de los caudales, el procedimiento racional requiere contar con la familia de curvas Intensidad – Duración – Frecuencia (IDF). En nuestro país, debido a la escasa cantidad de información pluviográfica con que se cuenta, difícilmente pueden elaborarse estas curvas. Ordinariamente solo se cuenta con lluvias máximas en 24 horas, por lo que el valor de la Intensidad de la precipitación pluvial máxima generalmente se estima a partir de la precipitación máxima en 24 horas, multiplicada por un coeficiente de duración; en el cuadro 4.1.2.a se muestran coeficientes de duración, entre 1 hora y 48 horas, los mismos que podrán usarse, con criterio y cautela, para el cálculo de la Intensidad, cuando no se disponga de mejor información.

CUADRO Nº 4.1.2.a COEFICIENTES DE DURACIÓN Lluvias entre 48 horas y una hora

Duración de la Precipitación en horas Coeficiente

1 0.25 2 0.31 3 0.38 4 0.44 5 0.50 6 0.56 8 0.64 10 0.73 12 0.79 14 0.83 16 0.87 18 0.90 20 0.93



22 0.97 24 1.00 48 1.32

El coeficiente de C, de la fórmula racional, puede determinarse con la ayuda de los valores mostrados en los cuadros Nº 4.1.2.b y Nº 4.1.2.c

CUADRO Nº 4.1.2.b VALORES PARA LA DETERMINACIÓN DEL COEFICIENTE DE ESCORRENTÍA

Para la determinación del coeficiente de escorrentía también podrán tomarse como referencia, cuando sea pertinente, los valores mostrados en el Cuadro Nº 4.1.2.d

CUADRO Nº 4.1.2.d COEFICIENTE DE ESCORRENTÍA



Para el cálculo de la velocidad y del caudal en un canal con régimen hidráulico uniforme, se puede emplear la fórmula de Manning. V = R

2/3 *

S

1/2 / n

Q = V * A R = A / P Donde: Q = Caudal m3/s V = Velocidad media m/s A = Área de la sección transversal ocupada por el agua m2 P = Perímetro mojado m R = A/P; Radio Hidráulico m S = Pendiente del fondo m/m n = Coeficiente de rugosidad de Manning (Cuadro Nº 4.1.2.e)

CUADRO Nº 4.1.2.e VALORES DEL COEFICIENTE DE MANNING

CUADRO Nº 4.1.3.a DIMENSIONES MÍNIMAS DE LAS CUNETAS

REGION PROFUNDIDAD ANCHO

(m) (m) Seca 0.20 0.50 Lluviosa 0.30 0.75 Muy lluviosa 0.30 * 1.20

* Sección trapezoidal con un ancho mínimo de fondo de 0.30m. REVESTIMIENTO DE LAS CUNETAS. Para evitar el deterioro del pavimento las cunetas deberán ser revestidas. Dicho revestimiento será a base de mampostería de piedra, concreto u otro revestimiento adecuado (figura 4.1.3.3.a). Los tubos cerámicos o de concreto, plásticos, aceros corrugados tendrán una resistencia mínima, medida en el ensayo de los tres puntos de carga, de 1000 Kg./m. Cuando los tubos hayan de instalarse en la vertical de las cargas del tráfico, se situarán, como mínimo, a las profundidades que se señalan en el Cuadro Nº 4.2.2.2.



CUADRO Nº 4.2.2.2

φ = diámetro nominal del tubo

Condiciones Hidráulicas Normalmente, la capacidad hidráulica del dren queda limitada por la posibilidad de filtración lateral del agua a través del material permeable hacia los tubos; la capacidad hidráulica de estos, con los diámetros que se indican más adelante, normalmente resulta superior a la necesaria para las exigencias del drenaje. No obstante, si existe la posibilidad de conocer el caudal de desagüe, puede hacerse el cálculo hidráulico correspondiente utilizando las formulas de Darcy y Manning para el dimensionamiento del diámetro de la tubería. La formula de Darcy es la siguiente: Q = A v v = K i i = ΔΦ/ΔL Donde: Q = Caudal (m3/seg) A = Sección transversal al flujo (m2) v = velocidad de flujo (m/seg) K = Conductividad hidráulica del medio poroso (m/seg) i = gradiente hidráulico ΔΦ = Perdida de carga o potencial (m) ΔL = Longitud o tramo (m) Se utilizará la tabla de coeficientes de rugosidad que se incluye a continuación en el Cuadro Nº 4.2.2.3.

CUADRO Nº 4.2.2.3

Diámetros y Pendientes



Los diámetros de los tubos oscilarán entre 10 cm. y 30 cm. Los diámetros hasta 20 cm. serán suficientes para longitudes inferiores a 120 m. Para longitudes mayores, se aumentará la sección. Los diámetros menores, sin bajar de 10 cm., se utilizarán con caudales y pendientes pequeños. Las pendientes longitudinales no deben ser inferiores al 0.5% y habrá de justificarse debidamente la necesidad de pendientes menores, que nunca serán inferiores al 0.2%. En tales casos, la tubería se asentará sobre un solado de concreto que permita asegurar la perfecta situación del tubo. La velocidad del agua en las conducciones de drenaje estará comprendida entre 0.20 m/s y 1.20 m/s.

RELLENO DE ZANJAS Cuando el fondo de la zanja se encuentre en terreno impermeable, para evitar la acumulación de agua bajo la tubería se preverá la colocación de una capa de material, perfectamente apisonado, y que puede ser del mismo terreno, alrededor del tubo, sin que alcance el nivel de las perforaciones, o se asentará sobre un solado. En caso de tuberías con juntas abiertas, estas pueden cerrarse en su tercio inferior y dar a la capa impermeable el espesor correspondiente. Si el fondo de la zanja se encuentra en terreno permeable, no son necesarias las anteriores precauciones. La composición granulométrica del material permeable, material filtro, con el que se rellene la zanja del dren requiere una atención especial, pues de ella depende su buen funcionamiento. Si dn es el diámetro del elemento de suelo o filtro tal que n % de sus elementos en peso son menores que dn deben cumplirse las siguientes condiciones: a) Para impedir el movimiento de las partículas del suelo hacia el material filtrante.

d15 del filtro / d85 del suelo < 5

d50 del filtro / d50 del suelo < 25 En el caso de terreno natural de granulometría uniforme, se sustituirá la primera relación por: d15 del filtro / d85 del suelo < 4 b) Para que el agua alcance fácilmente el dren: d15 del filtro / d15 del suelo > 5 c) Para evitar el peligro de colmatación de los tubos por el material filtro.

• En los tubos con perforaciones circulares:

d85 del filtro / diámetro del orificio del tubo > 1.0

• En los tubos con juntas abiertas:

d85 del material filtro / ancho de la junta > 1.2

• En los tubos de concreto poroso, se debe respetar la siguiente condición:

d85 del árido del dren poroso / d85 del filtro < 5 En caso de terrenos cohesivos, el limite superior para d15 del filtro se establecerá en 0.1 mm. Cuando sea preciso, deberán utilizarse en el proyecto dos o más materiales de filtros. Ordenados estos desde el terreno natural a la tubería, deben satisfacer, cada uno con respecto al contiguo, las condiciones exigidas anteriormente entre el material filtro y el suelo a drenar. El último, que será el que rodea el tubo, deberá satisfacer, además, las condiciones que se han indicado en relación con el ancho de las juntas o diámetro de los orificios de dichos tubos. Para impedir cambios en la composición granulométrica o segregaciones del material filtro por movimiento de sus finos, debe utilizarse material de coeficiente de uniformidad (d60/d10) inferior a 20, cuidadosamente compactado. El dren subterráneo se proyectará cumpliendo las disposiciones que se detallan en la figura 4.2.3a y 4.2.3b según se encuentre en terreno permeable o impermeable y sean necesarios uno o dos materiales filtro. Como alternativa del procedimiento anterior se podrá rellenar la zanja con material granular (grava) envuelto con tela sintética (geotextil) cuyo diseño deberá circunscribirse a lo establecido en las Especificaciones Técnicas Generales para Construcción de Carreteras (EG-2000), recomendándose este tratamiento para el diseño de subdrenes en suelos granulares.



ESTABILIDAD DE TALUDES El Proyectista sobre la base de un recorrido minucioso del camino, realizará una evaluación general de la estabilidad de los taludes existentes e; identificará los taludes críticos o susceptibles de inestabilidad. Definirá la inclinación de los taludes expresada como la relación H : V, siendo H la distancia horizontal y V la altura vertical del talud; para el efecto, se determinarán en lo posible, los parámetros obtenidos de ensayos y cálculos o se tomará en cuenta la experiencia del comportamiento de los taludes de corte in situ y/o ejecutados en rocas o suelos de naturaleza y características geológicas, geotécnicas similares que se mantienen estables ante condiciones ambientales semejantes Los taludes de corte dependerán de la naturaleza del terreno y de su estabilidad, pudiendo utilizarse (a modo referencial) las relaciones de corte en talud siguientes los que son apropiados para los tipos de materiales (rocas y suelos) indicados en el Cuadro Nº 5.2.1

CUADRO Nº 5.2.1 TALUDES DE CORTE

(*) Requiere Banqueta o análisis de estabilidad (**) Requiere análisis de estabilidad. Nota: En algunos casos se presentan taludes de corte de 8 o 10:1 , debiendo mantenerse o evaluarse estas posibilidades. Los taludes de relleno igualmente estarán en función de los materiales empleados, pudiendo utilizarse (a modo de taludes de relleno referenciales) los siguientes taludes que son apropiados para los tipos de material incluidos en el siguiente cuadro:



De acuerdo al tamaño de las partículas de suelo, se definen los siguientes términos:

Gavión tipo caja Descripción. Este item se refiere a todas las obras ejecutadas con Gaviones Caja con recubrimiento de zinc + aluminio y se realizará de acuerdo a las presentes especificaciones con los requisitos indicados en los planos. Materiales. El Gavión Caja es un elemento de forma prismática rectangular, constituido por piedras confinadas exteriormente por una red de alambre de acero protegido con un recubrimiento de zinc + aluminio. El Gavión Caja estará dividido en celdas mediante diafragmas intermedios. Todos los bordes libres del gavión, inclusive el lado superior de los diafragmas, deberán estar reforzados con alambre de mayor diámetro al empleado para la red. Red Metálica Las características indispensables que deberá tener el tipo de red a utilizar son las siguientes: - No ser fácil de destejer o desmallar. - Poseer una elevada resistencia mecánica y contra fenómenos de corrosión. - Facilidad de colocación. La red será de malla hexagonal a doble torsión; las torsiones serán obtenidas entrecruzando dos hilos por tres medios giros. De esta manera se impedirá que la malla se desteja por rotura accidental de los alambres que la conforman. La abertura de la malla será de 10 x 12 cm. ú 8 x 10 cm. para los Gaviones Caja. El alambre usado en la fabricación de las mallas y para las operaciones de amarre y atirantamiento durante la colocación en obra, deberá ser de acero dulce recocido de acuerdo con las especificaciones BS (British Standard) 1052/1980 "Mild Steel Wire", una carga de rotura media superior a 3,800 Kg/cm2 y un estiramiento no inferior al 12%. El alambre deberá tener un recubrimiento de zinc + aluminio, de acuerdo a la Norma ASTM A 856 “Zinc/5% Aluminum Mischmetal Alloy Coated Carbon Steel Wire”, cuyo espesor y adherencia garantice la durabilidad del revestimiento, y la cantidad de zinc estará de acuerdo a las especificaciones BS (British Standard) 443 /1982 "Zinc Coating on Steel Wire", y ASTM A641 "Zinc-Coated (Galvanized) Carbon Steel Wire" para revestimiento Clase 3. El diámetro del alambre de la malla será de 2.70 mm. para los Gaviones Caja. El diámetro del alambre de amarre y atirantamiento será de 2.20 mm. La especificación final para los Gaviones Caja será la siguiente:



Abertura de la malla : 10 x 12 cm. ú 8 x 10 cm. Diámetro del alambre de la malla : 2.70 mm. (G) Diámetro del alambre de borde : 3.40 mm. (G) Recubrimiento del alambre : Zinc + Aluminio (Norma ASTM A 856) El alambre para amarre y atirantamiento se proveerá en cantidad suficiente para asegurar la correcta vinculación entre los gaviones, el cierre de las mallas y la colocación del número adecuado de tensores. La cantidad estimada de alambre es de 8% para los gaviones de 1.0 m. de altura, en relación a su peso, y de 6% para los de 0.5 m. de altura. Piedra La piedra será de buena calidad, densa, tenaz, durable, sana, sin defectos que afecten su estructura, libre de grietas y sustancias extrañas adheridas e incrustaciones cuya posterior alteración pudiera afectar la estabilidad de la obra. El tamaño de la piedra deberá ser lo más regular posible, y tal que sus medidas estén comprendidas entre la mayor dimensión de la abertura de la malla y 2 veces dicho valor. Podrá aceptarse, como máximo, el 5% del volumen de la celda del gavión con piedras del tamaño menor al indicado. El tamaño de piedra deseable estará entre 6” y 12”. Antes de su colocación en obra, la piedra deberá ser aprobada por el Ingeniero Inspector. Ejecución. Antes de proceder a la ejecución de obras con gaviones el Contratista deberá obtener la autorización escrita del Ingeniero Inspector. Cualquier modificación en las dimensiones o en la disposición de los gaviones a utilizar deberá contar con la aprobación del Ingeniero Inspector. No podrán aprobarse aquellas modificaciones que afecten la forma o la funcionalidad de la estructura. La base donde los gaviones serán colocados deberá ser nivelada hasta obtener un terreno con la pendiente prevista. Los niveles de excavación deberán ser verificados por el Ingeniero Inspector antes de proceder a la colocación de los gaviones; se constatará que el material de asiento sea el adecuado para soportar las cargas a que estará sometido y si el Inspector lo cree conveniente, las cotas podrán ser cambiadas hasta encontrar las condiciones adecuadas. El armado y colocación de los gaviones se realizará respetando las especificaciones del fabricante de los gaviones. Cada unidad será desdoblada sobre una superficie rígida y plana, levantados los paneles de lado y colocados los diafragmas en su posición vertical. Luego se amarrarán las cuatro aristas en contacto y los diafragmas con las paredes laterales. Antes de proceder al relleno deberá amarrarse cada gavión a los adyacentes, a lo largo de las aristas en contacto, tanto horizontales como verticales. El amarre se efectuará utilizando el alambre provisto junto con los gaviones y se realizará de forma continua atravesando todas las mallas cada 10 cm. con una y dos vueltas, en forma alternada. Para obtener un mejor acabado los gaviones podrán ser traccionados antes de ser llenados, según disponga el Ingeniero Inspector. Como alternativa podrá usarse un encofrado de madera. El relleno de los gaviones será efectuado con piedra seleccionada. El relleno debe permitir la máxima deformabilidad de la estructura, dejar el mínimo porcentaje de vacíos, asegurando así un mayor peso. Durante la operación de relleno de los gaviones, deberán colocarse dos o más tirantes de alambre a cada tercio de la altura del gavión de 1.00 m. Estos tirantes unirán paredes opuestas con sus extremos atados alrededor de dos nudos de la malla. Para gaviones de 0.50 m. de alto bastará colocar los tirantes en el nivel medio de las cajas. En caso de que los gaviones sean llenados previamente e izados para su colocación, deberán colocarse tirantes verticales. Después de completar el relleno de los gaviones, se procederá a cerrar el gavión bajando la tapa, la que será cosida firmemente a los bordes de las paredes verticales. Se deberá cuidar que el relleno del gavión sea el suficiente, de manera tal que la tapa quede tensada confinando la piedra.



Los gaviones vacíos, colocados arriba de una camada ya terminada, deberán coserse a lo largo de las aristas en contacto con la camada inferior de gaviones ya llenos, para lograr un contacto contínuo entre los mismos que asegure la monoliticidad de la estructura. Método de Medición. Las obras con Gaviones Caja se medirán por metro cúbico de gavión de acuerdo a las dimensiones de los mismos, de acuerdo a las medidas de los planos y a los requisitos de las presentes especificaciones. Bases de Pago. El trabajo realizado de acuerdo a las especificaciones señaladas, medido según el acápite anterior, y debidamente aprobado por el Ingeniero Inspector, será pagado en base al precio unitario del contrato por metro cúbico de gavión para los Gaviones Caja. Dicho pago constituirá la completa compensación para la mano de obra, materiales, equipos, herramientas, implementos y todo concepto necesario para la correcta ejecución de la partida.

Protección de Riberas mediante Gaviones Descripción Generalidades Consiste en la construcción de defensas escalonadas de gaviones rectangulares destinadas a proteger la ribera y la infraestructura de la vía. El objetivo es construir elementos de protección en las riberas de los ríos para que se mantengan las corrientes de agua en su cauce normal y no causen erosión lateral o socavación, que puedan afectar la infraestructura de la vía y los puentes. Inspeccionar periódicamente las riberas de los ríos en las zonas adyacentes a los puentes, 50 metros aguas arriba y 50 metros aguas abajo del puente, y, en los sitios en donde la plataforma de la vía está cerca de la orilla de los ríos. Materiales Para la ejecución de esta actividad, los materiales que se requieren serán determinados, de acuerdo con la solución definida en el Expediente Técnico. En general, son los siguientes: La malla de alambre para gaviones, debe ser de alambre de resistencia media a la ruptura por tracción entre 38 kg/mm² y 50 kg/mm² y tejido formando hexágonos. Las aristas de los gaviones deberán ser reforzadas para impedir que la malla se deshile. El alambre para estos refuerzos tendrá un diámetro por lo menos 20% mayor que el del alambre de la malla. En general, el alambre por emplear en los gaviones deberá cumplir con las siguientes exigencias: • Malla: Tejido Hexagonal 8 x 12 cm. • Alambre de Tejido: Diámetro 2,4 mm. • Alambre de Borde: Diámetro 3,0 mm. • Recubrimiento: Galvanizado triple (Mín. 250 g de Zinc/m²) El material de relleno para gaviones debe ser, piedras o bolones de ríos, redondeadas (sin aristas vivas), sanas, duras y no alterables por el agua y agentes atmosféricos. No deberán utilizarse piedras laminadas, porosas, fracturadas o con otras fallas físicas. Deberán ajustarse a los siguientes requisitos: • Peso Específico: Mínimo 2,5 t/m³ (AASHTO T-85) • Absorción de Agua: Máximo 2% (AASHTO T-85) • Tamaño Máximo: 3 veces la abertura máxima del hexágono e inferior a 0,4 m. • Tamaño Mínimo: 1,2 veces la abertura máxima del hexágono de la malla. Equipos y Herramientas



Los equipos y herramientas necesarios para la ejecución de esta actividad, son: equipo de excavación seleccionado según el caso, equipo topográfico, herramientas manuales y específicas para armado de mallas de gaviones y una cámara fotográfica, etc. Procedimiento de Ejecución El procedimiento a seguir para la ejecución de los trabajos es el siguiente: 1. Colocar señales preventivas y dispositivos de seguridad. 2. El personal debe contar con los uniformes, cascos y todos los elementos de seguridad industrial en concordancia con las normas establecidas. 3. Distribuir los trabajadores con base en la programación de esta actividad 4. Tomar algunas fotografías de casos sobresalientes y/o representativos, en la situación inicial y en actividades de avance. 5. Disponer de la topografía necesaria aprobada, así como el diseño, la ubicación de los gaviones de fundación y su emplazamiento en planta. 6. Excavar las zanjas de fundación con las dimensiones, alineamientos y cotas definidas en el Expediente Técnico. 7. Desplegar y abatir el módulo en el suelo y levantar sus paredes hasta hacer coincidir las aristas contiguas formando una caja con la tapa abierta. 8. Amarrar las aristas teniendo el cuidado de no dañar los recubrimientos galvanizados. 9. Colocar las divisiones interiores a modo de diafragmas o tabiques transversales, dejando compartimentos independientes cada 1,0 m. Estos diafragmas se deben amarrar en todas sus aristas, dejando libre solamente la arista superior que irá en contacto con la tapa del gavión. 10. Ubicar en el sitio correspondiente, la caja armada y coserla sólidamente a las cajas inmediatamente adyacentes a lo largo de todas las aristas de contacto, tanto en dirección vertical como horizontal, incluyendo aquéllas de los tabiques interiores. El amarre de los gaviones con sus vecinos se efectuará mediante una costura continua de alambre, que pase por todos los hexágonos de las dos mallas de contacto, haciendo una doble vuelta o lazo cada dos hexágonos. 11. Utilizar moldajes para impedir que las paredes de la estructura se deformen durante el proceso de llenado, consistentes en un entablado o bastidores metálicos sostenidos por puntales. Estos moldajes deberán ser verticales y estar alineados siguiendo la línea del diseño de la obra. 12. Amarrar y colocar los gaviones de acuerdo con las técnicas aplicadas para este tipo de obras. Cada gavión debe amarrarse con alambre a los adyacentes y a los que van sobre él, con el fin de conformar una estructura monolítica capaz de resistir deformaciones sin perder su funcionalidad. 13. Rellenar los gaviones en forma manual o mecánica; colocar las piedras de mayor tamaño y de caras planas en contacto con la malla, cuidando que las paredes laterales y los diafragmas interiores no se deformen ni dañen. 14. Colocar, a medida que avanza el llenado, tirantes entre las paredes opuestas de la estructura, de manera de hacerlas solidarias y evitar deformaciones. La colocación en sentido horizontal se hará cada 0,33 m de altura, e intercaladas aproximadamente cada 0,50 m entre sí. 15. Cerrar el gavión bajando la cubierta y amarrando las tapas, terminado completamente el relleno. Esta amarra se deberá extender por todas las aristas superiores, incluyendo la de los diafragmas. En la zona de contacto entre dos gaviones contiguos, la costura de la tapa deberá comprometer las aristas de ambos. 16. Limpiar y ordenar el área, la cual deberá quedar sin montones o depresiones y retirando todos los materiales sobrantes, incluyendo suelos, piedras, moldajes y otros, que se deberán trasladar a depósitos de excedentes autorizados. 17. Al terminar los trabajos, retirar las señales y dispositivos de seguridad en forma inversa a como fueron colocados. 18. Tomar algunas fotografías de casos sobresalientes y/o representativos, en la situación final. Aceptación de los trabajos La Supervisión aceptará los trabajos cuando compruebe que se ha ejecutado a satisfacción la actividad de Protección de Riberas mediante Gaviones conforme a esta especificación. Medición La unidad de medida para la actividad de Protección de Riberas mediante Gaviones es: metro cúbico (m³) de gavión confeccionado de acuerdo con lo especificado, incluidas la topografía, excavaciones, provisión de gaviones, armado, relleno, amarre, limpieza y transporte y colocación en el depósito de excedentes. Pago La Protección de Riberas mediante Gaviones se pagará según el precio de contrato por trabajo aprobado satisfactoriamente de acuerdo con la presente especificación y la aceptación por parte de la Supervisión.



Protección de Riberas mediante Enrocados Descripción Generalidades Consiste en la construcción de una estructura de contención conformada por rocas colocadas, puestas y/o acomodadas con equipos mecánicos, con el fin de proteger la ribera y la infraestructura de la vía. La actividad incluye la topografía, las excavaciones, provisión de los enrocados de las dimensiones requeridas, geotextiles, capas de protección, colocación de los enrocados y en general por todo lo necesario para ejecutar el enrocado de protección conforme a lo definido en el Expediente Técnico. El objetivo es construir elementos de protección de las riberas de los ríos para que se mantengan las corrientes en su cauce normal y no causen erosión lateral o socavación, que puedan afectar la infraestructura de la vía y los puentes. Inspeccionar periódicamente las riberas de los ríos en las zonas adyacentes a los puentes, 50 metros aguas arriba y 50 metros aguas abajo del puente, y, en los sitios en donde la plataforma de la vía está cerca de la orilla de los ríos. Materiales Para la ejecución de esta actividad se requieren los siguientes materiales, de acuerdo con la solución definida en el Expediente Técnico. Material de enrocado. Deberá estar constituido por unidades o bloques de rocas extraídas de canteras, de formas aproximadamente cúbicas con aristas vivas o angulosas, sanas, sólidas y resistentes, sin señales de meteorización, descomposición o grietas y un peso específico mínimo de 2,6 gr/cc. El diámetro de la roca será de 1,0 m como mínimo y sólo se hará uso de rocas de menor diámetro en el entrabe entre las rocas grandes para de este modo reducir los intersticios que se forman entre roca y roca. Geotextiles para enrocados Las telas tipo geotextil pueden estar fabricados con polímeros sintéticos, tejidos o no tejidos, que se ajusten a la norma AASTHO M288-96 para control permanente de erosión y a las características definidas en esta especificación. Los geotextiles no tejidos podrán ser fabricados con fibras largas o fibras cortas punzonadas o termo fundidas, dependiendo del uso requerido. Todos los parámetros exigidos en esta norma corresponden a valores mínimos promedios del rollo (MARV). Su uso es de carácter obligatorio. Por lo tanto no se permite el uso de valores promedios o típicos. De acuerdo con lo anterior, el Contratista se obliga a presentarle al Supervisor para su aprobación los resultados suministrados por el proveedor, quedando en potestad de la Supervisión ordenarle su verificación. Requerimientos Generales de Resistencia para asegurar Supervivencia de los Geotextiles Los geotextiles usados en los trabajos especificados en este artículo deben cumplir los requerimientos que se presentan en la Tabla siguiente: Estos requerimientos están dados en valores mínimos promedios del rollo (MARV) y no en valores típicos o promedios. Todos los geotextiles deben llegar a la obra perfectamente referenciados y el Contratista exigirá a su Proveedor, el envío de los resultados correspondientes a cada rollo. No se permitirán valores de catálogo. Verificando que se encuentre entre las especificaciones, se permitirá su uso en obra. Por cada 1 500 m² de un geotextil del mismo tipo, el Contratista enviará a un laboratorio especializado, muestras para verificación de resultados. Este laboratorio debe ser diferente del que posee el proveedor o el productor. Las muestras serán tomadas en presencia del Supervisor, de acuerdo con los procedimientos de muestreo solicitados en la Norma AASHTO-D4354. Además de la aprobación de la calidad del geotextil, el supervisor deberá verificar que el Contratista efectúa el almacenamiento del geotextil de acuerdo con las instrucciones y recomendaciones del fabricante. Equipos y Herramientas Los equipos y herramientas necesarios para la ejecución de esta actividad son específicamente: tractores, cargadores frontales, retroexcavadoras o grúas, herramientas manuales y una cámara fotográfica, etc. Procedimiento de Ejecución El procedimiento a seguir para la ejecución de los trabajos es el siguiente:



1. Colocar señales preventivas y dispositivos de seguridad. 2. El personal debe contar con los uniformes, cascos y todos los elementos de seguridad industrial en concordancia con las normas establecidas. 3. Distribuir los trabajadores con base en la programación de esta actividad 4. Tomar algunas fotografías de casos sobresalientes y/o representativos, en la situación inicial y en actividades de avance. 5. Disponer al inicio de los trabajos de la topografía necesaria aprobada, así como definidas la inclinación de los taludes y las cotas de fundación y de coronamiento de la estructura. 6. Efectuar las excavaciones y los rellenos necesarios para conformar la superficie de respaldo del enrocado, la que se deberá extender desde el coronamiento hasta la fundación, dejándola sin ningún material angular que pudiera dañar la tela geotextil por colocar sobre ella. 7. Instalar el geotextil en coordinación con los trabajos de colocación de la capa protectora de material de respaldo por colocar sobre ella, de manera de cubrir la tela lo antes posible con ese material. 8. Colocar el enrocado que podrá consistir de varias capas de roca, según indique el Expediente Técnico. Las rocas se transportarán y descargarán de manera de evitarles fracturas, hasta lugares donde no interfieran con el tránsito vehicular o peatonal ni con el escurrimiento de las aguas. La estructura se construirá desde la zanja de fundación hacia el coronamiento, debiéndose rellenar la zanja con las rocas de mayor tamaño. Las rocas se trasladarán y acomodarán mediante métodos mecánicos, apoyados por chuzos u otras herramientas, de manera que queden trabadas entre sí, dejando una cantidad mínima de huecos. Deberán quedar de preferencia con su eje longitudinal (mayor) contenido aproximadamente en un plano vertical, normal al plano del talud y ligeramente inclinado hacia el interior, con un ángulo de 30 grados respecto de la vertical. Las rocas de la capa inferior deberán colocarse de manera que se obtenga una buena trabazón con las rocas de la capa superior. Cada roca de la capa superior deberá disponerse de manera que se apoye al menos en tres puntos sobre las rocas de la capa subyacente. 9. La cara visible del enrocado deberá quedar pareja y uniforme, sin irregularidades o discontinuidades. La tolerancia de las irregularidades puntuales de la superficie terminada con respecto del plano teórico del proyecto del Estudio Técnico será de D/3, con un máximo de 0,30 m, siendo D el diámetro de la esfera equivalente al tamaño medio del enrocado. 10. Limpiar y ordenar el área de trabajo, la cual deberá quedar sin montones o depresiones y retirar todos los materiales sobrantes que deberán trasladarse al depósito de excedentes autorizado. 11. Al terminar los trabajos, retirar las señales y dispositivos de seguridad en forma inversa a como fueron colocados. 12. Tomar algunas fotografías de casos sobresalientes y/o representativos, en la situación final. Aceptación de los trabajos La Supervisión aceptará los trabajos cuando compruebe que se ha realizado a satisfacción los trabajos necesarios para la Protección de Riberas mediante Enrocados, cumpliéndose con el Expediente Técnico y con los requerimientos de la presente especificación. Medición La unidad de medida para la Protección de Riberas mediante Enrocados es: metro cúbico (m³) de enrocado confeccionado de acuerdo con el Expediente Técnico y lo especificado, incluidas la topografía, excavaciones, geotextiles, enrocados, capas de protección y, en general, todo lo necesario para ejecutar la actividad conforme a esta especificación. Pago La Protección de Riberas mediante Enrocados se pagará según el precio de contrato por trabajo aprobado satisfactoriamente de acuerdo con la presente especificación y la aceptación por parte de la Supervisión.

GAVIONES Son estructuras flexibles construidas por una red de malla hexagonal tejida a doble torsión. El llenado de las cajas del gavión se hace normalmente sobre la base de cantos rodados, que se encuentran en los cauces de los ríos. Estas estructuras son apropiadas en zonas donde el río presenta pendiente suave. Consideraciones de Diseño Las estructuras de gaviones son de bajo costo. Para rellenar los armazones metálicos se puede utilizar piedras de poca calidad, o aun de desecho, comúnmente encontradas cerca del sitio de la obra, y no se requieren materiales ni mano de obra especializada, como encofradores, albañiles ni fierreros. Los costos



SACO

GAVION

COLCHON

A

B C

de mano de obra son mínimos ya que es posible capacitar rápidamente trabajadores no calificados, con supervisión de algunos calificados, para armar los gaviones, rellenarlos y sujetarlos entre si con alambre de hierro galvanizado. Todo esto facilita la introducción de esta técnica entre la población rural, que también puede participar activamente en la construcción y el mantenimiento posterior de las estructuras hidráulicas. Los gaviones también se pueden fabricar en los lugares donde se realiza las obras, literalmente a mano. Esto tiene una doble ventaja: rebaja el costo de compra de las cestas y crea una pequeña industria rural, con mano de obra local no calificada. Así se sigue la tendencia a incrementar el uso de técnicas de mano de obra de alta densidad en los proyectos modernos de desarrollo. Las estructuras de gaviones se pueden hacer sin equipo mecánico y la obra puede iniciarse enseguida porque las primeras etapas de excavación y colocación de los cimientos son mínimas y se pueden realizar a mano. De la misma manera, para las estructuras que van debajo del agua, la primera capa de gaviones puede colocarse en el agua o en el lado sin que falte nivelar el sitio. Al terminar, los gaviones pueden recibir de inmediato toda su carga sin los periodos de espera de hasta un mes normalmente asociados a las construcciones de concreto. Es mas, resulta relativamente fácil lograr una buena calidad de construcción por la simplicidad de los dos materiales utilizados, es decir, los gaviones y las piedras. TIPOS DE GAVIONES: Existen tres tipos de gaviones que son los siguientes:

Gavión Tipo Caja El gavión es una estructura en forma de caja rectangular hecha con malla metálica hexagonal tejida con doble torsión. Se compone de alambre galvanizado con un recubrimiento plastificado, que debe garantizar una vida útil adecuada del alambre. (Figura Nº16A)

Gavión Tipo Colchón o Antisocavante Son estructuras hechas en base a malla de alambre galvanizado, de espesor variable y que se coloca en la cara húmeda del dique, plantillas de ríos y su altura fluctúa entre 17 cm y 30 cm. (Figura Nº16B)

Gavión Tipo Saco Utilizado principalmente en obras de emergencia o en lugares donde no es posible realizar la instalación en condiciones optimas. A diferencia de los Gaviones de tipo "Caja" o de tipo "Colchón", los gaviones " Saco" se suelen armar fuera de la obra y con maquinaria pesada se colocan en su posición. (Figura Nº08)

FIGURA Nº08 - TIPOS DE GAVIONES

PROCEDIMIENTO Con los datos básicos de topografía, así como con los parámetros hidrológicos e hidráulicos, procederemos a diseñar el muro con gaviones para lo cual tomaremos algunos criterios de cálculo:

Dimensionamiento del Gavión Los gaviones serán seleccionados según dimensiones de la Tabla Nº13 que se adjuntan en los Anexos.

- Longitud del colchón antisocavante:

LCOLCHON = 1.5*Hs



- Espesor del Colchón Antisocavante:

Las dimensiones del colchón y su espesor serán seleccionados según la características de la Tabla Nº14 que se adjunta en los Anexos.

Las especificaciones técnicas de los gaviones serán determinadas por las Tablas Nº15,

Nº16 y Nº17 que se adjuntan en los Anexos. Estabilidad de Gaviones Criterios de Calculo: Para determinar el valor del empuje se utiliza la Teoría de Coulomb para lo cual tendremos:

- La superficie de rotura es plana. - La fuerza de rozamiento interno se distribuye en forma uniforme a lo largo de la superficie

de rotura. - La cuña de terreno entre la superficie de rotura y el muro se considera indeformable. - Se desarrolla un esfuerzo de rozamiento entre el muro y el suelo en contacto, lo cual hace

que la recta de acción del empuje activo se incline en un ángulo δ respecto de la normal al parámetro interno del muro.

- La rotura se analiza como bidimensional tomando una franja unitaria del muro considerando la estructura como continua e infinita.

- Para no sobredimensionar la estructura, dado que el gavión es permeable, se puede omitir el empuje hidrostático.

Calculo del Empuje: Se adopta en el cálculo el estado límite activo del terreno. El método de Coulomb se basa en el estudio del equilibrio de una cuña de suelo indeformable sobre la que actúa el peso propio, la fuerza de rozamiento y eventualmente la cohesión. Esta cuña activa se produce cuando hay un desplazamiento de la estructura de contención, lo cual sucede solo si la misma es deformable como en el caso de los gaviones. En el caso de muros muy rígidos se desarrollan empujes mayores que los correspondientes al empuje activo.

En el caso de muro con escalones internos como el que vamos a diseñar, se considera la superficie que une los extremos internos superior e inferior del muro. Queda así demostrado el ángulo formado por el plano de empuje y horizontal.

Debe considerarse que tanto la fricción como la cohesión se alteran cuando se modifica la humedad del terreno. Dado que ambos parámetros influyen sensiblemente en la determinación del empuje activo debe cuidarse mucho cual es el valor adoptado. Suele ser conveniente despreciar la cohesión, ya que esta se modifica con el tiempo y tiene gran influencia sobre el valor final del empuje.

Para terraplenes compactados puede adoptarse un valor de φ = 30°. Tras el muro se admite una distribución uniformemente variada de presiones, con lo cual el empuje toma una configuración triangular. El empuje activo es calculado en función del peso del terreno y de la altura del muro, siendo su valor reducido debido al coeficiente de empuje activo Ka.

Como se dijo el valor del coeficiente de empuje activo depende del ángulo ya

mencionado de ε que es el ángulo del talud sobre el muro con la horizontal, de δ ángulo de fricción entre muro y terreno. En los muros de gaviones se puede asumir δ = φ, valor determinado con los ensayos de mecánica de suelos. Estos valores favorables, se deben a la alta rugosidad de la estructura en gaviones que aumenta sensiblemente la fricción, δ determina también el ángulo entre la dirección del empuje y la normal a su plano de aplicación. El valor del coeficiente de empuje activo Ka, es determinado por la siguiente expresión:

2

2

2

)(1

SenSen

SenSenSenSen

SenKa



El empuje activo del terreno esta determinado por la expresión:

= Ton/m

en la cual: H = [h-(b-a)Tgα]Cosα, altura de actuación del empuje, siendo h = Altura del muro b = Base del muro despreciando los escalones externos a = Ancho del muro en la cima El valor de S es el peso especifico del suelo a contener, determinado por la Tabla Nº9 de

los Anexos y debe recordarse que la cohesión se puede omitir. En el caso de sobrecarga sobre el terraplén, siendo q el valor de la misma, esta asimilada a un relleno de altura hS de las mismas característica del terreno siendo hS = q/S, luego el

empuje será:

Normalmente con sobrecargas debido a vehículos, se adopta: q = 1.5 a 2.0 ton/m².

La altura del punto de aplicación del empuje es de difícil evaluación y varia bastante en la

practica, normalmente puede producirse a una altura comprendida entre 1/2H y 1/3H. Las variaciones se deben en algunos casos al desplazamiento del muro, a su rigidez e inclinación, a modificaciones en las características del terreno y sobrecarga.

Normalmente se considera a 1/3 de H (Ver Grafico N°09). Con sobrecarga tendremos:

En la cual d es la altura de aplicación del empuje activo, medida en forma vertical desde la horizontal que pasa por el punto de rotación F y B es la base del muro.

Si no hay sobrecarga:

Criterios de Verificación de la Estabilidad: Se debe calcular:

Seguridad al deslizamiento

Seguridad al volteo

Carga sobre el terreno

Verificación en secciones intermedias

KacHKaHEa S 22

1 2

aCS

aSa KHH

hKHE 2

21

2

1 2

BSenhH

hHHd

S

S

2

3

3

3,0,

3

HdsiBSen

Hd



Seguridad de rotura global

Las fuerzas estabilizantes y desestabilizantes son indicadas en los diseños que siguen para muros con escalones internos (Ver Grafico N°09)

Al enterrar un muro aparece un estado de empuje pasivo que es conveniente despreciar para estar del lado de la seguridad.

Verificación de la Seguridad al Deslizamiento Se considera el plano ortogonal que pasa por la base del muro, tendremos:

en la cual:

Fen = Fuerza estabilizante normal Feh = Fuerza estabilizante horizontal Fa = Fuerza desestabilizante

entonces: w = peso de la estructura, depende de la sección del muro y del peso específico del relleno. En el gavión se considera un porcentaje de vacíos (n) alrededor de 0,3, es decir 30% con lo cual tendremos. El valor de P es el peso específico del suelo a la profundidad de socavación, hallado

de los ensayos de mecánica de suelos.

g = P(1 – n)

En la cual:

g = Peso específico del gavión

n = Porcentaje de vacíos = 0,3

Las componentes del empuje activo serán:

Ev = Easen (90º + δ ± ) ; Componente vertical

EH = Eacos (90º + δ ± ) ; Componente horizontal

Verificación de la Seguridad al Volteo: Se entiende por momento de estabilidad al producto de la suma de fuerzas verticales por su distancia a la arista de volteo el producto resultante de las fuerzas horizontales consideradas por su distancia a la misma arista. Así como se muestra en el diagrama de cuerpo libre de esfuerzos:

GRAFICO N°09 – GAVIONES CON ESCALONES INTERNOS

51.cos

)(cos)(´

HE

senVEwtgsenHEVEwn

5.1´a

ehen

F

FTgFn



Wi = ΣPi*g (Peso propio de la estructura)

MR = ΣWi*Xi (Momento de resistencia)

MV = MV*d (Momento de volteo)

El coeficiente de volteo será:

Verificación de las Tensiones Transmitidas al Terreno:

Podemos suponer que exista una distribución lineal de tensiones sobre el terreno; cuando la resultante cae dentro del núcleo central, las tensiones resultan:

= Ton/m²; para caso de e<B/6

La resultante de las fuerzas normales a la base del muro es:

N = (w + Ev)cosα + EHsenα

La excentricidad de la resultante es:

El valor de la tensión resultante debe mantenerse por debajo de la tensión admisible del terreno. Este valor puede calcularse aplicando las expresiones de Terzaghi. También pueden usarse las tablas que dan la resistencia en función del tipo de suelo. Debido a la alta flexibilidad de los gaviones es posible admitir que la resultante caiga fuera del núcleo central de inercia, sin llegar a valores elevados en la tensión de tracción ya que se reduce la sección de trabajo de la base. La excentricidad real será:

para e > B/6

Se considera conveniente que 2

2 /2 mTon en tracción y 1 no deba

sobrepasar la tensión admisible del terreno.

La inestabilidad de una obra de gaviones puede darse para una rotura del conjunto suelo – muro a lo largo de una superficie cualquiera. El análisis se realiza para diversas superficies y se determina aquella rotura crítica o global. El coeficiente de seguridad debe dar entre 1,2 y 1,3. La superficie de rotura es normalmente una espiral logarítmica, pudiendo por simplificación ser admitida circular y calculada por el método de las fajas (Fellenius), Bishop, etc. Otro método simplificativo aproxima la superficie de rotura a una recta y un esquema de fuerzas determinado por tablas. Se recomienda para el cálculo los ensayos y literatura especializada.

5.1"V

R

M

M

B

e

B

N 61

2

1

62

B

N

MMBe VR

eB

e2

'

'3

21

e

N

'3

'312

e

eB



Descripción De La Obra Propuesta La obra consiste en la construcción de gaviones flexibles, de doble torsión de alambre protegido con un recubrimiento galvanizado de 260 gr.Zn/m²; cada unidad será dividido utilizando diafragmas, en celdas cuyo largo no deberá ser superior a una medida el ancho del gavión, para proteger la margen derecha del Río Locumba, sus dimensiones de la caja en la base es de 2.00 m, en la corona 0.5 m, con una altura de 2.50 m; para evitar la erosión en la base del muro, se colocara un colchón antisocavante de 4.0 m de longitud en su sección y una altura de 0.30 m. Los gaviones tipo caja y tipo colchón, serán llenados con piedras cuyo diámetro deberá ser 2.5 veces la dimensión de la malla. Longitud proyectada: Sector “Coari”:120.00 ml en la margen derecha Memoria De Cálculo Se desarrollaran todos las consideraciones y criterios de diseño adoptados para la construcción de gaviones son: Geología a) GEOLOGIA LOCAL En base ha estudios geológicos ya realizados por el PET, se puede indicar que los aspectos estructurales mas saltantes en el área de estudio, se suscriben a la estratificación subhorizontal de los estratos de la formación Cuaternario Aluvial, así como su ligera ondulación con predominancia tendiente hacia el NE y buzamientos de hasta 5° hacia al SE. En las zonas se observan flexuramientos y los buzamientos alcanzan excepcionalmente hasta 50° NO En general, en el área donde se establece la obra hidráulica de defensas ribereñas proyectadas no esta relacionada a estructuras geológicas activas que presenten problema alguno. b) GEOMORFOLOGIA La zona en estudio se encuentra ubicada al Oeste de la cordillera occidental, en la zona de la faja costanera del sur del Perú, regionalmente es una zona de pampas cortadas por la presencia del Río Locumba, siendo este el que ha originado el valle, que recorre de Este a Oeste, hasta llegar al océano pacifico. La zona de pampas se encuentra a una altura que no sobrepasa los 500 msnm y el valle tiene una altura de 400 msnm. Geotecnia a) CARACTERISTICAS GEOTECNICAS La cimentación de la estructura estará sobre suelos naturales identificados como suelo de material gravoso que ofrece condiciones adecuadas para las cargas de trabajo a las que estará sometida: Angulo de fricción interna : 32.0° Cohesión (C) : 0.0 Densidad seca total : 1.93 g/cm3 Capacidad portante del suelo : 2.99 Kg/cm2 Ancho de cimentación : 2.00 m Coeficiente de seguridad de N = 3.0 considerando que la estructura estará cimentada sobre suelo natural a fin de prevenir asentamientos perjudiciales y evitar probables disminuciones locales durante el proceso constructivo. Diseño



Para el caso del Río Locumba, la zona donde se ubica los gaviones esta alejada de la población y cercana a la trocha carrozable que comunica a los poblados de Ilabaya, el terreno de base sobre el cual estará apoyada la estructura es un GP (grava pobremente graduada), el muro se va mantener vertical a 90º. Entonces no vamos a considerar una sobrecarga sobre el terreno y se despreciara la fuerza de empuje del agua. Con todas estas condiciones verificaremos la estabilidad del muro. DIMENSIONAMIENTO DEL GAVION Altura del Muro En base a la relación de Manning – Strickler, se obtiene un muro de 1.765m, incluyendo Borde Libre, para efectos de diseño consideraremos una altura total de 2.50 m, que será la altura de los gaviones. Los gaviones serán seleccionados según las dimensiones de la Tabla Nº 13 de los Anexos. La sección transversal típica del gavion la que se indique en la Figura.

SECCION TRANSVERSAL TIPICA DEL GAVION Y COLCHON ANTISOCAVANTE El colchón Antisocavante se determinara para el presente caso lo siguiente: LCOLCHON = 1.5*HS Se tiene: HS = 1.00 m (Prof. de socavación)

LCOLCHON = 1.50 m

Se recomienda por experiencias de obras ejecutadas en el río locumba una longitud del colchón antisocavante de 4.00 m. El espesor del colchón estará en función de la velocidad, que para este caso es de 2.77 m³/s usando la Tabla Nº14 y Nº15 de los Anexos. Seleccionar un espesor de 0.30 m por seguridad de piedra de relleno de 70 – 120 mm. Entonces las dimensiones y características técnicas del gavión y el colchón serán: Dimensiones: Gavión tipo caja : 5.0 x 1.0 x 1.0 m 5.0 x 1.5 x 1.0 m 5.0 x 1.0 x 0.5 m

0.501.00

0.5

0

1.00

B

1.0

0

1.00

1.0

0

C

Relleno

D

B

2.00

0.3

0

2.00

A A



Gavión tipo Colchón : 5.0 x 2.0 x 0.3 m Para determinar sus especificaciones técnicas se utilizan las Tablas Nº16 y Nº17 de los Anexos: Tipo de malla : Hexagonal Abertura de malla : 8x10 cm Ø alambre de malla : 2.70 mm Ø alambre de borde : 3.40 mm Ø alambre de amarre : 2.20 mm Recubrimiento : 260 gr. Zn/m2 CHEQUEO DE ESTABILIDAD DEL MURO Empuje Activo: Para determinar el valor de empuje se utiliza la teoría de Coulomb, adoptando en el cálculo el estado limite activo del terreno: Calculo del empuje del terreno:

Datos:

C = 0.00

S = 1.93 ton/m³

h = 2.50 m

b = 2.00 m

a = 1.00 m

α = 0.00

Ka = 0.307 (Coeficiente de empuje activo Tabla -18)

H = [h-(b-a)Tgα]Cosα = 2.50 m

Ea = 1.852 ton/m

Seguridad de Deslizamiento:

g = P(1 – n)

P = 2.11 g/cm³ (Anexos – Mecánica de suelos)

n = 0,30

g = 1.477 ton/m³

Calculo de las componentes vertical y horizontal del empuje activo:

Ev = Easen(90º + δ - )

EH = Eacos(90º + δ - )

δ = φ = 32º (Anexos – Mecánica de suelos)

= 90º

Ev = 0.981 ton/m

EH = 1.571 ton/m

5.1cos

)(cos)(´

H

VHV

E

senEwtgsenEEwn

KacHKaHEa S 22

1 2



n´= 2.743 > 1.5

Verificación de la Seguridad al Volteo:

El momento que produce al volteo será:

d = H/3 = 0.833

MV = EH*d

MV = 1.309 ton-m/m

n” = 5.220 > 1.5

Verificación:

N = (w + Ev)cosα + EHsenα

N = 6.89 ton/m.

e = 0.193 m < 2/6 = 0.333

Por lo tanto la resultante cae dentro el núcleo central y las tensiones valen. Tensiones:

= 5.439 ton/m² = 0.544 kg/cm²

= 1.450 ton/m² = 0.145 kg/cm²

En ambos casos las tensiones resultantes están por debajo de las tensiones admisibles

del terreno que es 2.99 Kg/cm² tal como se aprecia en los Anexos de Mecánica de Suelos.

W W(Ton) Xi Mi

WB 1.477X1X1 = 1.477 1.50 2.216

WB 1.477X1X1 = 1.477 0.50 0.739

Wc 1.477X1.5X1 = 2.216 1.25 2.770

WD 1.477X1X0.5 = 0.739 1.50 1.109

W = 5.909 Ton MR = 6.834

5.1"V

R

M

M

62

B

N

MMBe VR

B

e

B

N 611

B

e

B

N 612



Para este caso las verificaciones de estabilidad de las secciones intermedias se

cumplieron verifican satisfactoriamente.

Evaluación

Ventajas

FLEXIBILIDAD Los gaviones permiten que las estructuras se deformen sin perder su funcionalidad. Soporta grandes asentamientos sin colapsar y sin llegar al volcamiento o deslizamiento. Esta propiedad es esencialmente importante cuando la obra debe soportar grandes empujes del terreno y a la vez esta fundados sobre suelos inestables o expuestos a grandes erosiones. Al contrario de las estructuras rígidas, el colapso no ocurre de manera repentina, lo que permite acciones de recuperación eficientes.

PERMEABILIDAD Los gaviones al estar conformados por mallas y piedras, son estructuras altamente permeables, lo que impide que se generen presiones hidrostáticas para el caso de obras de defensas ribereñas, del mismo modo se constituyen como drenes que permiten la evacuación de las aguas, anulando la posibilidad de que se generen empujes desde la cara seca de la estructura.

Lo cual nos da ventajas contra la flotación o desprendimiento en una obra en un cauce. Además nos permite tener saneados los terrenos aledaños a las márgenes, ya que al bajar el tirante, el agua que satura estos terrenos vuelve al cauce sin problemas. DURABILIDAD El recubrimiento de protección de los alambres utilizados en la fabricación de los gaviones, garantizan la vida útil de los mismos. La triple capa de zinc o galvanización pesada (ASTM A 641 Clase 3), asegura nuestra estructura contra el fenómeno de corrosión y abrasión por encima de otros recubrimientos. Esta misma, con una protección adicional de PVC es el más recomendado para casos de corrosión severa y/o situaciones de abrasión exigentes.

ESTÉTICA Los gaviones se integran armoniosamente de forma natural a su entorno, permitiendo; bajo condiciones adecuadas, el crecimiento de vegetación, conservando así el ecosistema preexistente.

ECONOMÍA La facilidad de armado de los gaviones hacen que estos no requieran mano de obra especializada las herramientas necesarias son simples (cizallas, alicates, etc.) y se logran altos rendimientos en la instalación. Las piedras de relleno, muchas veces son extraídas del mismo lugar donde se efectúa la instalación influyendo a favor de la reducción del costo final de la obra. Todo esto facilita la introducción de esta técnica entre la población rural, que también puede participar activamente en la construcción y el mantenimiento posterior de las estructuras hidráulicas. En el Cuadro se muestra una comparación económica de gaviones con otras obras.

RESISTENCIA Los materiales con los que se fabrican los gaviones, cumplen con los estándares internacionales de calidad más exigentes, asegurando de esta forma un Gavión 100% confiable. Los calibres de los alambres así como la abertura de las mallas (Norma ASTM A 975-97) así lo garantizan. Elevada resistencia debido al gran peso de la obra, la fricción entre las piedras, su resistencia a la compresión y la elevada tensión de tracción que es soportada por la malla (con baja deformación). La importancia de la malla para contener el material de relleno aumentando el coeficiente de seguridad al ser calculada la estructura como una simple obra de gravedad.

VERSATILIDAD Por la constitución de los materiales que se emplean, estos permiten construcciones de manera manual o mecanizada, en cualquier condición climática en presencia de agua o en lugares de



difícil acceso. Su construcción es rápida y entra en funcionamiento inmediatamente después de construido, del mismo modo permite su ejecución por etapas y una rápida reparación si se produjera algún tipo de falla.

Desventajas

Los gaviones no se pueden construir en suelos arenosos. No se recomienda cuando hay transporte de sedimentos, porque la cubierta de alambre se destruye.

Selección de la Obra de Defensa – Gaviones

Realizado la comparación de las propuestas analizando las diferentes características de las 03 estructuras de defensas ribereñas como las ventajas y desventajas se ha optado por seleccionar construir la estructura de defensa ribereña de la PROPUESTA (C) GAVIONES, la cual estará ubicada al margen derecho en la zona denominada COARI con una longitud de 120 metros lineales y con las características mencionadas en la propuesta C (Gaviones), siendo que estas estructuras se adecua a las características topográficas e hidráulica brindando la misma protección a la carretera a un costo menor que las otras propuestas. Las estructuras de gaviones son de bajo costo. Para rellenar los armazones metálicos se puede utilizar piedras de poca calidad, o aun de desecho, comúnmente encontradas cerca del sitio de la obra, y no se requieren materiales ni mano de obra especializada, como encofradores, albañiles ni herreros. Los costos de mano de obra son mínimos ya que es posible capacitar rápidamente trabajadores no calificados, con supervisión de algunos calificados, para armar los gaviones, rellenarlos y sujetarlos entre si con alambre de hierro galvanizado. Todo esto facilita la introducción de esta técnica entre la población rural, que también puede participar activamente en la construcción y el mantenimiento posterior de las estructuras hidráulicas.

Los gaviones también se pueden fabricar en los lugares donde se realiza las obras, literalmente a mano. Esto tiene una doble ventaja: rebaja el costo de compra de las cestas y crea una pequeña industria rural, con mano de obra local no calificada. Así se sigue la tendencia a incrementar el uso de técnicas de mano de obra de alta densidad en los proyectos modernos de desarrollo.

Las estructuras de gaviones se pueden hacer sin equipo mecánico y la obra puede iniciarse enseguida porque las primeras etapas de excavación y colocación de los cimientos son mínimas y se pueden realizar a mano. De la misma manera, para las estructuras que van debajo del agua, la primera capa de gaviones puede colocarse en el agua o en el lado sin que falte nivelar el sitio. Al terminar, los gaviones pueden recibir de inmediato toda su carga sin los periodos de espera de hasta un mes normalmente asociados a las construcciones de concreto. Es mas, resulta relativamente fácil lograr una buena calidad de construcción por la simplicidad de los dos materiales utilizados, es decir, los gaviones y las piedras.



COMPARACION ECONOMICA DE OBRAS DE GAVIONES CON

OTRAS ESTRUCTURAS

OBRA

LONG.

(m)

TIEMPO

(mes)

COSTO

POR (ml)

S/.

PRESUPUESTO

S/.

Defensas Ribereñas Rió Ramis Huancane

– Puno: Enrocados Sector Puente Saman

– Puente Ramis (1997)

7,500.00

7.5

480.26

3,601,950.00

Defensas Ribereñas Rió Ramis Huancane

– Puno: Espigones de Gaviones Sector

Puente Saman – Puente Ramis (1997)

7,500.00

7.5

147.90

1,109,250.00

Rehabilitación Defensas Ribereñas de

los Ríos Caplina – Uchusuma: Enrocados

Puente El Peligro (1998)

200.00

2.0

537.41

107,482.00

Rehabilitación Defensas Ribereñas de

los Ríos Caplina – Uchusuma: Muro de

Concreto Ciclópeo: Bocatoma Calientes

(1998)

585.00

2.5

646.39

378,138.15

Construcción de Muro de Concreto

Armado para Defensas de los Estribos

del Puente del Rió Lluta Tacna - Arica

(2001)

54.50

2.0

5,395.79

294,070.55

Construcción Muro de Contención de

Concreto Armado Canal El Medio – Sama

(2001)

75.00

2.0

2,459.04

184,428.28

Construcción de Gaviones Oconchay -

Valle Locumba PERPEC (2001)

300.00

3.0

318.93

95,679.00

Construcción de Gaviones Calana -

Valle Caplina PERPEC (2001)

200.00

2.0

255.85

51,170.00

Construcción de Gaviones Challata -


170.00

4.0

847.94

144,149.80

Construcción de Gaviones La Banda -


110.00

2.5

901.00

99,110.00

6. CONCLUISONES Y RECOMENDACIONES

6.1 Conclusiones

Realizado la comparación de las propuestas analizando las diferentes características de las 03 estructuras se ha optado por seleccionar y construir la estructura de defensa ribereña de la PROPUESTA (C) GAVIONES ya que refiere un costo menor que las otras propuestas.

Las características de la pendiente del Río Locumba en la zona del proyecto unida al hecho de que el cauce presenta márgenes explayadas lo hace propenso a sufrir problemas de inundaciones en épocas de avenidas, afectando áreas agrícolas y vías de acceso.

El estudio total de un río nunca podrá hacerse independientemente del manejo de la cuenca. La cuenca y el río que la drena constituyen una unidad indisoluble. El manejo de cuencas resulta inevitable en países como el nuestro, cuyas cuencas experimentan un agudo proceso de erosión y contaminación.



Las estructuras de gaviones son tecnologías innovadoras y por consiguiente los profesionales que estén a cargo de obras con estas estructuras deben de tener una preparación técnica, con cursos orientados a la construcción y diseño de los gaviones.

Las estructuras a base de gaviones, han demostrado ser una buena solución a los problemas originados por la fuerza erosiva del agua. Los podemos utilizar ventajosamente en obras de conservación de suelos, recarga de acuíferos, obras de irrigación y defensas ribereñas.

Los gaviones representan una solución extremadamente valida desde el punto de vista técnico y económico para la construcción de obras de contención, para cualquier ambiente, condición climática y aun en zonas de muy difícil acceso.

Las defensas ribereñas de gaviones son estructuras de bajo costo porque no necesita mano de obra calificada y los materiales se pueden obtener del mismo río.

Al construir una estructura de defensas con gaviones, debe estar complementada por una limpieza y mantenimiento del cauce así asegura su buen funcionamiento y periodo de vida.

Es conveniente una política de difusión sobre los gaviones lo que significa realizar proyectos en zonas a rehabilitarse, y el impacto en la mejora del nivel de vida de los beneficiarios.

6.2 Recomendaciones

En vista que es un proyecto que beneficiara a diferentes comunidades de la zona, seria conveniente que se efectúe un convenio de apoyo con la mano de obra, con estas comunidades, lo que abarataría ostensiblemente los costos de ejecución.

Fomentar el intercambio tecnológico sobre modelos de sistemas de protección y obras fluviales, buscando la eficiencia y economía de las mismas.

Implantar programas de capacitación a los usuarios para la implementación de medidas de prevención ante la ocurrencia de grandes avenidas.

Se debe buscar el financiamiento de organismos de cooperación técnica internacional para el desarrollo de proyectos de defensa ribereñas, en vista de que los presupuestos asignados en el departamento de Tacna para este tipo de obras son bajos.

Implantar programas reguladores para el caso de poblaciones tal como la reubicación de los usuarios de las riberas en inundación en base al pronóstico de grandes avenidas.



TABLA Nº9 : PESOS ESPECIFICOS Y ANGULOS DE FRICCION DE SUELOS

CLASE DE TERRENO

S (Ton/m³)

Tierra de terraplén seca

Tierra de terraplén húmeda

Tierra de terraplén empapada

Arena seca

Arena húmeda

Arena empapada

Légamo diluvial seco

Légamo diluvial húmedo

Arcilla seca

Arcilla húmeda

Gravilla seca

Gravilla húmeda

Grava de cantos vivos

Grava de cantos rodados

1,40

1,60

1,80

1,60

1,80

2,00

1,50

1,90

1,60

2,00

1,83

1,86

1,80

1,80

37º

45º

30º

33º

40º

25º

43º

20º

45º

22º

37º

25º

45º

30º

Fuente: BRETSCHNEIDER, curso sobre Regulación de Ríos.

TABLA Nº13 : GAVION TIPO CAJA DE MALLA HEXAGONAL A DOBLE TORSION

FUENTE: Gaviones PRODAC

DIMENSIONES (1)

PESOS APROXIMADOS (kg/pza)

Largo

(m)

Anch

o

(m)

Alto

(m)

Nº de

Diafr

ag

Volum

en

(m³)

GALVANIZADO

Ø2.40

mm

Ø2.70

mm

Ø3.00

mm

Ø3.50

mm

Características técnicas

Abertura de malla 8 cm x 10 cm

1.5

2.0

2.0

2.0

3.0

3.0

4.0

4.0

4.0

5.0

5.0

5.0

6.0

1.0

1.0

1.0

1.0

1.0

1.0

1.0

1.0

1.5

1.0

1.0

1.5

2.0

1.0

0.5

1.0

1.0

0.5

1.0

1.0

1.0

0.5

0.5

1.0

1.0

0.5

-

1

-

1

2

2

3

3

3

4

4

4

5

1.5

1.0

2.0

2.0

1.5

3.0

2.0

4.0

6.0

2.5

5.0

7.5

6.0

10.5

9.8

13.1

14.5

13.0

12.2

16.3

18.0

16.1

15.1

20.2

22.2

12.6

11.8

15.8

17.3

14.5

20.9

18.9

27.5

36.0

23.6

34.1

44.3

48.5

18.0

26.1

23.7

34.3

44.9

29.4

42.5

55.6

60.5

22.2

32.3

29.3

42.4

55.5

36.3

52.5

68.7

74.7

17.3

25.3

22.9

43.2

43.4

28.4

41.1

53.8

58.5



TABLA Nº14 : ESPESORES INDICATIVOS DEL REVESTIMIENTOS EN COLCHONES

Y EN GAVIONES EN FUNCIÓN DE LA VELOCIDAD DE LA

CORRIENTE

TIPO

ESPESOR

(m)

PIEDRA DE

RELLENO

VELOCIDAD

CRITICA

m/s

VELOCIDAD

LIMITE

m/s

DIMENSIO

N

Mm

d50

COLCHONES

0,15 – 0,17

70 – 100

70 – 150

0,085

0,110

3,5

4,2

4,2

4,5

0,23 – 0,25

0,30

70 – 100

70 – 150

70 – 120

70 – 150

0,085

0,125

0,100

0,125

3,6

4,5

4,2

5,0

5,5

6,1

5,5

6,4

GAVION

0,50

100 – 200

120 – 250

0,150

0,190

5,8

6,4

7,6

8,0




TABLA Nº15 : GAVION TIPO COLCHON

TABLA Nº16 : CALIBRE DE LOS ALAMBRES

GAVIONES GALVANIZADOS

DIAMETROS (mm)

Tipo de alambre

Diámetros Ø (mm)

Gavión

P.V.C.

Tipo A

Tipo B

Abertura de malla o “cocada”

Alambre de malla

Alambre de borde

Alambre de amarres o atiramiento

6x8 cm

2.20

2.70

2.20

8 x10 cm

2.70

3.40

2.20

8 x 10 cm

3.00

3.90

2.20

8 x 10 cm

3.50

4.10

3.50

DIMENSIONES (1)

PESOS APROXIMADOS (kg/pza)

Largo

(m)

Anch

o

(m)

Alto

(m)

Nº de

Diafr

ag

Volum

en

(m³)

GALVANIZADO

Ø 2.20 mm

Ø 2.70

mm

Ø 3.50 mm

Características técnicas

Abertura de Abertura de malla 8cmx10cm

malla 6cmx8cm

4.0

4.0

4.0

5.0

5.0

5.0

6.0

6.0

6.0

2.0

2.0

2.0

2.0

2.0

2.0

2.0

2.0

2.0

0.17

0.23

0.30

0.17

0.23

0.30

0.17

0.23

0.30

3

3

3

4

4

4

5

5

5

1.36

1.84

2.40

1.70

2.30

3.00

2.04

2.76

3.60

31.5

34.2

37.6

39.0

42.4

46.6

46.6

50.6

55.7

31.2

32.9

35.0

38.8

41.0

43.5

46.9

49.3

52.0

30.1

31.8

33.8

37.5

39.6

42.1

45.9

47.8

50.3





TABLA Nº17 : RECUBRIMIENTO DE LOS ALAMBRES

DIAMETRO DEL ALAMBRE

(mm)

MINIMO PESO DEL REVESTIMIENTO

(g-Zn/m²)

2.20

2.40

2.70

3.00

3.40

3.90

240

260

260

275

275

290


TABLA Nº18 : Expresión simplificada para = 0

Ka

25 0.406 26 0.390 27 0.376 28 0.361 29 0.347 30 0.333 31 0.320 32 0.307 33 0.295 34 0.283 35 0.271 36 0.260 37 0.249 38 0.238 39 0.228 40 0.217 41 0.208 42 0.198 43 0.189 44 0.180 45 0.172

DISEÑO DE GAVIONES

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