TEMA

ALUMNO

PROFESOR: ING. FIDEL ROQUE APARICIO

CURSO: HIDRAULICA FLUVIAL

2014

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I. INTRODUCCION

A través de los tiempos, los seres humanos se han ubicado en las cercanías de los

ríos, por lo que se hace necesario la construcción de defensas, las cuales son

estructuras creadas para prevenir inundaciones, causadas por los desbordamientos

de caudales en épocas de lluvia, y así poder proteger tanto a los habitantes como a

las infraestructuras que se encuentran en el riesgo hídrico.

Debido a la problemática que presentan las inundaciones, se deben colocar

protecciones en las márgenes de lo ríos. Para poder diseñar estas protecciones,

primero se deben realizar ciertos estudios preliminares como son: análisis

hidrológico, morfológico, topográfico y estudio de la situación actual, para que

estas puedan cumplir con eficiencia su objetivo y a su vez su vida útil, y poder así

estimar su altura y la distancia a la que se deben colocar.

El gavión es una estructura en forma de caja fabricada en Malla triple Torsión;

usado para construcción de espigones, muros de encauzamiento, Protección de

Ribera, protección de estribos, cabezal de alcantarillas , muros de

Contención, protección de Taludes , canalización de Ríos, diques Transversales,

etc.

II. PROBLEMA

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El rio Santa es muy caudaloso, En épocas de invierno aumenta su caudal debido a

las precipitaciones abundantes que pueden causar desbordamientos del mismo,

provocando daños a las poblaciones que habitan cerca de los alrededores del río,

ésta situación trae consecuencias socio económicas en la medida que afectan

centros de producción agrícola o industrial y a las estructuras sometidas al riesgo

hídrico como vías o edificaciones, por esta razón, para preservarlas, se hace

necesario la construcción de defensas para el control de sus aguas, que brinden

protección o reduzcan los riesgos de inundación tal es el caso de la rivera del rio

santa a la altura del puente de jangas.

III. JUSTIFICACION

La realización de este Trabajo surge como respuesta a un deseo de preservar la

rivera del rio santa a la altura del puente de jangas carretera huaraz-caraz y así

evitar problemas como erosión perdida de terreno inestabilidad de taludes.

IV. OBJETIVOS

General

Diseño de gavión para proteger estructuras cercanas al río santa en

el poblado de Jangas carretera huaraz – caraz al costado del puente

de jangas.

Específicos

Señalar los materiales adecuados a utilizar en las defensas.

Aprender a diseñar defensas ribereñas

Indicar a que distancia se deben colocar estas protecciones.

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V. LOCALIZACIÓN DEL SITIO DE PROYECTO

El sitio de proyecto se localiza en el puente JANGAS carretera Huaraz – Caraz

que se realiza el cruce sobre el río SANTA, en el municipio de JANGAS, en el

departamento de ANCASH.

La localización se observa en el Plano No. 1.

VI. MARCO TEORICO

DEFENSAS RIBEREÑAS.

Son estructuras construidas para proteger las áreas aledañas a los ríos, contra los

procesos de erosión de sus márgenes producto de la excesiva velocidad del agua,

que tiende arrastrar el material ribereño y el socavación que ejerce el río, debido al

Zona de construcción de muro de gavión

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régimen de precipitaciones abundantes sobre todo en época de invierno, ya que

son causantes de la desestabilización del talud inferior y de la plataforma de la

carretera. Estas obras se colocan en puntos localizados, especialmente para

proteger algunas poblaciones y, singularmente, las vías de comunicación, estas

pueden ser efectivas para el área particular que se va a defender, pero cambian el

régimen natural del flujo y tienen efectos sobre áreas aledañas, los cuales deben

ser analizados antes de construir las obras.

Para llevar a cabo un proyecto de defensas fluviales es fundamental contar con

una serie de información preliminar o antecedentes que permitan diagnosticar el

problema que se quiere solucionar; como: hidrológicos, topográficos y

geomorfológicos. Así también se requerirá antecedentes sobre inundaciones

anteriores, daños provocados, zonas afectadas, etc.

a) Antecedentes Hidrológicos: Se debe contar con un estudio hidrológico del río,

con el fin de determinar los caudales de diseño, que definirán el

dimensionamiento apropiado de las obras. El estudio hidrológico tiene por objeto

obtener el mejor ajuste, con los datos existentes a esa fecha a través las funciones

de distribución más aceptadas que permitan conocer el margen de error disponible

de cada uno con el objeto último de brindar una herramienta a los tomadores de

decisión. Los estudios hidrológicos analizan alturas del pelo de agua y del caudal

de paso son elementos básicos para la determinación de las dimensiones y sitio de

traza más óptimos para diseñar defensas costeras en áreas de riesgo hídrico.

b) Antecedentes Topográficos y Geomorfológicos: Para esto se requiere de

estudios realizados de levantamiento aerofotogramétrico y planos topográficos. El

estudio geomorfológico caracteriza el suelo y determina su composición,

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granulometría y grado de compactación. Este estudio junto con el hidrológico,

permitirá determinar los principales parámetros de escurrimiento, velocidad y

niveles, para los diferentes caudales.

c) Áreas de Inundación: Las verificaciones hidráulicas teóricas, permiten

realizar el pronóstico de los ejes hidráulicos bajo diferentes condiciones de

caudales. Se deberá delimitar las posibles áreas de inundación en el sector de

interés, asociando los períodos de recurrencia de los eventos señalados en el

análisis hidrológico con las probabilidades de ocurrencia de éstos.

d) Diagnóstico: Basado en los antecedentes recopilados en la etapa anterior, se

deberá realizar un acabado diagnóstico de las condiciones actuales del cauce,

describiendo el origen del problema que se desea solucionar.

e) Optimización de la Situación Actual: Esta corresponde a pequeñas

inversiones o trabajos que eventualmente podrían mejorar la situación actual o sin

proyecto. En general, obras de limpieza y rectificación de cauces pueden

constituir un mejoramiento de la situación actual.

f) Alternativas de Proyectos: En función de los daños que se pretende evitar, se

debe plantear la mayor cantidad de alternativas técnicas que den solución al

problema. Se plantean soluciones para eliminar los puntos de estrechamiento de

cauces, regularización de riberas para mejorar su rugosidad, ampliación general

del lecho, construcción de defensas en sectores externos al cauce con el fin de

limitar las zonas de inundación, canalización, revestimiento de cauces, dar un

nuevo trazado al cauce para dar descarga en otros sectores posibilitando deprimir

el eje hidráulico, etc.

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g) Preselección de Alternativas: En general, corresponde en esta etapa utilizar

criterios técnicos que restrinjan la materialización física de algunas alternativas.

La construcción de defensas costeras es una estrategia recurrente para la

protección de obras civiles, bienes e infraestructura de servicios en áreas de riesgo

hídrico, sin embargo toda defensa en sí misma encierra una paradoja dado que al

incrementar la altura del terraplén se protege una mayor superficie, aunque ante

un eventual colapso la destrucción es proporcional a su altura. Definir la altura

más adecuada para una defensa costera puede resultar incompleta, si solo se

contemplan los componentes técnicos, físicos y de materiales de la obra. Un

aspecto relevante y significativo es el relacionado al ámbito de protección de la

estructura en términos productivos.

Las obras de defensa ribereña estarán sometidas a diferentes efectos en mayor o

menor grado según se presenten las condiciones hidráulicas y la naturaleza del

terreno de fundación. Estos efectos son:

• Deformabilidad y resistencia de la fundación.

• Posibilidad de la socavación de la base.

• Estabilidad.

• Efecto abrasivo por transporte de material de fondo.

Por otra parte, las obras además de ser eficientes, deben ser económicas, para lo

cual se considera los siguientes factores:

• Disponibilidad y costo de materiales de construcción.

• Costo de construcción

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• Costo de mantenimiento.

• Durabilidad de las obras.

• Condiciones constructivas.

• Correspondencia con obras colindantes.

La forma y el material empleado en su construcción varía, fundamentalmente en

función de:

• Los materiales disponibles localmente.

• El tipo de uso que se da a las áreas aledañas.

Generalmente en áreas rurales se usan diques de tierra, mientras que en las áreas

urbanas se utilizan diques de hormigón.

GAVIONES

El gavión es una estructura en forma de caja fabricada en Malla triple Torsión;

usado para construcción de espigones, muros de encauzamiento, Protección de

Ribera, protección de estribos, cabezal de alcantarillas , muros de Contención,

protección de Taludes , canalización de Ríos, diques Transversales, etc.

Podemos fabricar todos los tamaños de gaviones según requerimientos del cliente,

con ojo de 10 cm x 10 cm o de 7.5 cm x 7.5 cm; en alambre galvanizado o

recubierto de PVC en calibre No. 13 (BWG 2.413 mm) o en Calibre No. 12

(BWG 2.769 mm).

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Los gaviones pueden tener diferentes aspectos, es muy frecuente encontrarlos con

forma de cajas, que pueden tener largos de 1,5, 2, 3 y 4 m, un ancho de 1 m y una

altura de 0,5 ó 1,0 m

Tipos de Gaviones

Gavión Tipo Caja: Son

paralelepípedos regulares de

dimensiones variadas pero con alturas

de 1.0m a 0.50m; conformados por una

malla metálica tejida a doble torsión

para ser rellenados en obra con piedras

de dureza y peso apropiado, como se muestra en la siguiente

Gavión Tipo Colchón

Son aquellos cuya altura fluctúa entre 0,17m - 0,30m y de áreas variables. Son

construidos en forma aplanada para ser utilizados como revestimiento antierosivo,

antisocavante para uso hidráulico y como base-zócalo (Mejorador de capacidad

portante) en la conformación de muros y taludes.

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Gavión Tipo Saco

Son generalmente de forma cilíndrica siendo sus dimensiones variables ya que se

conforman para obras de emergencia o de aplicación en lugares de difícil acceso.

Se arman generalmente fuera de la obra y se deposita en su lugar mediante el uso

de maquinaria de izaje. A través de los bordes libres se inserta en las mallas un

alambre más grueso para reforzar las extremidades y permitir el ensamblaje del

elemento.

Ventajas:

Presentan una amplia adaptabilidad a diversas  condiciones, ya que son fáciles

de construir aun en zonas inundadas

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Funcionan como presas filtrantes que permiten el  flujo normal del agua y la

retención de azolves.

Debido a que los cajones de gaviones forman una sola estructura tienen mayor

resistencia al volteo y al deslizamiento.

Controlan eficientemente la erosión en cárcavas de diferentes tamaños.

Tienen costos relativamente bajos, en comparación con las presas de

mampostería.

Tienen una alta eficiencia y durabilidad (mayor a 5 años)

Usos:

Muros de contención: los muros de gaviones están diseñados para mantener

una diferencia en los niveles de suelo en sus dos lados constituyendo un grupo

importante de elementos de soporte y protección cuando se localiza en lechos

de ríos.

Conservación de suelos: la erosión hídrica acelerada es considerada

sumamente perjudicial para los suelos, pues debido a este fenómeno, grandes

superficies de suelos fértiles se pierden; ya que el material sólido que se

desprende en las partes media y alta de la cuenca provoca el azolvamiento de

la infraestructura hidráulica, eléctrica, agrícola y de comunicaciones que existe

en la parte baja.

Control de ríos: en ríos, el gavión acelera el estado de equilibrio del cauce.

Evita erosiones, transporte de materiales y derrumbamientos de márgenes,

además el gavión controla crecientes protegiendo valles y poblaciones contra

inundaciones.

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ESPIGONES

Un espigón, rompeolas o escollera es una estructura no

lineal construida con bloques de roca de dimensiones

considerables, o con elementos prefabricados de hormigón,

(cubos, paralelepípedos, dolos y tetrápodos o

quadrípodos), son colocados dentro del agua,

en ríos, arroyos o próximos a la costa marítima, con la

intención de aumentar el flujo en varias direcciones determinadas, reducir el

oleaje o evitar la decantación de arena.

El comportamiento de los espigones en la costa marítima está influido por una

gran cantidad de factores, lo que hace que sea muy difícil predecir con buena

aproximación los efectos que éste pueda tener en la práctica. Por este motivo es

muy importante ensayar el comportamiento de este tipo de estructuras marinas

en modelos reducidos.

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Espigones al término de un río

Los espigones suelen colocarse al final de los ríos para evitar que se forme un

estuario el cual no quiere que se forme esto sirve para el encauzamiento del río

para que éste muera en la mar.

Espigones en los puertos

Se ponen espigones en los puertos para la preservación de los sargos y que no

sean arrastrados.

También suelen ponerse una especie de espigón en muelles comerciales como es

el caso del puerto comercial de Gibraltar en estos espigones, los buques atracan y

las personas son trasladadas a tierra por un ferry en este tipo de espigones, suelen

atracar para realizar descansos, hacer revisiones o inspecciones o realizar el

repostaje de carburantes

VII. METODOS Y MATERIALES

METODO.

El método usado para la realización de este informe es el observativo y practico

ya que se realizó una visita a JANGAS ubicada en la carretera HUARAZ –

CARAZ donde se hizo un levantamiento con gps

MATERIALES._Cámara fotografía

_Mapa cartográfico de Ancash

_GPS

_Computadora

_Materiales de escritorio

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VIII. RESULTADOS

CAUDAL DE DISEÑO OBRAS DE PROTECCIÓN

El caudal de diseño que se tuvo en cuenta para el diseño de las obras de

protección, que se tratarán más adelante, es de 1668.1 m³/s, que corresponde a

un período de retorno de 100 años.

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CÁLCULOS DE DISEÑO

CASO 1: EMPUJE DE TIERRA + SOBRECARGA VEHICULAR

Para la determinación del peso del muro y el centro de gravedad, dividimos su

sección en tres figuras geométricas con propiedades conocidas, cuyos valores se

muestran a continuación en el Cuadro N°12

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Peso Propio p.p.

Para un peso específico de relleno de gavión de 2500 Kg/m3, corresponde un peso

propio por metro de longitud de 15000 Kg/m.

p.p.= 15000 Kg/m

Centro de Gravedad.

Sobrecarga q:

Se tomó una altura de relleno equivalente a una sobrecarga vehicular de 2 pies o

60 cm según la Norma AASTHO 2002.

q = y * Hs = 1700 Kg/m3 * 0.6 m = 1020 Kg/ m2

Peso Total de la Sobrecarga Ws:

Corresponde a la sobrecarga aplicada sobre el relleno del cuerpo inferior del

muro, en la cual para efectos de cálculo, 1.22 m es la dimensión en profundidad

(transversal al eje de la vía), de aplicación de la carga distribuida de 1140 Kg/m2

(ver sección gavión en plano del sitio W7).

Ws= q*L = 1020 Kg/ m2 * 1.22 m = 1244.4 Kg/m.

Peso del Relleno Wr:

Corresponde al relleno colocado contra la cara interna vertical del muro, el cual

tiene un volumen Vr =1.05 m3/m por metro de longitud, según el área de relleno

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tras el gavión en su sección transversal más crítica, (ver sección gavión en plano

del sitio N°7).

Vr = 1.05 m3/m

Wr= 1.05 m3/m * 1700 Kg/m = 1785 Kg/m

Aplicado a 3.61 m del punto o.

Coeficiente de Empuje Activo Ka:

El cuerpo del muro en gavión tiene la posibilidad de desplazarse, por lo cual se

desarrolla un estado de Empuje Activo. Por medio del empleo de la Ecuación de

Rankine se calcula el Coeficiente de Empuje Activo como.

Empuje Activo del suelo Ea:

Ea=1/2*(y * HA2)*Ka = (1/2 * 1700 Kg/m3 * (2 m) A2 ) * 0.295 = 962 Kg/m.

Aplicado a H/3 = 0.67 m desde la base del muro

Empuje de la sobrecarga Es:

Es = (y * Hs)*H*Ka = 1700 Kg/m3 * 0.60 m * 2 m * 0.295 = 577 Kg/m.

Aplicado a H/2 = 1.0 m desde la base del muro

Empuje Total Ea+s:

Se calculó como el empuje del suelo más el empuje de la sobrecarga de la

siguiente manera:

Ea+s = Ea+Es = 962 Kg/m + 577 Kg/m = 1539 Kg/m.

Resultante de las fuerzas verticales Rv:

Se calcula como la suma del peso propio, el peso del relleno y el peso total de la

sobrecarga.

Rv = p.p + Wr +Ws = 15000 Kg/m +1785 Kg/m + 1244.4 Kg/m = 18029.4 Kg/m.

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IX. CONCLUCIONES

El muro de gavión, es uno del más apropiado, ya que es una obra construida

con materiales flexibles, que cumplen con las exigencias establecidas, y puede

adecuarse a deformaciones que puedan producirse una vez puesta en

funcionamiento.

En muchos casos las estructuras de defensas ribereñas son dimensionas con

una falla conceptual, ya que quedan expuestas a la acción de la velocidad del

agua en su base, lo cual provoca socavamiento y erosión al pie de la obra. Una

solución adoptada para evitar este problema es la plataforma de deformación,

que es compuesta por gaviones tipo colchón, son elementos flexibles

posicionados en frente de la estructura, que al deformarse, acompañan la

erosión del fondo, evitando así que esta alcance la base de la estructura y la

destabilice.

X. RECOMENDACIONES

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Para evitar inundaciones se deben construir defensas cercanas a los cursos de

agua, sin desviar el cauce natural de un río, ni taponar caños o desagües.

En periodos de invierno cuando ocurra alta pluviosidad se debe intensificar la

red de muestreo en las áreas críticas y equipar al Departamento de Hidrología

de instrumentos, materiales, vehículos y personal técnico capacitado.

Realizar jornadas de limpieza y mantenimiento de las quebradas, arroyos y

drenajes, antes del periodo de lluvia.

No construir desarrollos habitacionales que constituyan alto potencial de

riesgo para desastres.

Se propone la Aplicación de Gerencia para la construcción de Defensas

Ribereñas, por cuento permite llevar de una forma fácil y ordenada la

secuencia de operaciones según su ordenamiento cronológico constructivo, así

como también estimar el tiempo de inicio y culminación de las actividades y

la distribución de recursos, equipos y materiales.

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XI. BIBLIOGRAFIA

1. BADILLO J. y RODRIGUEZ. Mecánica de Suelos. Tomo II.

2. REIMBERT M y A. Muros de Contención. Tomo I. (1976).

3. LOPEZ CADENAS de Llano F. Diques para la Corrección de Cursos

Torrenciales y Métodos de Cálculo.

4. FELD Jacob. Biblioteca Internacional del Ingeniero Civil. Volumen III.

Ediciones Ciencia y Técnicas, S.A. (1988).

De Internet:

5. www.wikipedia.org/wiki/Defensa_ribereña.

6. www.todoarquitectura.com

7. http://documentos.arq.com.mx/Detalles/51760.html

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XII. ANEXOS