DISEÑO DE DIQUE ENROCADO ACOMODADO
Esta estructura, es de sección trapezoidal y estará conformada por un espaldón o núcleo de tierra compactada y recubierta la cara húmeda con roca pesada de Dm=1.00m. Su inicio se ubica en el lugar de origen del desbordamiento de las aguas en época de máximas avenidas y sigue por la margen derecha hasta su intersección con el borde de la margen izquierda de una zanja de drenaje de aguas pluviales de la zona urbana de la localidad de Nuevo Jaén. Esta estructura, permitirá evitar la inundación de la zona urbana, ya que el nivel de la corona ha sido proyectado por encima del nivel histórico de inundaciones y su diseño hidráulico ha sido determinado en base al caudal de diseño para un período de retorno de 100 años. La longitud total del dique es de 500.00 m, dividido en dos tramos.
TRAMO ILongitud 230 m.La sección trapezoidal de Dique de tierra tendrá por dimensiones:Ancho de corona = 4.00 metros.Altura = Variable de acuerdo al perfil longitudinal según la morfología del terreno ribereño donde se emplazará dicha estructura.Talud = Z = 1, en la cara húmeda y z=1 en la cara seca.El dique funcionará como una estructura de cierre para garantizar la no
ocurrencia del desbordamiento de las aguas del río Chumanza en
época de máximas avenidas
TRAMO IILongitud: 270 m.La sección trapezoidal de Dique de tierra tendrá por dimensiones:Ancho de corona = 4.00 metros.Altura = Variable de acuerdo al perfil longitudinal según la morfología del terreno ribereño donde se emplazará dicha estructura.Talud = Z = 1, en la cara húmeda y z=1 en la cara seca.El dique funcionará como una estructura de cierre para garantizar la no
ocurrencia del desbordamiento de las aguas del río Chumanza en
época de máximas avenidas
El enrocado acomodado tiene como espesor inicial a nivel de corona
de 2.00 m y como característica principal dos secciones típicas.
La “Sección Típica A”, cuya altura es de 4.0 metros contados entre la
corona y la rasante de la uña de anclaje y la “Sección Típica B” cuya
altura es de 5.00 m.
Ambas secciones presentan una uña de anclaje de 2.00m de altura y
un ancho superior de 5.00 m. Estas medidas permiten contrarrestar el
efecto erosivo de las aguas en época de crecidas.
La pendiente del dique enrocado, tanto en corona, pantalla
antisocavante o uña de anclaje y cimentación es S = 0.020.
Con la finalidad de garantizar la estabilidad del dique enrocado en
época de avenidas donde el nivel de agua alcanza a cubrir la tres
cuartas partes de la altura del muro y éstas saturan el suelo que
conforma tanto el espaldón así como la sustentación tanto en la base
como en la pared (talud) y las posibles líneas de corriente que se
pudieran formar detrás del cuerpo del enrocado, para evitar que se
puedan arrastrar partículas finas del suelo, es que se ha considerado
una protección con un manto de filtro geo textil no tejido.
La vista en planta y perfil longitudinal del encauzamiento, se puede
apreciar en el Plano PPL en el Anexo.
Localización en Planta del dique enrocado.Para la localización y/o disposición en planta de las obras de
encauzamiento para controlar el nivel de inundación, así como la
erosión del talud del cauce del río Chumanza, ha sido necesario utilizar
los resultados del estudio Topográfico de la zona de escurrimiento.
También ha sido necesario definir primeramente el emplazamiento del
eje del dique enrocado de tal manera de adecuarse a la tendencia del
flujo de llegada (aguas arriba), así como en el punto de salida (aguas
abajo). Se ha considerado el empotramiento tanto en el inicio como en
el extremo final de cada tramo del dique enrocado.
En el Plano PH del Anexo, se presenta la localización en planta del
encauzamiento proyectado.
Longitud del dique enrocado.La longitud total (Tramo I más Tramo II) del dique enrocado
acomodado es de 500.00 metros,
En la descripción de las obras, se detallan los componentes
estructurales del encauzamiento.
Elevación y Pendiente de la corona del dique enrocado.La elevación o altura del enrocado es de 4.00 m., la misma que está en
función del tirante de diseño que es de 2.90 m y que responde a la
configuración morfológica del cauce o lecho sobre el cual descansa la
base o solera. A la altura del tirante de agua se le ha sumado el borde
libre que es 1/3 de Y. Por lo tanto la altura del muro es de 4.00m.
La pendiente de la corona es igual a la pendiente de la solera del
encauzamiento y es equivalente a S = 0.020
Talud de las caras del dique enrocado.Teniendo en consideración la disposición geométrica de la sección del
enrocado, el talud de la cara húmeda es z = 1, y el talud de la cara
seca del enrocado es de z=1.
En lo que respecta al espaldón, el talud externo es de z=1.5 es decir
presenta una sección trapezoidal.
Estos taludes en ambas caras, garantizan la estabilidad de las
estructuras conformadas por roca pesada de 1.0 m de diámetro
medio debidamente acomodada a máquina.
Permeabilidad del dique enrocado.El recubrimiento es permeable, con la finalidad de contrarrestar de
manera directa los posibles efectos de sub presión que se pudieran
presentar si esta fuera impermeable. Así mismo para garantizar
permeabilidad y estabilidad, es que se ha considerado en el diseño
del recubrimiento del enrocado la instalación de un manto geo textil
no tejido que hará las veces de filtro, de tal manera de evitar la fuga
de finos que se pudiera dar como consecuencia de las líneas de
corriente que se van a presentar debajo del enrocado..
A continuación, se presentan las secciones típicas del dique
enrocado en sus dos tramos.
ESTABILIDAD DEL ENROCADO ACOMODADO EN EL TALUD DEL RÍO CHUMANZA.
Criterios para la verificación:Se ha considerado la construcción de un enrocado
acomodado en el talud del cauce margen derecha del río
Chumanza, el cual descansa sobre una uña de cimentación
más conocida como uña de anclaje o base del enrocado.
Teniendo en consideración que el enrocado, no constituye
una estructura sujeta a presiones de relleno lateral, conviene
que la verificación de su estabilidad se realice para la
condición más crítica y esta sucede cuando el tirante de agua
corresponde al nivel de la avenida de diseño y será la fuerza
hidrostática la que actúe en la cara húmeda del enrocado.
Sin embargo, es preciso indicar que las características
geométricas del cuerpo del enrocado, así como el talud lo
hacen más estable.
El diseño hidráulico, comprende la geometría de la
estructura, así como el predimensionamiento .Una vez
diseñada la sección transversal del enrocado, los cálculos
estructurales correspondientes se han basado en la
comprobación de la estabilidad al deslizamiento, ya que su
robustez no permite la falla por volcamiento ni
punzonamiento.
El emplazamiento del enrocado acomodado, se presenta en
el Plano Planteamiento hidráulico PH.
Según el diseño propuesto, las dimensiones y características
del enrocado acomodado, se muestran en el siguiente
gráfico:
A continuación desarrollamos la verificación de la estabilidad
al deslizamiento del enrocado acomodado.
a) Calculo de la Estabilidad del enrocado acomodado.
a.1.- PARA LA “SECCIÓN TÍPICA A”, cuando la altura del dique es 4.00m.
Debemos tener en consideración que, la fuerza FR que se opone
al deslizamiento o movimiento de las rocas que conforman el
enrocado, está definida mediante la siguiente expresión:
Fr = W TgᶲP = (PW.H2)/2
Dónde:
FR = Fuerza resistente que se opone el deslizamiento del
enrocado (kg/m).
P = Presión que ejerce el agua sobre el enrocado (Kg/m2).
W = Peso del enrocado (Kg).
ᶲ = Ángulo de reposo del material
PW = Peso específico del agua (Kg/m3)
H = Tirante de agua en avenida de diseño (m).
A = área de la sección transversal del enrocado (m2)
λr= Peso específico de la roca (Kg/m3) = 2,670 kg/m3
Nota: El enrocado presenta un porcentaje de vacíos de 15%
λr = (2,670)(0.85) = 2,269.50 = 2,270 kg/m3
Procedimiento de cálculo.
Según la figura:
W = A.(λr)
W = (18.00 m2)(2,270 Kg/m3)
W = 40,860.00 Kg.
Luego calculamos FR.FR = (18.00 m2)(2,270 Kg/m3)( Tang 45°)
FR = 40,860.00 Kg
Luego calculamos
P = (PW.H2)/2 Dando valores:
P = (1,000 kg/m3)(2.90 m)2/2
P = 4,205.00 Kg/m2
Hecho el análisis correspondiente a los resultados, se tiene que la
fuerza resistente FR es 10 veces mayor a la presión que ejerce el
agua sobre la cara húmeda del enrocado, lo que significa que el
enrocado acomodado es lo suficientemente estable y no podrá
ser arrastrado por la corriente de agua.
Entonces:
FR = 10 P
Por lo tanto, el dimensionamiento y la sección geométrica del
enrocado acomodado queda definido como se indica en la figura
anterior.
a.2.- PARA LA “SECCIÓN TÍPICA B”, cuando la altura del dique es 5.00m.
Debemos tener en consideración que, la fuerza FR que se opone
al deslizamiento o movimiento de las rocas que conforman el
enrocado, está definida mediante la siguiente expresión:
Fr = W TgᶲP = (PW.H2)/2
Dónde:
FR = Fuerza resistente que se opone el deslizamiento del
enrocado (kg/m).
P = Presión que ejerce el agua sobre el enrocado (Kg/m2).
W = Peso del enrocado (Kg).
ᶲ = Ángulo de reposo del material
PW = Peso específico del agua (Kg/m3)
H = Tirante de agua en avenida de diseño (m).
A = área de la sección transversal del enrocado (m2)
λr= Peso específico de la roca (Kg/m3) = 2,670 kg/m3
Nota: El enrocado presenta un porcentaje de vacíos de 15%
λr = (2,670)(0.85) = 2,269.50 = 2,270 kg/m3
Procedimiento de cálculo.
Según la figura:
W = A.(λr)
W = (20.00 m2)(2,270 Kg/m3)
W = 45,400.00 Kg.
Luego calculamos FR.FR = (20.00 m2)(2,270 Kg/m3)( Tang 45°)
FR = 45,400.00 Kg
Luego calculamos
P = (PW.H2)/2 Dando valores:
P = (1,000 kg/m3)(2.90 m)2/2
P = 4,205.00 Kg/m2
Hecho el análisis correspondiente a los resultados, se tiene que la
fuerza resistente FR es 10 veces mayor a la presión que ejerce el
agua sobre la cara húmeda del enrocado, lo que significa que el
enrocado acomodado es lo suficientemente estable y no podrá
ser arrastrado por la corriente de agua.
Entonces:
FR = 10 P
Por lo tanto, el dimensionamiento y la sección geométrica del
enrocado acomodado queda definido como se indica en la figura
anterior.