Diseño de Defensas Ribereñas

5/10/2018 Diseño de Defensas Ribereñas - slidepdf.com

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1.- Se desea conocer cual es el maximo caudal Instantaneo que ha pasado por un río, a fin de determinar el diseño de una obra de defensa.

Se carece de informacion hidrologica. De las observacion es de campo y seleccionando el sector mas estable del rio, hemos obtenido que este

tiene una pendiente de 7 por mil, sus paredes son de roca estable en talud estimado 1:1, el ancho del rio es de 60 m, se tienen rastros del ri, que este

ha llegado hasta una altura de 1,20 referido a su piso, ademas tiene la caracteristica de tener fuerte transportes de acarreos

Solución:

Datos:

B = 30.00 m

Z = 1 30.00 m

S = 0.007Y = 1.20 m

1.20 m

Según la formula de Manning

Se sabe que:

Entonces:

n = 0.0357 Rios de fuerte transporte de acarreos

Tambien se sabe que:

A = 37.44 m2

DISEÑO DE DEFENSAS RIBEREÑAS

EVALUACION PRACTICA



P = 33.39 m2

Radio Hidraulico

R = 1.12 m

Entonces:

Q = 94.70 m3/s ≈ 95.00 m3/s

Este caudal representa un valor para una frecuencia de cada 10 años aproximadamente, por consideraciones de diseño se incrementa en un 80%

Q = 171.00 m3/s ≈ 200.00 m3/s





2.- Se desea construit una defensa en el valle de majes, a fin de evitar daños al centro poblado de Corire ubicado en la margen derecha; a si como a

los centros poblados de pedregal y cantas ubicadas en la margen izquierda. Para lo cual se ha efectuado el levantamiento topografico, perfil

longitudinal y secciones transversales: y asi mismo se ha recopilado informacion hidrologica necesaria (cuadro Nª 1). La pendiente en este sector es

0,007, el lecho del rio esta constituido por cantos rodados, en zonas de arbustos. La cantera se ubica a 15 km en el sector de Cochate y es unafloramiento de granodiorita de peso especifico 2,60. Dterminar: el caudal de diseño, seccion estable, profundidad de socavacion, altura de muro de

encauzamiento. A si mismo, la curva de frecuencias de maximas avenidas donde se defina las probabilidades de ocurrencia.

Solucion:

a.- Caudal de diseño

El caudal de diseño esta en otra de calculo que se anexa en el trabajo Qd = 3200 m3/s

d = 3.17 m

b.- Seccion estable S = 0.007

Según BLENCH-ALTUNIN

Para el caso de gravas 5 mm

Fbo = 1.70998

Fb = 1.72 Fs = 0.2

B = 300 m

Si el material solo fuera de arrastre

Fb = 1.20 Fs = 0.2



B = 251 m

Según SIMONS ALBERTSON

k1 = Para fondos y ori lla de grava

k1 = 3.8 Rio Majes

B = 215 m

Tomamos B = 300 m

c.- Profundidad de Socavacion

Metodo de LISVAN LEBEDIEV

c.1.- Suelo Cohesivo

α = 1.56

β= 0.82

0.78

γ = 1.8

St = 6.41 m Psoc = 3.24 m



Suelo no Cohesivo

0.74

St = 6.36 m Psoc = 3.19 m

d.- Altura del Muro

Ks = 22

d = 2.87 m

HM = d + BL

V = 3.72 m/s

BL = 1.20 m

HM = 4.06 m

HM = 4.20 m



3.- Determinar la profundidad de socavacion general en la seccion transversal de un cauce donde se implantara un puente. La informacion de que se

dispone es: Caudal de maximas avenidad: 1500m3/s; periodo de retorno: 100 años; ancho de la superficie libre referido al nivel 28,00 msnm, 250 m;

area hidraulica: 1496m2; separacion entre pilares 62,50 m; nivel mas bajo del fondo 18,50 msnm; nivel de maximas avenidas 28,00 msnm. El material

del cauce es arenoso hasta 1,00m de profundidad y cohesivo hacia abajo. El diametro de la arena es 0,40mm y el peso especifico del marerial

cohesivo es γs =1700kg/m3

Solucion:

Q = 1500 m3/s

T = 100

B = 250

AH = 1496

Sep : pilares = 62.5



6.- Se tiene un tramo intermedio en curva de un rio, contando con la siguiente informacion.

R = 350 m

Q = 1000 m3/s

T = 50 años

A1 = 538 m2

B1 = 130 m

S = 0.0017

El material del fondo del cauce es arenoso hasta 3,0my cohesivo hasta 4,50m de profundidad y las orillas del material poco cohesivo

El arrastre significativo de sedimento tiene una concentracion CS: 8500ppm

Viscocidad: 7,04*10-7 m2/s

γs = 1700 kg/m3

Dm = 0,25mm

B2 = 120 m

Inmediatamente se ubicara un puente con pilares ubicados a = 40 m de distancia, espesor de pilares (b1) = 2m

SE PIDE

a.- Determinar las caracteristicas estables del cauce del rio según BLENCH

b.- Aplicando el metodo de ALTUNIN, calcular la velocidad media de la corriente que no produce erosion, la velocidad media de la corriente en

funcion de la resistencia y el ancho estable.

c.- Calcular la profundidad de socavacion transversal en la seccion

d.- Calcular la socavacion en curva

e.- Calcular la profundidad de socavacion generalizada en la zona del puente

f.- Calcular la socavacion local en pilares

g.- Diseñar espigones (Localizacion en planta, longitud y separacion entre espigones

h.- Calcular la profundidad de socavacion local frente a los espigones

Solucion:

a.-

Fb = 0.8 factor de fondo,material fino

Fs = 0.2 factor de orilla, ligeramente cohesivo

B = 114 m ≈ 120 m



d = 6.92 m

v = 1.86 m/s

Cs = 8500 ppm

k = 50.66

S = 0.0557

b.- Velocidad media que no produce erosion

α = 1 Planicie

Vφ = depende del diametro, Dm=0,25mm

Vφ = 0.60 m/s

d = A/B

d = 4.14 m

V = 0.80 m/s



Velocidad media de la corriente en funcion de la resistencia al flujo

k = 11

z = 0.5

x = 0.33333333

S = 0.0017

V = 2.67 m/s

Ancho estable

B = 162.55 m

c.- Socavacion Transversal

d2 = 4.36 m

d.- Socavacion en curva

dmax = εdr

ε= funcion de r/B

r/B = 2.69 m

r/B 3 2.69 2

ε 2.57 x 3

ε= x 2.7



dr = dm = 4.14 m

dmax = 11.17 m Psoc = 7.04 m

e.- Socavacion General

Para suelos Cohesivos

Calculo de μ

V (m/s) 30 40 42

1.5 0.99 x 0.99

1.86 x μ x

2 0.98 x 0.98

μ = 0.999

α = 0.78

Calculo de β

Perido Ret. β Según el problema T = 50 años

20 0.94

50 0.97 β = 0.97

100 1

500 1.05

1000 1.07

Longitud entre pilas



Calculo de 1/1+x

γs (kg/m3) 1/1+x Según el problema γ= 1,7 tn/m3

1.64 0.76

1.7 x 1/1+x = 0.77

1.71 0.77

St = 4.80 m Psoc = 0.66 m

g.- Diseño de espigones

Localizacion en planta

2,5B = 300 m

8 B = 960 m

r = 350 m

Longitud entre espigones

y = 4.14

B/4 = 30

LT = 10 m

LA = 0,1 a 0,25 LT

LA = 2 m



Separacion entre espigones

P = 2,5 LT a 4 lt

SP = 3,5 LT

SP = 35 m

h.- socavacion local frente a los espigones

Calculando Pα

α 60 90

Pα 0.94 1

Interpolando:

x = 1

Pα = 1

Calculando Pq

Q1/Q 0.1 0.2 0.3

Pq 2 2.65 3.22

Q1/Q = 0.10

Pq = 2.00

Calculando Pk

α 2 3 1.5

Pk 0.61 0.5 0.83

Interpolando:

x = 0.83

Pk = 0.83



St = 6.87 m Psoc = 2.73 m



7.- El rio Piura, en un tramo de su recorrido pasa por la ciudad, teniendo en su margenes las ciudades de Castilla y

encuentra emplazado el Puente cáceres, el cual esta ubicado al ingreso a la ciudad en un tram,o en curva, contand

la siguiente informacion:

Descarga maxima de Diseño (Q)= (Q) = 3900 m³/s

Cota nivel de agua = 30.5 msnm

Cota fondo de rio = 21.28 msnm

Periodo de Retorno (T)= 100 años

Velocidad Promedio (V)= 3.37 m/s

Según estudio de suelos e lecho del rio esta constituido por material granular,

predominando arena cuyo Dm= 2.5 mm

Peso especifico (y)= 2480 kg/m³

Radio de Curvatura R = 363,4 m

Ancho de la superficie libre (B)= B = 150,02 m

Angulo de Ataque del flujo con respecto alpilar a = 38ºDistancia entre pilares = 18 m

Longitud del pilar (L)= 2,4 m

Ancho del pilar (B)= 0,9 m

Forma de pilar redondeada

SE PIDE: Analizar la socavacion en el puente para evitar su colapso

a) Por socavacion general (Metodos: Lacey, Lischtvan- Levediev)

b) Por socavacion en Curva

c) Por socavacion local en Pilares

d) Por socavacion Local en Estribos

f) Comentar los resultados obtenidos



donde:

n = numero de las caras de las pilas y/o estribos dentro del interbalo B

N = numero de pilas y/o estribos considerados al tomar en cuenta n

a = Largo de la Pila

Calculo del Ancho Efectivo Be:

Be = (B-Σb1)cosθ - (n+1-N)a senθ

Be = ( 150.02 - 7 x 0.9) x cos38 - (16 + 1 - 9) x 2.4 x sen38 ) = 101.43 m.

Velocidad Media de la Sección

Q=V.A V = Q/A = 3900 / (150.02 x 7.71) = 3.37 m/s

dm = A = 1,157.27 = 11.41 m.

Be 101.43

Determinacion del Coeficiente de Contraccion μ

La separacion libre entre pilares es:

S= (150.02 - 7 x 0.9) / 8 = 18 m.

l id d di /



Determinacion del parametro β

Para un periodo de retorno T = 100 años → Interpolando se obtine

Calculo de Socavacion general, Para Suelo Granular.

Remplazando los datos en la expresion tenemos:

S = St - d = 5.75 m

Calculo de Socavacion local en pilares

d = = 8.571 fr².fc = U².fc = 0.1256

b1 g.d

Como Fr² ≤ 0.06 no cumple interpolando se tiene fc = 1.4270

fr².fc = U².fc = 0.1792

g.d

usando la Grafica se tiene: St/b1 = 10.00

St = 9.00 m.

S = St - d = 1.29 m.

Calculo de Socavacionen curva

d d

7.714

0.9



iura, se

o con





β = 1.00

St= 14.97 m



8.-

Características dadas:

Long. Del tramo del río: 200.00 m (Prog. 3+600 - Prog. 3+800)

Cota aguas arriba: 39.17 m.s.n.m

Cota aguas abajo: 39.08 m.s.n.m

Caudal de máx. avenidas (Q) 427.50 m3/seg

Tiempo de Retorno (T): 50.00 años

Ancho de Sección (B): 90.00 m

Tirante Prom. (Dm): 2.30 m

Suelo arenoso en el Fondo Fb: 0.8Ligeramente cohesivo en Ori Fs: 0.2

Concentración de Sediment Cs: 1.50 kg/m3 ó

Cs: 1500 ppm

Temperatura del agua 20 ºC

SOLUCIÓN

A) DETERMINAR CARACTERÍSTICAS ESTABLES DEL CAUCE DEL RIO SEGÚN EL MÉTODO DE BLENCH

a.) METODO DE BLENCH: Para cauces arenosos o con material cohesivo.

1era. Ecuación:

B= 74.85 m



S= 0.00054

b.) METODO DE ALTUNIN: Para cauces con material granular

A= Coef. Calculado con la siguiente ecuación: Donde:

n =

m =

k =

A = 1.07 B = 103.43

B) DIMENSIONAR UN DIQUE DE TIERRA COMO DEFENSA RIBEREÑA, CONSIDERANDO QUE SE DISP

B= 90 dm = A

dm= 2.3 B

* Dimensionamiento del dique :

Altura : 200<Q<500 m3/s



B) DETEMINAR EL REVESTIMIENTO CON ENROCADO PESO ESPECIFICO DE LA ROCA 2400 Kg/m3, A

Tamaño de las rocas :

Diametro Medio de la Roca : (Db)

donde b = coef = 1.4 (para nuestros rios)

= 1.4

f = 0.858

V=Q/A = 2.065 m/s.

Db = 0.2533388 = 0.3

Espesor de Enrocado :

er= 2Db= 0.6 Asumimos er= 1

FILTRO Por Simons y Senturk

emin= 0,5*er

emin= 0.3 m



ALTUNIN:



K= 1867.36 ……….(I)

0.025

0.7

10

NE DE UNA CANTERA DE MATERIAL LIMO-ARCILLOSO

A = 207

Ah= 207 m2

C



GULO DE REPOSO DE LA ROCA 38°, d50= 15mm

m

20.05



9.- En el cauce de un rio se ubicara un puente, con dos pilares intermedios a 50 m de distancia, la forma de los pilares es redondeada, y su longitud

2,4m, angulo de ataque al flujo α =30ª a los pilares. El caudal de diseño es de 2100 m3/s para un periodo de retorno de 500 años, alcanzando un nivel

de 128,00msnm, el ancho de la superficie libre es 152,50m, el area hidraulica es de 690 m2, nivel de fondo 123,50 msnm.

El fondo del cauce esta conformado por material arenoso, cuyo diametro medio es de 0,40mm y por material cohesivo de peso especifico 1700 kg/m3

Se pidea.- calcular la profundidad de socavacion general en la zona del puente

b.- Calcular la socavacion local en los pilares

c.- Diseñar un sistema de proteccion para evitar el colapso del puente por falla de los pilares

Solucion

Q = 2100 m3/s 128msnm

T= 500 años

B = 152.50 m

γs = 1700 kg/m3

AH = 690 m2 4.5mLong: Pilas = 50.00 m

Dm = 0.40 mm 123.5msnm

Diam. Pilar= 2.40 m

a.- Socavacion General


Para suelos granulares

v = 3.04m/s



Calculo de μ

V (m/s) 42 50 52

3 0.97 x 0.98

3.04 x μ x3.5 0.97 x 0.98

μ = 0.978

Calculo de α

α = 1.15

Calculo de β


20 0.94

50 0.97 β = 1.05

100 1

500 1.05

1000 1.07

Calculo de 1/1+x


1.64 0.76

1.7 x 1/1+x = 0.769

1.71 0.77

St = 6.74 m Psoc = 2.24 m




Para suelos granulares

Calculo de 1/1+x

Dm(mm) 1/1+x Según el problema γ= 1,8 tn/m3

0.15 0.7St = 9.87 m 0.4 x 1/1+x = 0.707

0.5 0.71

La socavacion general es: 9.87 m

St = 10.00 m

b.- Socavacion Local

(SHEN I, agua sin sedimentos)

ds = 4.01 m

(SHEN II, agua con sedimentos)

ds = 6.03 m

(LAURSEN, agua con sedimentos)

ds = 3.65 m

La socavacion local es: 6.03 m ≈ 6.50 m



10.- Se desea diseñar un muro de proteccion de margenes del cauce de un rio, con 9 gaviones y colchones reno, para lo cual se cuenta con la siguiente

informacion: caudal maximo Q= 2800 m3/spara un periodo de retorno de T =200 años, el ancho promedio del cauce es de 250m, coeficiente de

rugosidad de manning n = 0,025. la pendiente en este sector es de 0,5%. El material del cauce corresponde aun tipo CL-ML, cuyo peso especifico es de

1750 kg/m3. area hidraulica 950m2.Calcular: a.- altura del muro; b.- Srleccionar los tipos de gaviones y colchon reno a utilizar; c.- Longitud y espesor

del colchon antisocavante a utilizar; d.- Diametro de las piedras de rellenoSolucion:

Q = 2800 m3/s

T= 200 años

B = 250.00 m

S = 0.005

n = 0.025

γs = 1750 kg/m3

AH = 950 m2

a.- Altura del muro

R =dmax

d = 2.28 m

v = 4.90m/s

H = d + F

H = 3.58 m ≈ 3.60 m



b.- Socavacion General

Calculo de α

dm = 3.8

μ = 1

α = 1.21

Calculo de β


20 0.94

50 0.97 β = 1.013

100 1

200 x

500 1.05

1000 1.07

Calculo de 1/1+x


1.71 0.77

1.75 x 1/1+x = 0.774

180 0.78

St = 2.97 m Psoc = 0.68 m



c.- Longitud y espesor del colchon

L = 1.02 m ≈ 1.20 m

Espesor del colchonV = 4.90m/s e = 0,15 - 0,17

e = 0.20 m

d.- Piedras de relleno

Dimensiones de 70 a 100 mm



11.- En el cauce de un rio, cuyo nivel de fondo es 105,50msnm, su caudal maximo de avenidad es de 1150m3/s, cuyo nivel alcanza la cota 107,80msn, se

dispone de una bateria de espigones cuya orientacion de sus ejes con la corriente es de 70ª. El caudal que teoricamente podria estar pasando por el

lugar ocupado por el espigon si este no existiera se estima en 120 m3/s. el talud que tiene los lados del espigon es 1:4,5. se pide calcular la

profundidad de la uña por efecto de la socavacion (γm = 1,00 tn/m3)

Solucion

107.8msnm

2.3m

105.5msnm

Q = 1150 m3/s

Q1 = 120 m3/s

Orientacion = 70ª

Z = 4.5

γm = 1,00tn/m3

1.- Socavacion Local frente a Espigones

Calculando Pα

α 60 70 90

Pα 0.94 x 1

Interpolando:

x = 0.96

Pα = 0.96



Calculando Pq

Q1/Q 0.1 0.2 0.3

Pq 2 2.65 3.22

Q1/Q = 0.10Pq = 2.00

Calculando Pk

α 2 3 4.5

Pk 0.61 0.5 x

Interpolando:

x = 0.335

Pk = 0.335

St = 1.48 m

Se observa que St < d

Por lo tanto no hay socavación

2.- Socavacion General

a.- Cauce Estable

Metodo de BLENCH

Fb = 0.8 factor de fondo

Fs = 0.2 factor de orilla

B = 123 m ≈ 130 m




Calculo de α

A = B * d

A = 299m2

v = 3.85m/s

Calculo de μ

V (m/s) 124 130 200

3.5 0.99 x 0.99

3.85 x μ x

4 0.99 x 0.99

μ = 0.99

α = 2.23

Calculo de β


20 0.94

50 0.97 β = 0.97

100 1

500 1.05

1000 1.07




Calculo de 1/1+x


1.71 0.77

1.8 0.78 1/1+x = 0.781.89 0.78

St = 4.90 m Psoc = 2.60 m

3.- Profundidad de la uña

Suponiendo suelo Cohesivo

Se remplazara el material por roca con p.e = 2,60p.e = 2.6

Calculo de 1/1+x


1.89 0.782 0.79 1/1+x = 0.8

2.6 x

St = 3.61 m Psoc = 1.31 m

Ancho de uña = 1.96 m ≈ 2.00 m

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