MlNlSTCRlO DE AOIIICULtUIIA

DlRECCEON GENERAL DE AGUAS Y SUELOS

TECNICAS DE PROTECCION DE RIBERAS

LIMA-PERU

1990

MAN ISTERIO DE AGRICULTURA

DIRECCION GENERAL DE A G U S Y SUELOS

Dr. Roberto Angeles Lazo

h g , Santos Ga Bauza Beiarano

Ministro de Agricu Ptura

Vke-Ministro de Recursos Naturales y Desarrollo Ru - ra l o

Director Genera l de Aguas y Suelos

Director Adjunto - DGAS

Director de PreservaclBn y Conservacian de Sue los

SERLE : MANUALES y BOLETINES TECNKOS

AREA e MANEJO y CONSERVACION DE AGUAS y SUELOS

Sub-Dlreccl6n de CenservoiciBn de Suelos y &ne(c de Cuencas Hldrogreificas

S u b 4 trector

h g . Enrique Cruzado Agui lar h g . Carlos P ln i 1 los Z uniga Ing , Enulque Rodriguez VGsquez

lMPWES88hi

impreso en e l Departamento de impresiones de la DGAS

AUSPICIO

Conce(o de Ciencia y Temologia - CONCYTEC

MARZO 1990

PREFACIO

La Diaecci6n Geneml de Aguas y Suelos, tiene como una de sus funciones la divulgacl6n de series sobre publicaciones clasifieadas en : 1) Boleti - nes Tecnicos, 2) Nonat ivos T&cnlcos, 3) Estudios Tecnicos y 4) Informes Tecni- cos; con e l f in de prcpreionar a las Regiones Agrarias y Usuarios los elementos t h i c o s necesarios para dirigir e l aprovechamiento racional de los recursos de a- aguas y suelo en e l PerC.

La serle de Boletines Tecnicos abarca los siguientes campos : P lanificacion y EconomCo de Recursos H~drlcos, Legis lacion y Administracion de Recursos Hidricos, Tecnicas de Estudios de Aguas y Suelos, Manejo y Conserva- cion de Aguas y S i ~ ~ l o s y 0peraci6n y Mantenimiento de Infraestructura de Rie- go y Drenaje.

Cada serle de publicaciones consta de un Comite Editorial. Las series de pub licaciones tienen una numeracion independiente. Estas ~ u b licaciones son una continuacion de las an terlorrnen te efectuadas por la Direccion Genera l de Aguas y Suelos, a traves de sus Direccidnes de Linea.

La DireccC6n de Preservaci6n y Conservaci6n de Suelos, de la Direccion General de Aguas y Suelos, ha crerdo por conveniente dar a conocer e l presente BoletCn Tecnico destinado a l personal profesional y personal tecnico especia lizado de las Direcciones de Recursos Natura les y Desarrollo Rural y de las Unidades de Aguas y Riego, de las Unidades ~ ~ r a r i a ; Departamenta les del Pak, a f in de que este material bibliografico contribuya en la fundamentacih de las pro puestas de solucion tecnica a los problemas de defensa f luvial que estacionalrnen= te ocurren en casi todas las kegiones del territorio nacional.

E l Director General de Agws y Suelos.

MINISTERIO DE AGRICULTURA

Direccion General de Aguas y Suelos Direccion de Preservacb y Conservaci6n de Suelos

* .

P E C N K A S DE PROTECCION DE RIBERAS

Por : Cesar A. Benites Chunga (1 )

1 1 0 VICIOS E IRREGULARIDADES DE LAS CORRIENTES FLUVIA- LES

i a i , RECTIFICACION Y REGUWRIZACION DE CAUCES

Iv O TECN BCAS DE BROPECClON DE RIBERAS

4,1 Emp lazarn lento de Espigones

4 1 . 9 T ipos de Espigones 4.1 .2 Cond iciones de Diseno 4,1 .3 Materia les U t i lizados

4 2 Comstrucclon de Muros de ProteccXn Longttudina l

4,e01 Defensa contra Desbordam ten tos 4 2 2 Proteeci6n Directa de Riberas

v. DISERO DE ENROCADOS

5,1 Esfuerzo Cortan te Promedio 5 2 Esfuerzo Cortan te Loca l 5,3 Esfuerzo Cortan te en Curvas 5 .4 Esfuerzo Cortan te para D Psefios de Enrocado 5.5 Espesor de la Capa del Enrocado 5,6 Co locacF6n de l Enrocado

VI. BIBLPOGRAFIA

(1 ) Ingeniero Agrkola, Sub-Director de Conservacion de Suelos y Manejo de Cuencas Hidrogr6ficas - Direccion de Preservact6n y Conservacion de Suelos - DGAS,

BECN lCAS DE PROTECCBON DE RIBERAS

En las obras de defensa flwvlal, la experiencia demuestra que para que estas funcionen con eficacia es necesario que no impidan bus- , camente e l curso de la corriente, sino que mas bien amortlguen su im- pulso natural a fin de restarle fuerza y dominar su direcci6n.

En muchos de los rros del Per6, la longitud, e l ancho y la profundidad de los cauces fluviales, suelen ser muy irregulares, por lo que s i eventuclmente llueve en toda la cuenca receptora con gran inten sidad, la secclbn Wtil del cauce, en algunos tramos, resulta insuficiente para desaguar todo e l volumen de aportaciones que recibe, S i el perfil de la cuenca, en uno c mas tramos, es de pendiente muy pronunciada , o s i e l cauce discurre en forma de garganta, e l desbordamiento afecta a escasas franjas ribereilas; en tanto que s i e l contorno es llano y la pen- diente longitudinal del tramo anterior a l de desborde sobrepasa la pendien - te normal, entonces se produce la inundacion de todos los terrenos colin- dan tes con la consiguiente destrvcci6n y arrasam lento de areas cu l t ivadas, instalaciones, obras de infraestructura, etc .

En general, los peligros derivados de la accion tumultuosa de las aguas fluviales, suelen ser ocasionados por vicios e irregularidades ad

quiridos por la corriente ya sea en forma natural (accidentes naturales) o debido a factores artificiales en el propio cauce,

VICIOS E DRREO ULARBDADES DE LAS CORREN TES FLUVlALES

Las oacavacimes o adentrarnlentm pueden obedecer coma ya se ha selkilado a causas natwaciles, merced a una sobrecarga de caudal produck da por la afluencia de un cauce tributario, aguas orrlba, adoptando una tendencia hacia la margen contraria a la de la confluencia, que se mani

w

fiesta con mayor intensidad cuando encuentra terrenos blandos en la orl- Ila sobre la cual se vence (Figura 1) o Por otra parte, la configuracidn sinuosa del cauce debido a la topografra del terreno obliga, a veces, a curvas bruscas que af bien son recorridas con cierta facilidad por las co- rrientes normales, no sucede lo mismo cuando se produce una gran aveni da, en cuyo caso el volumen y velocidad del agua obliga a seguir e l ca mino mas corto, precipitbnclose p r los puntos de tangencia e invadiendo los terrenos Intermedios (Figura 2), Otra forma en que se generan smava ciones en las riberas y que se presenta con cierta frecuencia, es aquella ocasionada por la existencia de accidentes naturales : uno roca o promi- nencia en medio del cauce, con e l consiguiente cambio de direccion del agua. Esto Ultimo ocasiona un doble efecto : una mayor orientacion del flulo hacia una margen produciendo socavacion, aterramiento e inundacion de terrenos rtbereRoa, y en la margen opuesta un paulatino aterramiento e

En cualquier caso, los adenframientos se producen en forma de media luna a costa de dichos terrenos, los cuales ven memada su extensi6n con evi dente amenaza de destruccion sobre todo en &pocas de grandes crecidas (Figura 3).

En consecuencia, los sistemas de defensa r i be re~a a ser empleados han de estar orientados a la anulacian de estos vicios, con e l consiguien- te restablecimiento del cauce primitivo y la seguridad de que la corriente ha de quedar en cualquier caso, circunscrita a ciertos liimites prefijados.

RECTI FICAC~ON Y REG ULARBZACION BE CAUCES

Para establecer un sistema de defensa de las m6rgenes u orillas de un cauce, hay que empezar por resolver la regularizaci6n de la corriente en el tramo problema, previniendo de antemano la rectificacion del propio cauce,

Esto se consigue restableciendo las orillas primitivas o por lo me- nos, rectificando las irregularidades producidas en las actuales, con e l ob jeto de tener continuidad en las mismas hasta conseguir un trazado car& de slnuosidades o cambios bruscos y que se aproxime en lo posible a la d i - reccion que adoptaria la corriente normal, es decir, libre de obstaculos dentro de la configuraci6n del tramo.

En la priictlca se procede a establecer un nuevo cauce, e l que es

, definido a base o dos arcos o Iheas paralelas, cuya separacidn toma como referencia1 la anchura m6xima del cauce en su parte regular y cuya dispo- sicion se ajuste sensiblemente a la de la direccidn ideal del eje de la co- rrien te en e l tramo considerado (Figura 4).

FIG. 1 Socavaciones da las margenes de un rro por causas natural es.

FI G. 2 Cavce sinuoso, suceptible de ser desbordado en los puntos de langencia.

FI G. 3 Desborde por existencia de obstaculos naturales en el cauce.

Sucede en muchos casos que una de las orillas no estd afecta a irregularidades, entonces la conflguraci6n de esta sirve de pauta a la l i nea que marca e l restablecimiento de la ori l la que se trata de proteger (Figura 5). En este liltimo se ha de estudiar con el maximo delenimien- to , ya que e l establecimiento de proteccion y defensa unilateral en la or i l la de un ri'o debe adoptar la garantia absoluta de que ello no tengo derivaciones en e l regimen de la corriente que pudiera repercutir en la ori l la contraria, en los mbrgenes siguientes o en las obras de fabricas pre - viamente est&8ecidas.

En caso contrario, la corriente expulsada bruscamente de las inme diaclones de una ori l la podria vencerse inevitablemente hacia la ori l la o puesta, pudiendo ocasionar remolinos, en perjuicio de aquel los puntos SU=

ceptibles del cauce que estuvieron desprovistos de proteccion, ya que es-

to constituye precisamente una de las causas de los vicios adquiridos por la corriente, como ya se ha expuesto. Esto se evita procurando imprimir a la corriente una desviaclbn paulatina, que podrramos l lamar tangencia 1, para lo cual es absolutamente indispensable que e l trazado teorico de la nueva margen constituya una continuidad respecto a las margenes inmedia tas, aguas arriba y aguas abajo.

En la Figura 5 , se grafican las curvas C, C ' y C", denominadas lineas teoricas de restablecimiento de orillas. Estas pueden tener muy va riadas formas y disposicion, 9 desde la li'nea mixt i linea hasta la sinusolde debiendo ser en t6rminos genera les sensiblemente ara lelos a la d i r e c c i h ideal que debe llevar la corriente con garantia para las dos or i l las en e l tramo a proteger. Por tanto, cuando ninguna de &as parece bien defini da debido a los adentramientos o socavaciones que ambas pudieran presen - tar, se empieza por determinar e l eie expeditivo a l curso de la corriente como la linea contrnua mbs aproximada a la que se obtiene uniendo 10s puntos medios de los transversales que definen las maximas o las mCnimas anchuras. Este eje ser6 e l que en definit iva se adopte como pauta para la determinaci6n del nuevo cauce (Figuras 6 y 7). Para su establecimien- to practico, conviene limitar e l " radio minimo de las curvas l' a ocho veces la anchura maxima del Cauce.

En cuanto a la anchura, deber6 tomarse como minimo la dimension alcanzada por e l agua en los tramos regulares en e l momento que tienen lugar las crecidas.

FI G. 4 Rectificaciorr del cauce, en base al trazado de lineas '

paralelas a !a direccron del eje de la corriente en un tramo determi nado.

FI G. 5 Lrnea teorica de resta5lecimiento de orillas (C, c',c")

FI G o 6 Union de puntos medios transversales para la definicion de maximas o rnrnimas anchuras.

FIG. 7 Eje teorico de mayor aproximacion a las condiciones

naturales del cauce,

TECN ICAS DE PROTECCION DE RIBERAS

Dentro de las t h i c a s utilizadas en la eonstrucc96n de obras des - tinadas a la correcci6n de irregularidades de las riberas de Pos rbos asa como de su preservacion, por la accion eroslva de las aguas, se tienen las siguientes :

- Emplazamiento de Espigones

- Gnstruecibn de Muros de Proteccion Longitudlnal

E l t6rmino "espIg6nM se usa a menudo cuando se hace referencia a cuakpler obra cornstru~d'da en dlrecei6n a l r70, dede la or l Ha , con dgun tingulo hacia la dIrecel6n del flujo, con e l objeto de desviar e l escurrirmiento hacia e l oreo deseada, evitando asi la e roslbr, de Yas riberas. Un sistema de espigones forma un coifunt6 de espacios que favorecen la entrada del agua asr como la dkpo - sictan del material de arrastre c sedimentos taansprtados. La O-

rientacion de los espigones es de ta l forma que constituye aproxi madamente, un Bngulo agudo con la Ihea tecnlco del flujo, esto es, en sentido contrario a l de la corriente, De esta forma e l a- gua detenida en los espacios o rsm~r t i rn ientos abiertos a la co- rriente, quedo estancada con un lento movimiento de rotaclon que obliga a lo masa Ii'quida precedente a desviarse hacia e l eie del cauce, 'imprimiendo a la corriente una direccion que puede consi - - desarse envolvente de las que influyen en los mencionados espa- cios de frenado (Figura 8). Asimismo, e l aquietamiento o frena- do del agua en los espacios o compartimientos produce e l aterra- miento de los acarreos con lo que se va restableciendo poco a po co, de manera mecanica, la margen dettru%ia, formando unos e R - trantes en forma de media luna a l comienzo hasta llenarlos como pletarnente ~nso l idando , de esta manera, lo ori l la en su posicion inicial (Figura 9).

Cuando se trata de tramos teoricamente rectos en los que hay que lograr una verdadera correcci6n y defensa de ambas ori l~as, a la

vez que se recuperan los terrenos perdidos, se suelen disponer los espigones en foma de martillo, los cuales pueden estar orientados normalmente a l eie del cauce.

La separaci6n entre los espigones es variable, de- pendiendo de la conflguraci6n de las nbrgenes en planta. Por re gla general, esta separacidn debe ser menor en los tramos mas sus - ceptibles a ser afectades p r la accion de la corriente como su- cede en las or l sias exteriores de los cauces en curva. Como orien tacl6n puede adoptarse uno separacion comprendida entre e I doble y e l triple de la flecha constituida por la Ii'nea teorica del CUU-

ce corregido y la ori l la actual (Figura 10).

Lynea teorica para e\ cimi ento de la or i l la

restabl e- afectada.

Seguidamente, se detallan algunos tipos de espigones y las considera m

ciones de d l se~o utilizadas normalmente en un sistema de proteccion de riberas.

f

4.1 .1 T ipos de Espigones

E s p i g a n R e c t o o - Se construye a lo largo de un a l i - neamiento recto que se proyecta hacia e l desde la o- r i l l a con un 6ngulo e . Su punta es generalmente redon- deada con e l fin de minimizar la socavaci6n a la que se encontrara expuesta la estructura, Tambien puede uti l izar- se para proteger riberas en los lados concavos de las cur- vas o

Figura 11 .- Sistema de espigones rectos

E s p i g 6 n e n T . - Este tipo de espigon es una *variante del espig6n recto, a l que se le ha adosado una aleta en la punta con un cierto angulo con respecto a l cuerpo princi- pal o alma. E l angulo $ queda determinado por la direc- cion que se ha previsto dar a la corriente. En cuanto a su longitud, la aleta "a" depende de la extensi6n de la ribe- ra a protegerse y que se ha predeterminado debera estar comprendida entre dos diques consecutivos.

Figura 1 2 .- Sistema de espigones tipo "T"

Esp' igGn e n L . - E l cuerpo palnclpd de este espig6n se ubica en forma perperdiculao a la dlrecclon de flujo. Tiene la prtisuParBdad de presentar en su punta una ale

8 1 R E ta de arrastre de Icrigltud ci , haciendo un 6ngulo d e entre 20Qy 30' con el cuerpo principai. En numerosos

casos se ha observado que los esplgor?es en - L se socavan menos en los extrern~s exteriores, pero no necesariamente proporcionan una mejor paofeecibn de las orllias en com- paracldn con las que brindan cfra forma de espigones,

Figura 13.- Sistema de espigones tipo "L"

E s p i g 6 n e n J , - E l espigon en ' Y O palo de hockey es usado en un nUmero limitado de situaciones, puesto que no parecen proporcionar ning6n beneficio mayor que aque Has que se puedan lograr con e l uso de otro tipo de es$ - gones .

Ffgura 14,- Sistema de espigones tipo "J"

4.1 .2 Condiciones de Disefio

E l d i s e ~ o de un sistema de paoteccl6n de riberas en base a espigones queda definido con Fa determinacion de los s i gulentes pariirnetros : Lovgitud de espigones, or ientacion de 10s espigones, separacion, IocoilYzcclBn en planta y pen - diente de coronacl6n de los espigones.

LongY t u d d e E s p i g o n e s , - Lo longitud total de un erpjgbn se divide en r Longitud de anclaje (dentro de la ribera) y longitud de troba(o efectivo (dentro del &ea de escurrlmlento). Lo Rongitud de trabajo queda determinada por la distancia entre Ya oallh sotobada y la ribera rcctl- fkada. La iangitud de ernpotsamfento ser6 funcl6n del grado de seguridad requesido del sistema e l que por razo- nes de econornia conviene que sea la menor posible.

Figura 15.- Disposicion de los espigones dentro del &ea de escurrirmiento de un cauce

J

S i e l factor economico no es restrictivo y se requiriera te ner un alto grado de seguridad en e l sistema de espigones, conviene entonces que todos ellos vayan emptrados en una longitud igual a "un cuarto1' de la longitud de trabaio,

O r i e n t a c i o n d e l o s E s p i g o n e s .- Para la pro- tecclon de riberas en curvas regulases se recomienda que los espigones formen un angulo de 60•‹a 70' con e l eie te6 r ico del cauce, hacia aguas abajo. S i la curva es irregu- lar, teniendo un radio de curvatura menor de 2.5 veces e l ancho rectificado del cauce, los 6ngubs de orientaclc5n se - ran menores de 70•‹, pudiendo descender hasta 30'.

L _L._

, Figura 16.- OrientaciBn Pi'pica de espigones

Separac16.n d e Esp igones . - La separacion se mide entre los puntos de origen de los espigones en la ribera a proteger. Para tramos rectos la separaci6n entre espigones estd dada por la siguiente relacion :

en donde r

S = separacion entre espigones

Lt = Largo de trabajo del espigan

= angulo de orientacion del espigan con res pecto a la ribera rectificada hacia agua; abaio.

8 = bngulo de desviacion de la corriente. Ex- perimenta lmente varia entre 9 y 1 1

Figura 17.- Separacion de espigones en tramos rectos

En e l caso de localizar espigones en curvas, la separaci6n entre ellos se obtiene gr6ficamente como se indica en la s i - guiente figura.

Figura 18.- Localizacich de espigones en curva

@ = sngulo de desviaclh de la corriente

= 6ngulo de orientacion

A = local lzacl6n del espigein II

1 = ribera rectificada

2 = ribera socavada - O L = tangente a la ribera rec+lflcada en e l punto

de fnterseccldn de esto con e l espigon - @P = Para le la a la recia O L que se lntersecta a un

extremo de l esplgbn . S1 la curva es segu lar y tiene un unico radio de curvatura, la separaclon que se ha ensayado con buenos resultados co- rresponde a lo siguiente relacion :

Si la curva es irregular o con un radio de curvatura peque - iio, la separocldn entre espigones necesariamente debe en- con trarse en forma gr6f k a .

L o c a l i z a c l b n e n P l a n t a O - En lo re fe ren tea la locallzaci6n de los espigones, esta quedar6 definida por la separaci6n entre e l los. Sin embargo, los primeros espigo- nes a colocar en un sistema de este tipo requieren de un tratam lento especia l para defin ir su loca lizacion y largo.

E l primero deber6 ser de la menor longitud posible. En ge- neral se toma como largo mCnima e l equivalente a la pro- fundidad media del cauce en esa zona; los otros dos a m e n tan unlfomemente de tal manera que e l cuarto ya tenga 1: longitud del proyecto. Esto con e l obieto de producir una desviaci6n gradual del flujo, de manera que este no ataque en f o n o directa a l sistema de proteccion disefiado,

P e n d i e n t - e d e C o r o n a c i o n d e l o s E s p i g o n e s .- La pt&c+%a ha demostrado en diferentes obras, e l buen fun-

S - - L - cionamientc que presentan los espigones que han sido cons truidos con pendientes en su coronaci6n hacia e l centro deI cauce. Las ventajas que se han observado son las siguien- tes :

- N o existe prhcticamente, socavacion local en e l extremo del esplg6n.

- Se ahorra material requerido para constwir ros e* pigones con respecto a un espig6n de coronamien-

to Rorizontal.

- E l deposito de material arenoso entre espigones se efectua con m& rapidez que con talud hori- zon ta B ,

Las pendientes de lo coronacion, pueden variar entre 0. @ (2'h) y 0.25 (25%) de acuerdo a investigaciones efectua- das a l respecto.

Las obras de prctecci6n a base de espigones son obras que pueden catalogarse como economicas, ya que en su cons- truccion pueden ut l llzarse diversos materia les : tierra prote - gida con enrocados, rle les metii licos, hormig6n, gaviones , etc . Estos Ultirnos que eston constituMos por enrejados me talicos de forma prlmotlca, se re1 lenan con canta rodado- presentando ciertas ventajas por su flexi bi lldad y grado de adaptacion con el regimen hldraiilico y variaci6n con el fondo del cauce . En las Figuras 19 y 20 se detallan, uno vista lateral en a l zada y una seccion tlpica de espigones construidos a base de gaviones rnetblicos.

4.2 Construccion de Muros de Proteccion Longitudin~l

Las obras de proteccion efectuadas con muros longitud ina les, persiguen basicamente dos objetivos : Defensa contra desbordamientos y protec- ci6n directa de riberas,

4.2.1 Defensa contra Desbordamientos

Se ha indicado que en la mayoria de nuestros rios la confi guracion del cauce suelo es muy irregular, razon por la que en epoca de avenidas la seccion Gtil en algunos tra- mos resulta insuficiente pam desaguar e l volumen total de los aportes que recibe . Las defensas contra desbordamien- tos tienen corno finalidad la delimitaci6n de estos sectores a traves del emplazamiento de muros longitudinales que im piden el desborde del cauce, ademas de la recuperacion de terrenos r i berenss ,

Previo a la localizacion de los muros de protecci6n longltu dinal en la zona de estudio, se establecer& las causas d d desbordamiento, de manera que e l sistema de defensas neu- tralice estos efectos y restablezca e l cauce entre los limi - tes prefijados . Las r i beras propuestas por la defensa, deberon presentar un

FIG. 19 y FIG. 2 0 .- VISTA EN PLANTA Y SECCION TIPICA EN ELEVACION DE

ESPIGONES DE ASTA SIMPLE.

, lb.

L

alineamiento parejo, sin salientes n i curvas agudas. Las i- rregularidades en su alineacl6n puede ocasionar que la co- rriente cruce bruscamente y afecte la ribera opuesta, oca

I

sionando graves daiios. E l emplazamiento de estas obras , requerir6 del estudio del eje hidrelulico del cauce, por lo menos en la zona a proteger, e l que se ver6 afectado de- bido a la loca lizaci6n de l muro longitudina l, determ inan- do para estos casos las alturas de aguas mbximas para e l cual e l muro ser6 diseiiodo, de manera de salvaguardar los terrenos co lindantes frente a un pe l i gro de inundacion . En la construccion de estas obras contra desbordamientos , se pueden ut i lizar diversos materia les, dependiendo su elec - ci6n de condiciones de tipo tanto economicas como tecni- cas, en cuanto a la seguridad requerida del sistema y las caructerMcas de suelo del area,

Entre los materiales de conrtruccion m65 utilizados se tie- nen : Muros de tierra con o sin proteccion de enrocados , gaviones, tablaestacas y mamposteria de piedra.

En las siguientes Figuras ( 21 y 22 ) se presentan algunos ejemplos de protecci6n contra desbordamien tos, u t i lizando distintos materia les de construcci6n.

Figura 21 . - Obras contra desbordam lentos construidos en muros de tierra $.con proteccion de en

I

rocados.

Flgura22,- Obras contradesbsrdamlentos construMos a base de gaviones

4.2.2 Proteecltin Directa de Riberas

Para la defensa contra los desbordamientos es necesario em - plazar estructuras destinadas a proteger terrenos ribereiios del peligro de Inundacion. En este caso de proteccion d i - recta de las morgenes, las obras estar6n orientadas a pre- servar la propla ribera contra Pa contCnua socavacion de la corriente, minimizando e l riesgp de estructuras, caminos e insta laciones ubicadas en las fnmediaciones . N o es necesario, entonces, un desbordamiento para que - cauces perfectamente definidos y con desague suficiente para absorber las crecidas de cierta importancia, represew tan un peligro cierto, debido a la fragilidad de sus ribe- ras. En estos casos se impone la necesidad de reforzar las mismas mediante obras de proteccion, apoyadas directametr te sobre la ribera,

En las Figuras 23 y 24, se presentan ejemplos de protec- cion directa de rlberas; mediante la uti l izacion de enroca dos y gaviones.

Pnotecci6n de aibems mediante enrocados

Figura 24.- Protecclon de riberas mediante gavviones

DISENOS DE ENROCADOS

Las margenes de los rros, mayormente estan constituidos por are- na y limo, siendo necesario p r esta razon, en 6pocas de grandes aveni das en que se incremento considerablemente la fuerza de arrastre de 1: corriente, mantener alejada e l agua de aquellas dreas suce~tibles de e- rosionarse; tal como sucede cose las ori llas chcavas, Para e l 10 se ut i li zan los enrocados de recubrimiento cuya estabilidad esta basada en la determinacion anolrtica de los esfuerzos cortantes creados por e l flujo y de su capacidad de recubrimiento para soportar estas fuerzas.

l

5,1 Esf uerzs Cortante Fromed ;o

E l buen funcionamiento de una protecc16n con enrocado, esta re- lacionada con las fuerzas hidrodln6rnicas de arrastre y levanta- miento, las que son creadas por las velocidades de flujo y son pro - porciona les a l esfuerzo cortan te loca l.

E l esfuerzo cortante promedio, que actUa sobre e l perimetro moja do de una secclBn de canal, donde e l f luio es uniforme y e l ca; ce es recto , est6 dado por la siguiente expresion :

en donde : - TO = esfuerzo cortante promed io; ~ g / m 2

= peso especifico del agua; kg/m3

R = radio hidrtiulico; m/m

S = pendiente de la linea de energia; m/m

Para e l colculo de la velocidad media del escurrimiento, suelen emplearse muchas relaciones, siendo una de las mas utilizadas la de Chezy, cuya expresion es la siguiente :

donde :

C = coeficiente de Chezy

R ,S = definido anteriormente

En base a ello, la relaci6n (1 ) puede expresarse as?

Para canales rugosos, Ven Te Chow, presenta la siguiente ecua- cian para e l calculo de "C" :

siendo ,

K = rugosidad equivalente de la superficie del canal expresada en rnefros.

Sustituyendo la relaciBn (4) en (3) se tiene :

5.2 Esfuerzo Cortante Local

En cauces muy anchos ( T = 10 y ), e l radio hldraullco se aproxi- ma a l tiran te, de manera que R = Y. Si se susti tu ye la velocidad V por Vpromedlo de velocidad de una vertical; y e l valor K por e l diametro promedio de la roca D5o en metros; la relacion (5) se transforma en :

v 2

Ecuacion que representa e l esfuerzo cortante en cualquier punto , sobre e l perimetio mojado. Esta ecuaci6n se encuentra representa- da en la Figura 25.

5.3 Esfuerzo Cortante en Curvas

Para la determinaci6n del esfuerzo cortante local en una curva, se puede uti l izar la Figura 26. Los valores de los esfuerzos cortantes locales obtenidos por la ecuaci6n 6, deberbn ser multiplicados por la relacion Tb/Ta, obtenido de la Figura 26, a f in de hallar e l v e lar del esfuerzo cortante local en la curva Tb,

Ta = esfuerzo cortante promedio en e l canal aguas arri- ba,

Tb = esfuerzo cortante local afectado por la curva

5.4 E sfuerzo Cortante para Disei~o de Enrocado

Se refiere a l valor del esfuerzo cortante local que una roca de d e terminado tamafio resiste con condiciones de seguridad.

E l esfuerzo cortante local permisible sobre e l fondo de un canal plano se expresa como :

Fig. 2 5.- ,Re lacfon entre los valores de los - esfuerzos cortantes y sus correspon - dientes cotangentes o taludes.

K1

= Angula de talud con la horizontal. 7' ~ e n 2 0 V2 K, = - 3 (-4 -

= Angulo de reposo del ma 7 -1 senz 0 ,

terial = 40' Re lacion entre esfuerzos cortan- = Esfuerzo cortan te de d !se - ter de disefio de fondo y talud pa tio en fondo del canal - ra cona les trapezoides

= Esfuerzo corton te de dise - I .

no en talud del canal

donde :

peso especCfico de la roca ( T N / ~ ~ )

peso especifico del agua - Kg 6 - Tn m3 m 3

coefl ciente adlmenclona 1

dibrnetro promedio de la roca (mts.)

esfuerzo cortante local en el fondo e l canal

E l esfuerzo cortante de diseno para el enrocado colocado en los taludes de un canal esta dado por la re laczn :

en donde :

Y = esfuerzo cortante de diseno en los taludes

8 = eingulo del talud con la horizontal

@ = angulo de reposo del enrocado, generalmente es 40'

Esta ecuacion 8, esta representada en la Figura 27.

E l esfuerzo cortante local en cualquier punto de la seccion de un . canal revestido con roca no deber6 exceder e l valor de dise~ro per -

rnisible obtenidos por las ecuaclones(7) y (8 .)

tl valor m i'nlmo para Cotg. G debe ser ; es decir m = 2.

F ig, 27 Relacion entre 10s valores de la ecuaci6n bbsica, la profund idad de flujo y el di6metro eiperiso.

Espesor de la Capa del Enrocado

a) Elespesordelenrocadopara~nacolocacionprbct ica, no deber6 ser menor de 30 cm,

b) E l espesor deber6 aumentarse en un 5Vh cuando e l enro- cado es colocado bajo agua, _ como previsi6n por la incer tidum bre asociado o este tipo de co locaci6n.

Un incremento de 15 a 40 cms. acompanado con un incre mento apropiado del tarnaiio de la roca, debera proveerse donde e l revestimiento estara sujeto a l ataque de olas.

Co locaci6n del Enrocado

La colocacibn de9 enrocado se efectiia sobre e l talud debidamen- te acondicionado y sobre e l f i l tro de tal manera que no se pro- duzca segregacion. E l enrocado debera ser de roca bien gradua da y los intersticios deben ser re1 lenados con material petreo d e menor tamano, de tal manera que exista e l menor porcentaje de vacios. E l enrocado debera ser colocado a su espesor total en una sola operaci6n de manera de evitar e l desplazamiento del material que se encuentra abajo . N o debe colocarse e l enro- cado por capas.

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