2. Estructuras transversales

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1 2. Estructuras transversales

2 2. Estructuras transversales Son estructuras que se proyectan transversalmente al flujo y se apoyan en la ladera y en el fondo del cauce. Existen algunas obras transversales que unen las orillas opuestas y sirven para regulación de caudales, disminuir pendientes y atrapar sedimentos. Otras obras sirven para desviar las líneas de corriente de las orillas hacia el centro del lecho. Tienen también la finalidad de recuperar orillas perdidas en curvas cóncavas y servir para centrar canales en los cruces de ríos navegables. Adaptado de Ing. Javier Valencia. UNICAUCA, 2003

3 Estructuras transversales Pueden ser perpendiculares al flujo o formar un ángulo con relación a la dirección dominante de la corriente. Tipos: 1) Traviesas o umbrales de fondo 2) Presas 3) Puntos fijos 4) Vertederos deflectores 5) Espolones

4 2.1 Traviesas o umbrales de fondo Se construyen perpendiculares al flujo, a lo largo de las partes profundas y en las curvas forzadas, buscando disminuir las fuerzas erosivas del agua y proteger la pata de la orilla.

5 2.2 Presas Se construyen transversalmente al flujo y atraviesan el cauce de lado a lado. Controlan la degradación a largo plazo y la general por contracción u otras causas. Adaptado de Ing. Javier Valencia. UNICAUCA, 2003

6 Adaptado de Ing. Javier Valencia. UNICAUCA, 2003

7 Presas de retención de sedimentos Son estructuras utilizadas para la corrección y estabilización de los torrentes con el fin de regular el flujo del agua y los sedimentos transportados, mediante la construcción de presas pequeñas escalonadas a lo largo del cauce.

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14 RÍO PAILA. PUENTE CORINTO-MIRANDA. Estribo izquierdo

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16 Estribo derecho Hace unos 10 a 12 años el río arrastró el puente y el hospital ubicado en la margen derecha del río

17 Aguas arriba de Corinto. Cauce regulado con trinchos, usado para recreación.

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20 El material erosionable es removido de la banca de un cauce y reemplazado por piedra o arcilla compactada. Penetran una distancia corta en el cauce para alejar corrientes erosivas de las bancas. 2.3 Puntos fijos

21 Puntos fijos

22 Serie de espolones cortos y bajos hechos de piedra o de otro material resistente a la erosión, colocados para controlar la estabilidad del cauce y también para mejorar las condiciones de navegación. 2.4 Vertederos deflectores

23 Los vertederos deflectores no son normalmente visibles para niveles de aguas bajas y funcionan como vertederos sumergidos con el fin de dirigir hacia el centro del cauce el flujo que pasa por encima de la estructura. Vertederos deflectores (TW) > (2 a 3) D100.

24 Vertederos deflectores L máxima = W/3 S = (4 a 5) L

25 2.5 Espolones Estructuras apoyadas o empotradas en la orilla del río y que penetran en su cauce. Los espolones son típicamente visibles por encima de la línea del agua y se diseñan de forma que el flujo sea desviado lejos de la ladera o se concentre entre los espolones. Controlan la migración lateral de la corriente

26 Objetivos de los espolones Los espolones desvían las líneas de corriente alejándolas de la orilla y reducen velocidades locales, favoreciendo que entre ellos se depositen materiales que arrastra el río lo que permite el crecimiento de vegetación nativa. Otros propósitos de los espolones son proteger estructuras y aumentar la profundidad con propósitos de navegación.

27 ESPOLONES PARA REGULACION DE CANAL NAVEGABLE Adaptado de Ing. Javier Valencia. UNICAUCA, 2003

28 Criterios de diseño Localización en planta. Geometría del cauce: radio de las curvas, longitud de las tangentes, ancho estable del río. Longitud de los espolones. Separación entre espolones. Pendiente de la corona. Angulo de orientación respecto a la orilla. Permeabilidad del espolón. Material de construcción. Socavación en la curva y local en el extremo del espolón.

29 Orientación de los espolones

30 Materiales de construcción: Enrocado Gaviones Bolsacretos Estructuras de patas Tubería metálica Neumáticos Concreto

31 Espolones en enrocado

32 Espolones en enrocado Adaptado de Ing. Javier Valencia. UNICAUCA, 2003

33 Espolones en enrocado

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35 Adaptado de Ing. Javier Valencia. UNICAUCA, 2003

36 Espolones en gaviones

37 Espolones en gaviones

38 ESPOLONES EN GAVIONES Adaptado de Ing. Javier Valencia. UNICAUCA, 2003

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46 Espolones en estructuras de patas: tetrapodos Adaptado de Ing. Javier Valencia. UNICAUCA, 2003

47 Espolones en tubería metálica Son los mas indicados para ríos de llanura de inundación con profundidades considerables, ya que se construyen desde una plataforma flotante donde se monta un martillo provisto de una pesa adecuada y una torre guía para la izada de la tubería. Los suelos se deben dejar penetrar para evitar el rechazo temprano. Tienen la ventaja de que se pueden pegar con soldadura, pudiéndose aumentar la longitud considerablemente. Se deben realizar los cálculos de socavación a largo plazo, por migración en curvas y general por contracción de la sección, para prever la cota de cimentación. Además, se deben realizar los chequeos de estabilidad para determinar la longitud efectiva y longitud de empotramiento, así como el diámetro necesario para evitar esbeltez. Adaptado de Ing. Javier Valencia. UNICAUCA, 2003

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67 Espolones en bolsacreto Similar a los de gaviones, solo se dejan construir en aguas bajas. Se colocan in situ. Mediante una concretadora y una motobomba se llenan de mezcla fluida las bolsas, las cuales vienen provistas de una lengua para sellar automáticamente tan pronto se llenan. La resistencia del concreto debe se como mínimo de 2500 psi. Deben tener suficiente protección contra socavación en la punta y a los lados. Se protegen colocando bolsas en el piso. Adaptado de Ing. Javier Valencia. UNICAUCA, 2003

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69 Adaptado de Ing. Javier Valencia. UNICAUCA, 2003

70 Espolones en neumáticos

71 Espolones rígidos en concreto

72 Espolones en madera

73 DISEÑO DE ESPOLONES Adaptado de Ing. Javier Valencia. UNICAUCA, 2003

74 Diseño en planta Con el levantamiento topográfico en planta se define la rectificación de una o de las dos orillas, si se requiere, partiendo del ancho normal en entretangencias y de la banca natural en la curva convexa. Con radios apropiados de curvatura se define el lugar a donde deben llevarse la punta de los espolones y la línea que une este arco con la orilla en cada sitio, define la longitud de los espolones. Conviene que los radios de curvatura a proponer en la rectificación estén dentro del rango 2.0 r 8B, donde B, es el ancho medio de la superficie libre en el tramo recto, para evitar relaciones radio/ancho estrechas que generan socavación alta en la curva y tendencia a migración del meandro. Adaptado de Ing. Javier Valencia. UNICAUCA, 2003

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77 Cuando el radio de curvatura es pequeño, la distancia entre los espolones decrece y económicamente es mejor una obra marginal. Si los radios son muy grandes, el río tiende a formar un canal con menores radios dentro de la curva y no todos los espolones funcionan bien. Adaptado de Ing. Javier Valencia. UNICAUCA, 2003

78 Longitud de los espolones La longitud total de los espolones es la suma de la longitud de empotramiento L e y la longitud efectiva o de trabajo L t medida sobre la punta de las crestas. La longitud de los espolones usualmente se limita a estos rangos: h L t B/4, donde h es la profundidad media del flujo para la creciente de diseño y B el ancho medio de la superficie libre en el tramo recto del río. Adaptado de Ing. Javier Valencia. UNICAUCA, 2003

79 Los espolones se deben adosar a la banca y en casos especiales se deben empotrar en ella. Es preferible empotrar el primero aguas arriba. La longitud de empotramiento debe ser el 25% de la longitud de trabajo, L e = 0.25L t. Resulta mas económico reparar un espolón averiado que empotrarlos todos. Los espolones generalmente pueden mostrar alguna falla durante la primera creciente, pero una vez reparados trabajan adecuadamente sin mayor mantenimiento posterior. Cuando se protege una sola curva o un tramo completo, los tres primeros espolones de aguas arriba deben tener longitudes variables, siendo el primero el más corto (igual al tirante) y los demás irán aumentando la longitud hasta llegar al cuarto, con la longitud de diseño deseada. Adaptado de Ing. Javier Valencia. UNICAUCA, 2003

80 Separación entre espolones La separación entre espolones se mide en la banca entre los puntos de inicio y depende principalmente de la longitud del espolón aguas arriba, de su orientación y de la ubicación de la banca. Además, depende del ángulo entre el eje del espolón y la línea imaginaria de ubicación de las puntas de los espolones; se debe considerar el ángulo de expansión del flujo cuando pasa por la punta de los espolones. Adaptado de Ing. Javier Valencia. UNICAUCA, 2003

81 Espaciamiento en tramos rectos Cuando los espolones se construyen en tramos rectos sin empotramiento, el espaciamiento puede ser: S = (4 a 6) L t Espaciamiento en curvas Si la curva es regular la distancia puede ser: S = (2.5 a 4)L t Para curvaturas mayores de 4B se han usado separaciones de 4L t. En curvas irregulares o curvaturas pequeñas la distancia se haya gráficamente. Adaptado de Ing. Javier Valencia. UNICAUCA, 2003

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83 El ángulo de expansión β esta entre 9º y 14º. Como regla general se toma 14º para fines conservadores y 9º para fines económicos. 9º β 14º Adaptado de Ing. Javier Valencia. UNICAUCA, 2003

84 Jansen considera que la función de desviar las líneas de corriente se satisface mejor si existe un remolino fuerte con flujo reverso entre cada par de espolones y que la estabilidad de cada remolino está gobernada por el factor 2gL/C 2 h de manera que este factor no exceda la unidad. C es el coeficiente de resistencia al flujo de Chezy y h tirante medio con caudales medios. Esta regla parte del supuesto de que el flujo reverso en un remolino confinado solo es posible si el nivel de la superficie del agua en el punto de estancamiento del espolón aguas abajo es mayor que el nivel en el punto A del espolón aguas arriba. Solamente un remolino elíptico puede dar un soporte eficiente a la función de desviar líneas de corriente. Esto se logra si el cociente de los ejes mayor (en el sentido de la corriente) a menor (en el sentido transversal a la corriente) de la elipse es menor a dos (2.0), por lo tanto, espolones pequeños dan relaciones muy grandes y no son atractivos. Adaptado de Ing. Javier Valencia. UNICAUCA, 2003

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86 Pendiente longitudinal de las crestas Los espolones se deben construir con una pendiente longitudinal de la orilla hacia el centro del canal. Puede ser constante para todos los espolones. Se han encontrado las siguientes ventajas cuando se pendientan: Prácticamente no hay socavación local en la punta. Cuando se construyen con sección trapezoidal tiene lugar inmediatamente una sedimentación aguas abajo. La sedimentación de materiales finos tiene lugar mas rápidamente en estos espolones pendientados que en los horizontales. Adaptado de Ing. Javier Valencia. UNICAUCA, 2003

87 Pendiente longitudinal de las crestas Se recomienda pendientarlos entre el 5% y el 10%. Se puede dar una pendiente transicionada entre el primero y el cuarto, de manera que el primero tenga el 10%, el segundo el 8%, el tercero el 6% y el cuarto el 5%, los demás se llevan con el 5%. Adaptado de Ing. Javier Valencia. UNICAUCA, 2003

88 Estructuras transversales y longitudinales

89 RÍO PALO. BOCATOMA DE PROPAL.

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95 Obras de protección en gaviones margen izquierda.

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97 Tablastaca en la margen derecha

98 Socavación en la pata del muro

99 Prefabricados

100 Protecciones en el Río Cauca

101 Protecciones en el Río Cauca