DIOCJE TAPON CANO ROMPEDERO DE MEXICO

M aroen IzquIerdo

CANO ROMPEDERO DE MEXICO

Dlque - To pon

ISLA LOS HUEVOS

Mar,en Derecha

PLANTA GENERAL

Esc : I : 2000

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N Mox . Corona

Olrecclon

del fluID

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II

I II

44 M

SECCION DEL OIQUE

Figura 12. Dique tapon . Cano Rompedero de Mejico.

Banco ..r-­ 2

II

m 8M

La capacidad de la corriente para almacenar el caudal mientras se realiza el vaciado y la

capacidad de descarga del desvio determinan el metodo de cierre. Se debe

considerar el cierre de tal manera que eventual mente la presa 0 dique puedan estar

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ahogados, 6 a f1ujo Iibre; las velocidadessobre la cresta son total mente d~ferentes

para los dos casos siendo mayores en el caso de flujo Iibre.

Durante el cierre debe hacerse uso de la capacidad de descarga del relleno, grandes

vados en la roca, bloques de concreto 0 estructuras especiales que permitan el flujo

de agua parcialmente y luego puedan ser rellenados con material impermeable. EI

tamano, forma, peso de las rocas, velocidades crfticas, capacidad de filtraci6n, son

parametras esenciales en el anal isis, asi como la forma misma en tiempo y espacio

del vaciado.

Conductos de desague dentra del relleno pueden facilitar la colocaci6n del material;

antes del conducto debera haber una contracci6n.

4.3. OBRAS DE DEFENSA. PROTECCION DE ORILLAS.

4.3.1. Estructuras Permanentes. Los trabajos de estabilizaci6n y protecci6n de rios

pueden incluir la construcci6n de revestimientos de bancas, diques longitudinales,

espolones 0 espigones, presas de separaci6n entre canales multiples, presas de cierre a

traves de ramales, protecci6n con pilotes hincados de madera 0 metal, defensas

biotecnicas (pratecci6n estructural combinada con vegetacion apropiada), defensas

temporales con vegetacion, defensas utilizando enrocado a pentapodos 6 hexapodos,

defensas temporales utilizando bolsas rellenas con arena 6 suelo cemento 6 material del

mismo rio, etc.

Hay una gran variedad de estructuras cuyos criterios de diseno estan relacionados con el

tipo, formas, dimensiones, aSI como los materiales de construcci6n. En cuanto al tipo y

forma, las estructuras pueden clasificarse como cerradas 0 impermeables y abiertas 0

permeables. Las estructuras cerradas consisten de un cuerpo de suelo 0 roca protegido

con revestimientos. Sin embargo, los diques longitudinales, espolones y presas de cierre

se clasifican como estructuras abiertas 0 permeables .

Las estrucluras abiertas permiten que parte del flujo pase a traves de elias en cualquier

condici6n de f1ujo (crecidas 0 caudales bajos) . Un ejemplo son los espolones, rompeolas 0

diques transversales construidos con pilotes y sacos de arena u otro material permeable.

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AI absorver parte de la energfa del flujo a trav9s de la estructura abierta. la velocidad del

f1ujo y la capacidad de trans porte de sedimentos se reducen local mente y por consiguiente.

se induce a la sedimentaci6n. De esta forma. se puedeestabilizar una banca erodada 0 se

puede cerrar un braz~ de un canal (cierre de efluentes). La figura 13 muestra un esquema

de este tipo de estructuras abiertas.

A primera vista. el uso de estructuras abiertas parece atractivo : las condiciones de flujo no

se modifican abruptamente. se provoca la sedimentaci6n. la erosi6n y socavaci6n local

saran mas lentas. Sin embargo. aunque su construcci6n es simple. en la practica se tienen

algunas desventajas :

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A-A

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LECHO OR.GINAL

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Figura 13. Estabilizaci6n de' orillas con espolones permeables

41

B-B

- Algunas veces el fondo tienen que ser revestido, no solamente cerca a la cabeza del

espolbn donde el flujo se acelera, sino tambien entre espolones y aguas abajo de la fila de

espolones donde las corrientes pueden ser turbulentas.

- Si los rios transportan troncos, vegetaci6n flotante, basuras, etc., las estructuras pueden

sufrir dafios haciendo que los costos de mantenimiento se incrementen. En estos casos es

mejor recomendar estructuras cerradas ya que actuan como obstc"iculos al flujo que las

sobrepasa en niveles altos.

la escogencia entre varios tipos de estructuras es un problema ec.on6mico pero tambieln

depende de la distancia entre la banca existente y el alineamiento nuevo del canal. La

figura 14 muestra un caso simple de estructuras de correcci6n.

En I, se indica la fijacion de la banca a 1<:6 largo de la curva proyectada; el tipo de

revestimiento puede se.r el mostrado en las figuras 15 6 26. En II, se recomienda remover,

mediante dragad0, la parte fuera del revestimiento 6 hacer el revestimiento cuando el

mismo rio se encargue de limpiarlo.

01 ou t 5

LONGI TUOI NALES -~-;::r":"'----\

LLE NO

Figura 14. Tipos de estructuras de proteccion.

42

En III (figura 14). construcci6n de un dique longitudinal con lIeno hidraulico y revest imiento.

como se puede apreciar en la figura 16. En IV, se presenta un dique longitud inal con

revestimiento interior permanente si el lIeno hidraulico. por sus dimensicnes, se vuelve

costoso.

Banco Original

Attneamlelllo del canal

N normol....

Figura 15. Revestimiento de orillas

10 .5' Pendl.nle Superior

Max. pendlanle I: 2 . 5

.. :Q .~ .. >

En V. se muestran espolones y diques (6 espolones tipo bayoneta, 6 espolones con

cabeza en L. 6 espolones con cabeza en T ) de altura menor que el nivel maximo para

permitir que el flujo en crecientes contribuya con material fino a la sed imentaci6n detras del

dique.

Si el dique (6 la parte del espol6n alineada con el flujo) es muy largo, puede ocurrir que la

socavaci6n se extienda, durante las crecientes. en la orilla que se trata de proteger; por

tanto, son mas recomendables los espolones normales como estructuras retardadoras, si

se les da el espaciamiento adecuado (en lugar de colocar estructuras tipo V. colocar las

tipo VI) . En VI, se muestran espolones normales a menor espaciamiento.

4.3.1.1. Diques longitudinales como estructuras de proteccion. En la secci6n 4.1 se

describieron algunos criterios para el disefio de diques como estructuras de regulaci6n de

crecientes (diques perimetrales 0 diques longitudinales 6 jarillones) ; cuando los diques se

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usan como estructuras de protecci6n, el diseno es alga diferente ya que su fin no es

controlar aguas maximas sino un caudal normal, por 10 cual la altura de la cresta es mas

reducida, permitiendo que la creciente la sobrepase.

DIDUE LONGITUDINAL

' . N MAX

N NORMAL

N MIN .

--------.------­r.~O FASE - ---;...----­

SOCAVACION

30 FASE

LECHO DE E:QUILIBRIO

Figura 16. Dique longitudinal con revestimiento y lIeno hidraulico

La altura de la corona del dique longitudinal es, por economia, tan bajo como sea posible;

ligeramente mayor que el nivel medio y maximo hasta el nivel de la lIanura de inundaci6n.

Te6ricamente, la altura debe ser tal que aun durante crecientes el agua que 10 sobrepase

no erode el lecho en el tramo cerrado. EI nivel de la pata determina las dimensiones del

revestimiento.

Cuando se deja la estructura expuesta a la socavaci6n natural y la pendiente sumergida se

protege en niveles, no se necesita estimar exactamente las dimensiones de la protecci6n.

Esto solo es aceptable cuando no hay dragc;ls disponibles, debido a la alta posibilidad de

deslizamientos. Es mejor dragar un corte al frente de la banca revestida directamente

aguas abajo para anticiparse a la profundidad de equilibrio (dada por la maxima socavaci6n

esperada) y luego construir el revestimiento a esa profundidad. Ver Figura 26.

Los taludes de la cara anterior, en contacto permanente con ~ agua, tienen pendientes

mas suaves que los de la cara posterior; la magnitud de la pendiente esta condicionada por

el tipo de material de construcci6n. EI talud de la cara anterior debe ser protegido contra

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las f1uctuaciones del nivel, especial mente si el canal es navegable, can enrocado,

pentapodos, hexapodos u otro tipo de revestimiento.,

4.3.1.2. Espolones. Son estructuras permanentes colocadas dentro del cauce para

modificar la direcci6n del flujo y propiciar la sedimentaci6n, logrando can . ella evitar la

erosi6n de orilias, cuando el espaciamiento entre dichas estructuras es apropiado.

Figura 17. Espolones construidos en gaviones en Chigorod6.

Si el espaciamiento entre espolones es muy grande, se presenta contracci6n de la secci6n

efectiva del flujo (ancho) . . Entre mas grande seael cociente LIB (ver figura 18), mas grande

sera la perturbaci6n del flujo entre las caras de los espolones y par tanto, mayor

profundidad de socavaci6n.

Esta funci6n de Quia, el flujo se logra en una forma mejor si se facilita la formaci6n de un

fuerte remolino 0 v6rtice entre cada par de espolones. Este deseo restringe la distancia

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entre cada par de espolones ya que la estabilidad de un v6rtice esta gobernada par el factor

2gL/C2h, de tal manera que este factor no debe ser menor que la unidad.

ESPOLONES NORM~LES

-t- L--+

2 ---='-~ '---7~ ~ -='- T'iIW"''''w~-----------=

ESPACIJl.MIENTO PEQUENO ESPACIAMIENTO GRANDE

Figura 18. Perturbaci6n del flujo entre espolones normales.

La escogencia de espolones como estructuras locales de estabilizaci6n mejor que

estructuras longitudinales (muros, diques) esta justificada econ6micamente solo si las

distancias entre los espolones son grandes y aun conservan la funci6n de guiar el flujo

principal del I io fuera de la zona afectada (ya que se requeriria una longitud mayor de

estructura, Eli, siendo Li la longitud de trabajo de cada espol6n, para cubrir la longitud de

diseiio de un muro a dique; es decir, sera L* > [U ?) .

Esto se concluye al asumir que el flujo de remanso en un v6rtice confinado es solo posible

si e/ nivel de la superficie libre en el punta de estancamiento del espol6n de aguas abajo es

mayor que el nivel del agua en el punta A (ver figura 19) a cabeza del espol6n de aguas

arriba. La anterior significa que la perdida de energfa iL del rio entre dos espolones (debida

principalmente a la perdida por fricci6n en el fonda) tiene que ser mas pequeiia que la

cabeza de velociad V2/2g, entonces

h corresponde al caudal media, C es el coeficiente de Chezy. Esta regia ha sido

experimentada en modelos fisicos para campos circulares. Los experimentos recomiendan

46

un valor de 2gL/C2h < 0,6 para un v6rtice fuerte. Este valor puede ser c1un menor para no

ceriirse al modelo ideal de campo circular. Otros factores que influyen en la resistencia del

v6rtice es la fricci6n de fonda y la profundidad del campo del espol6n.

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I I I I

V2 I Linea de energlo

2_g~On pendl.nt. i

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SECCION

LONGITUDINAL L

Figura 19. Comportamiento del flujo entre espolones.

Criterios practicos para el diseiio. La longitud de trabajo del espol6n es uncuarto del

ancho superficial del cauce para caudales medias. La separaci6n L se selecciona de tal

forma que el angulo de separaci6n de las Hneas de corriente este entre 90

y 11 0

Otra

recomendaci6n de tipo practico es fijar L = k t, , donde K varra entre 3 y 8 (en nuestro

medio 5 66 es mas comun) y lr es la longitud de trabajo del espol6n.

47

Para trazar esta linea se deberfa estudiar la dinamica del rio y fijar el radio de CUNatura del

nuevo cauce; analizando, con base en fotograHas aereas y cartografia adecuada, los

cambios en el patron de alineamiento, antiguos canales, divagacion del cauce, la CUNatura

caracterfstica de los meandros, la longitud caracterfstica de los cruces, etc. (no se debiera

cambiar la geometrfa del flujo para ~vitar problemas de mantenimiento). Se determina

luego la orientacion del espolon (angulo entre la tangente a la orilla con el punto de

arranque), segun el objetivo que se quiera lograr; asf :

Los espolones dirigidos hacia aguas arriba se lIaman agresivos (angulos entre 60° y 80° );

son eficientes cuando se busca una sedimentacion rapida, trabajan practicamente

sumergidos, estan muy expuestos a la acci6n de la corriente debido a su orientacion

contraria al f1ujo, la soluci6n resulta mas costosa pues la separacion entre ellos es mUGho

menor.

Espolones Direccionales estan orientados hacia aguas abajo (angulos entre 60° y 70° ),

favarecen una transici6n mas suave al f1ujo y permiten mayor espaciamiento

Espolones normales (formando angulo recto con la corriente) son recornendados para

trabajos de rectificaci6n. Las obras de proteccion en el rio Chigorodo se indican en la

Figura 20.

Se debe buscar que todos los espolones se diserian con la misma pendiente (CuNa de

duraci6n de caudales). EI piso base para el espolon debe ser nivelado y adecuarsele una

fundacion apropiada (piedra gruesa). Se recomienda proteger la cabeza del espol6n con

pentapodos, hexapodos, lIantas rellenas de concreto pobre u otro tipo de protecci6n

similar..

La cimentaci6n es la parte mas importante del espol6n; La profundidad de socavaci6n en la

"nariz" del espol6n debe ser evaluada cuidadosamente considerando socavaci6n local y

socavaci6n general. La fundaci6n de espolones, cuando son en gaviones; es una losa

flexible que se construye con gaviones de poco espesor (30 a 50 cm) amarrados unos a

otros; esta flexibilidad es necesaria para asegurar que el asentamiento de la losa siga el

perfil de la socavaci6n dellecho del rio en la punta del espol6n.

48

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Figura 20. Obras de defensa y estabilizaci6n en el rio Chigorod6 (Secretarla de Obras publicas. Depto de Antioquia) .

F

49 BIBllO

Los rnateriales de construccion utilizados son general mente gaviones, pilotes metal icos

hincaoos en el cauce en la zona a proteger y empotrados 10 suficiente en la orilla firme,

unidO$ par cables y conformando el espolon con bolsas de polietileno 0 nylon relienas de

mortem pobre (5 Gravilla : 1 Cemento : agua sufidente para hormigon) 0 arena 0 suelo

cemento. En lugar de los pilotes metalicos se han uti lizado troncos de arboles resistentes a

la humedad.

SegUn los materiales de construccion empleados, los espolones pueden clasificarse como

rfgidos, semi-rfgidos 0 flexibles. Los espolones rfgidos, general mente construidos con

piedra gruesa mezclada con mortero pobre, se recomiendan para rios de montana cuando

se en:cuentre una buena fundacion en roca.

Los espolones semi-rfgidos consisten en bloques rfgidos (especial mente en concreto)

unidos mediante dispositivos que permitan el movimiento de los primeros cuando s.e

produzcan socavaciones del fonda del cauce. Se trata de combinar las estructuras rig idas

y flexibles cuando las condiciones sean favorables (Guzman, F. y Chavez, 0 ., 1987, Obras

para manejo y conservacion de cauces, Corporacion Autonoma Regional del Cauca -CVC)

Los espolones flexibles (general mente en gaviones) consisten de unidades flexibles que S8

acomodan a las deformaciones dellecho durante los perfodos de crecientes

Las principales ventajas de los espolones son : facilidad de construccion, bajo costo, la

falia que ocurra en alguno de ell os no afecta al adyacente, facilidad de mantenimiento; el

mantenimfento y las reparaciones debidas a socavacion local se reduce considerablemente

despues de las primeras dos crecientes.

Los gaviones son estructuras modulares formadas por elementos paralelipfpedos en red de

acero a doble torsion, relienados con piedras. EI tejido a doble torsion evita que la malla se

desteja ante el eventual corte de un alambre. (Gaviones Maccaferri, cortesfa del ingeniero

Roberto Morante, Cali) . La resistencia a los agentes atmosfericos se asegura con la

protecci6n ofre.cida por una galvanizacion fuerte. Las piedras usadas para el relieno deben

tener un alto peso especffico. EI tamano de las piedras debe ser entre una y dos veces la

menor dimension de la malla de la red . Para los gaviones se considera un peso especffico

de 1,7 kgjcm3 y una resistencia a la compresion de 30 - 40 kgjcm2 (Gaviones Maccaferri)

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