INTRODUCCION

El diseño de las obras apropiadas a cada caso debe hacerse luego de realizar los

análisis de los tramos que resulten con mayor posibilidad de erosión y posibles

desbordes en el cauce.

Es entonces donde se debe de proceder con los Estudios HIDROLOGICO Y

GEOMORFOLOGICO de las propuestas planteadas.

Los resultados de los estudios realizados, presentarán pronósticos sobre la

probabilidad de Ocurrencia del evento y estimativos sobre magnitudes de los caudales

medios, mínimos y de creciente, niveles mínimos, máximos y medios, posibles zonas

de inundación, velocidades de flujo, capacidad de transporte de sedimentos,

socavación.

OBJETIVOS

.

Proteger Poblaciones, Áreas de Cultivo, Infraestructura, Industrias, etc.

Previene la socavación del cauce y/o Fondo del Río en épocas de Avenidas Normales o Extremas.

Los materiales normalmente utilizados son propios de la zona.

RECTIFICACIONES DE CAUCES

La rectificación del cauce del río es una obra que se fue gestando casi desde 1717 (Acta del Cabildo de Medellín en 24 de Septiembre de 1.717) pero que no se realizó y tomó importancia hasta mediados del siglo pasado, cuando el río se estaba convirtiendo en un obstáculo para el desarrollo de la ciudad.

Los motivos principales para realizar la canalización del río fueron:

Higienización de todo el Valle de Aburrá.

Urbanización de la parte plana del Valle, que no se había posibilitado por las crecientes del río y por que el sector era fuente de zancudos y plagas debidas a los pantanos producidos por las inundaciones del río

 Construcción de arterias centrales de transito que respondieran a la expansión que sufría la ciudad.

Aprovechamiento turístico de la ciudad.

En su momento la canalización consiguió lo que buscaba pero estas obras nunca tuvieron en cuenta algunas consecuencias tales como:

Pérdida de huevos y coberturas para los peces.

Rompimiento de la secuencia de piscinas y rápidos.

Aumento de la velocidad de las corrientes. (Aumento de la pendiente)

Aumento de la erosión y la turbiedad. (Aumento de la velocidad)

 Pérdida de la vegetación en las orillas.

Disminución de la longitud del canal

Pérdida del valor estético del área.

Para establecer un sistema de defensa de las márgenes u orillas de un cauce, hay que empezar por resolver la regularización de la corriente en el tramo problema, previniendo de antemano la rectificación del propio cauce.

Esto se consigue restableciendo las orillas primitivas o por lo menos, rectificando las irregularidades producidas en las actuales, con el objeto de tener continuidad en las mismas hasta conseguir un trazado carente de sinuosidades o cambios bruscos y que se aproxime en lo posible a la dirección que adoptaría la corriente normal, es decir libre de obstáculos dentro de la configuración del tramo.

En la práctica se procede a establecer un nuevo cauce, el que es definido a baso de dos arcos o líneas paralelas, cuya separación toma como referencia la anchura máxima del cauce en su parte regular y cuya disposición se ajuste sensiblemente a la de la dirección ideal del eje de la corriente en el tramo considerado

Sucede en muchos casos que una de las orillas no está afecta a irregularidades, entonces la configuración de esta sirve de pauta a la línea que marca el restablecimiento de la orilla que se trata de proteger (figura 5) . En este último se ha de estudiar con el máximo detenimiento, ya que el establecimiento de protección y defensa unilateral en la orilla de un rio debe adoptar la garantía absoluta de que ello no tenga derivaciones en el régimen de la corriente que pudiera repercutir en la orilla contraria, en las márgenes siguiente o en las obras de fabricas previamente establecidas.

En caso contrario , la corriente expulsada bruscamente de las inmediaciones de una orilla podría vencerse inevitablemente hacia la orilla o puerta, pudiendo ocasionar remolinos, en perjuicio de aquellos puntos susceptibles del cauce que estuvieron desprovistos de protección, ya que esto 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 desviación paulatina, que podríamos llamar tangencial, para lo cual es absolutamente indispensable que el trazado teórico de la nueva margen constituya una continuidad respecto a las márgenes inmediatas, aguas arriba y aguas abajo.

En la figura 5, se grafican las curvas C, C’ y C’’, denominadas líneas teóricas de restablecimiento de orillas.

Estas pueden tener muy variadas formas y disposición, desde la línea mistilínea hasta la sinusoide ideal que debe llevar la corriente con garantía para las dos orillas en el tramo a proteger.

Por tanto, cuando ninguna de estas parece bien definida debido a los adentramientos o socavaciones que ambas pudieran presentar, se empieza por determinar el eje expeditivo al curso de la corriente puntos medios de los transversales que definen las máximas o las mínimas ancharas.

Este eje será el que en definitiva se adopte como pauta para la determinación del nuevo cauce (Figura 6 y 7). Para su establecimiento practico, conviene limitar el “radio mínimo de las curvas” a ocho veces la anchura máxima del cauce.

En cuanto a la anchura, deberá tomarse como mínimo la dimensión alcanzada por el agua en los tramos regulares en el momento que tienen lugar las crecidas.

OBRAS HIDRAULICAS:

Una obra de defensa contra inundaciones es la intervención o efecto de un encauzamiento de protección frente a las inundaciones, es decir impedir o dificultar que el territorio se inunde.

OBRAS EJECUTADAS EN EL PERU

En el Perú, la mayoría de Obras se ejecutan a través del Programa de Encauzamiento de Ríos y Protección de Estructuras de Captación-

Las estructuras consideradas son:

a. Conformación de DIQUES (marginales o de orilla)

b. DIQUE con enrocado

c. DIQUE con revestimiento de colchones

d. Descolmatación del cauce del río.

e. Conformación de caja de un Río (arrimado de material)

f. Muros con gaviones.

g. Construcción de Espigones de roca.

h. Espigones con gaviones

i. Espigones con revestimiento de gaviones

Estas Obras son ejecutadas en la parte baja del Valle, donde se tienen pendientes bajas y la abertura de la Cuenca, los caudales obtienen su mayor valor y los impactos son en algunas ocasiones de lamentar. El propósito principal de las Estructuras citadas (PERPEC), es la protección de los taludes del cauce frente al rompimiento o desborde que se originan por el impacto de las descargas. Es así que las acciones van dirigidas a estructuras de protección y de disminución de las velocidades, tal es el caso de los espigones, descolmatación del cauce del río, diques y otros.

ESPIGONES:

Es una estructura no lineal construida con bloques de roca de dimensiones considerables, son colocados dentro del agua, en ríos, arroyos o próximos a la costa marítima, con la intención de aumentar el flujo en varias direcciones determinadas, reducir el oleaje o evitar la decantación de arena.

Las defensas formadas por espigones son muy usadas en diversas partes del mundo, tanto en la protección de costas marinas como el tratamiento de problemas fluviales.

DIQUES

Un dique es un terraplén para evitar el paso del agua, puede ser natural o artificial, por lo general de tierra y paralelo al curso de un río o al borde del mar.

GAVIONES

Los gaviones son contenedores de piedras retenidas con malla de alambre. Se colocan a pie de obra desarmados y, una vez en su sitio, se rellenan con piedras del lugar.

Como las operaciones de armado y relleno de piedras no requieren ninguna pericia, utilizando gaviones se pueden ejecutar obras que de otro modo requerirían mucho más tiempo y operarios especializados.

Se fabrican con mallas (de triple torsión y escuadrada tipo 8x10 cm) de alambre de acero (con bajo contenido de carbono) de 2,7 mm, al que se le da tres capas de galvanizado, con 270 gramos de zinc. Las aristas de los gaviones se refuerzan también con alambre de 3,4 mm También se utiliza alambre para el amarre de las piezas de 2,2 mm.

Los gaviones pueden tener diferentes aspectos, es muy frecuente encontrarlos con forma de cajas, que pueden tener largos de 1,5, 2, 3 y 4 metros, un ancho de 1 metro y una altura de 0,5 ó 1,0 metros.

DISEÑO DE OBRAS HIDRAULICAS:

DISEÑO DE ESPIGON:

El diseño de un grupo de espigones es una función de los siguientes factores:

1. Variables del flujoa. Profundidades de aguas mínimas, normales y máximas.b. Cantidad de carga suspendida con relación a la carga de fondo.

2. Parámetros del caucea. Pendiente y velocidad del río.b. Características del material de fondo (arcilla, limos, arena, grava, cantos, guijarros).c. Tamaño del canal (ancho y sección)

3. Materiales disponibles para construcciónPreviamente al diseño debe analizarse las posibilidades de materiales para su construcción.

4. Posibilidad de avalanchas y otras amenazasHa ocurrido un número muy alto de fallas de espigones que justifican un replanteo total de los sistemas de análisis, diseño y construcción empleados hasta ahora. Para evitar la destrucción y/o arrastre de los espigones deben tenerse en cuenta las siguientes características:

a. Conocimiento del régimen hidráulico del río.b. Cálculo de socavación del cauce con el espigón.c. Diseño de una cimentación con la profundidad adecuada.d. Diseño hidráulico del espigón.e. Diseño estructural (resistencia y flexibilidad) del espigón.

El espigón no debe causar un cambio brusco en la dirección de la corriente, sino por el contrario producir un cambio suave. Los espigones son efectivos solamente si el espaciamiento entre ellos no es muy grande.

ELEMENTOS A DISEÑARLos puntos más importantes a tomar en cuenta al diseñar una protección basado en espigones son:

a. Localización en planta. Radios de las curvas, longitud de las tangentes, ancho estable del río.b. Longitud de los espigones.c. Elevación de la cresta de los espigonesd. Espaciamiento entre espigones.e. Número de espigonesf. Pendiente de la corona.g. Angulo de orientación respecto a la orilla.h. Taludes laterales de los espigones.i. Permeabilidad del espigón.

j. Características y tamaño de los Materiales para la construcción de los espigones.k. Determinación de las condiciones de flujo alrededor de los espigones.l. Predicción de la socavación en la curva y socavación local en el extremo del espigón.

LOCALIZACIÓN EN PLANTAAl proyectar una obra de defensa ya sea protegiendo la orilla actual, o bien, en una margen nueva (al hacer una rectificación) se requiere trazar en planta el eje del río y en las orillas dibujar una línea paralela al eje a la cual llegarán los extremos de los espigones. La longitud de cada espigón, estará dada por la distancia de la orilla real a esa línea. La separación entre las nuevas orillas, es decir el ancho B, estará dado por el estudio de estabilidad de la corriente, el cual tomará en cuenta si el tramo será navegable, el cambio de pendiente si se rectifica el río, etc. Cuando se trata de una rectificación en cauces formados por arenas y limos, conviene dentro de lo posible, que los radios de las curvas nuevas, medidos hasta el eje del río tengan la longitud R siguiente:

2.5 B < R < 8BDonde:R = Radio de CurvaB = Ancho del río

Al respetar los radios anteriores, la defensa que se haga sobre la base de espigones, trabajará eficientemente. Si los radios de curvatura son menores, la separación de los espigones disminuye y económicamente es preferible construir una defensa marginal apoyada en la orilla. Si los radios son mayores, el río tiende a formar un cauce con menores radios dentro de la curva y no todos los espigones trabajan eficientemente.

Cuando solo se desea proteger las orillas actuales de un río, y no se desea hacer trabajos de rectificación, la línea que une los extremos de los espigones deberá trazarse lo más uniformemente posible, aunque no necesariamente tendrá un radio único.

Los proyectos de este tipo son los más comunes en la primera etapa de desarrollo de una región ya que se trata de fijar las orillas al menor costo posible. La selección de la línea que une los extremos de los espigones incluye en la longitud de los mismos y ésta, junto con la orientación que se les dé, determina la

separación, entre ellos. Por lo tanto es indispensable estudiar varias localizaciones en esa línea.

Al protegerse, ya sea una sola curva, o un tramo completo, los primeros tres espigones de agua arriba deben tener longitud variable. El primero deberá ser de la menor longitud posible (igual al tirante), y los otros aumentar uniformemente, de tal manera que el cuarto tenga ya la longitud de proyecto. La pendiente longitudinal de la corona debe ser uniforme en todos ellos y por lo tanto la misma de los demás espigones.

Por último conviene aclarar que aunque la línea teórica que une los extremos de los espigones pueda tener diversos radios de curvatura, nunca deberá tener un tramo en que su radio de curvatura se mida hacia la orilla exterior. Todos los radios de esa línea se deberán medir hacia el mismo lado; es decir, hacia el interior de la curva

SEPARACIÓN ENTRE ESPIGONESLa separación entre espigones se mide en la orilla entre los puntos de arranque de cada uno y depende primordialmente de la longitud del espigón de aguas arriba de su orientación y de la localización de la orilla.

Para calcularla se toma en cuenta la inclinación del espigón respectivo a la orilla de aguas abajo y la ampliación teórica de la corriente al pasar por el extremo del espigón. El ángulo de esa desviación es de 9° a 14°.

La longitud de anclaje debe ser mayor cuando las orillas son de poca altura, con el objeto de evitar que la corriente pueda desviarse por detrás de los espigones. Generalmente, se construye primero el espigón localizado más aguas arriba y luego los espigones subsiguientes hacia aguas abajo. Esto se hace con el objetivo de poder construir los espigones en aguas bajas y calmadas.

Los espigones se construyen en grupos mínimo de cuatro espigones seguidos (Derrick, 1998). Una de las decisiones más importante del diseño es la separación entre espigones individuales.

Los espigones deben colocarse a una distancia tal que la acción conjunta de ellos pueda separar el eje de flujo de la orilla, se debiliten las corrientes entre espigones y se promueva entonces, sedimentación en los espacios entre ellos (Przedwojski 1995). Si los espigones están demasiado separados, las corrientes pueden atacar la orilla que se pretende proteger entre dos espigones, generándose erosión o produciéndose meanderización de la corriente.

La construcción de espigones muy cerca unos de los otros produce un sistema menos eficiente y más costoso.

Generalmente la distancia entre espigones está relacionada con el ancho del río la longitud del espigón, la velocidad del flujo, el ángulo a y la curvatura de la orilla.

Generalmente los espigones permeables pueden ser espaciados a mayores distancias que los impermeables.

Las recomendaciones de Maza Alvarez (1989) son las siguientes:

a. Separación en tramos rectos:Cuando se requieran construir espigones en tramos rectos y sin empotramiento en la margen, la separación deberá ser la que se indica en la tabla 12.1.

b. Separación en curvasPara la localización de espigones en curva Maza (1989) recomienda suponer un ángulo b de 9º a 14º de desviación de la corriente para la colocación del siguiente espigón. La separación Sp, entre espigones colocados en curva, conviene controlarla gráficamentecomo se indica en la figura 12.8. Si la curva es regular y tiene un único radio de curvatura la separación que se ha probado con buenos resultados es Sp = (2.5 a 4) Lt; para radios de curvatura mayores de cuatro B se han usado separaciones de 4 Lt. Si la curva es irregular o con un radio de curvatura pequeña la separación de espigones necesariamente debe encontrarse en forma gráfica.

ELEVACIONES Y PENDIENTES

LONGITUDINALES DE LA CRESTASe han construido espigones sin pendiente longitudinal (S = O) hacia el centro del cauce y con pendiente de 0.02 a 0.25. Experimentalmente se ha probado espigones con cresta horizontal y con pendientes de 0.1 a 0.5 y 1.

Los espigones deben construirse con pendiente hacia adentro del río. Deben inclinarse a la elevación de la margen o a la elevación de la superficie libre correspondiente al gasto dominante. El extremo dentro del cauce debe tener alturas máximas de cincuenta centímetros sobre el fondo actual; con ellos se logran pendientes de 0.5 a 0.25. Los espigones construidos con pendientes longitudinales de 0.1 o mayores han proporcionado más favorablemente el depósito de sedimento entre ellos y han resultado más económicos.

PENDIENTES LATERALES DE LOS ESPIGONES

Antiguamente se construían espigones con la pendiente suave en la pared aguas arriba y pendiente fuerte aguas abajo, pero en los últimos años se ha cambiado totalmente el sistema, utilizando pendientes muy suaves a ambos lados. Generalmente la pendiente lateral varía desde 3H: 1V a 5H : 1V en la zona de la cabeza y un poco menos inclinados a medida que se avanza hacia la orilla. La corona o cresta se deja por lo general de 2 metros de ancho.

ORIENTACIÓN DE LOS ESPIGONESLa orientación de los espigones se mide por el ángulo que forma hacia aguas abajo, el eje longitudinal del mismo con la tangente a la orilla en el punto de arranque.Se debe analizar tres tipos de espigones así:

1. Espigones inclinados hacia aguas arriba (ángulo α > 90º )El sistema más popular en el mundo es el de colocar los espigones inclinados hacia aguas arriba, porque según los autores ellos producen el mejor efecto, en lo que se refiere a sedimentación de materiales y a desvío de la corriente de la orilla (Richardson y otros (1975). A estos espigones se les llama espigones deflectores porque según algunos autores repelen el flujo hacia el centro del cauce. La mayoría de las referencias en la literatura recomiendan inclinaciones entre 100º y 120º (Beckstead, 1975). Derrick (1998) recomienda limitar el ángulo de inclinación a 110º.

2. Espigones inclinados hacia aguas abajo (ángulo α < 90º)Estos espigones no son recomendados por algunos autores porque se argumenta que atraen el flujo hacia la orilla y por lo tanto nunca deben colocarse en la parte cóncava de las orillas (Przedwojski 1995). En cambio Maza recomienda ángulos de inclinación de 70º, porque según él se disminuye la socavación en la cabeza del espigón.

Según Maza en un tramo recto, en una curva regular, conviene que los espigones formen un ángulo de 70° con la dirección de la corriente. Si la curva es irregular y aún más si tiene un radio de curvatura menor de 2.5B, los ángulos de orientación serán menores de 70° y pueden alcanzar valores hasta de unos 30°.

3. Espigones ortogonales al flujo (ángulo α =90º)Un espigón a 90 grados protege en forma similar los lados aguas abajo y arriba del espigón. Estos espigones son más cortos pero poseen menores ventajas de sedimentación que los inclinados hacia aguas arriba, sin embargo, son utilizados con frecuencia en los casos en los cuales se requiere controlar un canal navegable.

ALTURA DE LOS ESPIGONESLos espigones pueden ser sumergidos o no sumergidos. Aunque los espigones sumergidos presentan una mayor socavación aguas abajo del espigón, la socavación en la punta es menor y se adaptan mejor a las condiciones de inundaciones. Sin embargo, algunos autores recomiendan que los espigones permeables o sólidos trabajen en condiciones no sumergidas para disminuir la socavación lateral la cual puede destruir los espigones (Przedwojski 1995). Los

espigones permeables funcionan mejor sumergidos porque crean alteraciones menores al flujo.Algunos investigadores recomiendan que no se permita que el flujo pase por encima del espigón para evitar socavación lateral del mismo.Para propósitos de navegación en Holanda la altura de los espigones se construye entre 0.3 y 1.3 metros por encima del valor medio de agua anual.Maza (1989) recomienda pendientes longitudinales de la cresta entre 10% y 25%, sin embargo, otros autores difieren de su apreciación y prefieren espigones con muy poca pendiente en la cresta.La utilización de espigones de baja altura disminuye la sedimentación pero forman unas áreas de aguas bajas entre espigones que facilitan la vida acuática.

CABEZA DE LOS ESPIGONESDebido a la formación de huecos de socavación junto a la cabeza de los espigones tanto en las riberas cóncavas como convexas, las cabezas deben ser lo suficientemente resistentes y tener pendientes muy suaves para disminuir la socavación. Muchos autores prefieren la cabeza en forma de punta como un sistema de disminuir la amenaza de socavación.

Espigones con punta en LLa construcción de una cabeza en la punta del espigón formando una L restringe las corrientes sedimentadoras de moverse hacia el área entre espigones e inducen socavación profunda a lo largo de la cara de la L, paralela al flujo: sin embargo la socavación es menor que en los diques con punta.Estudios biológicos realizados en los Estados Unidos (Shields, 1983) revelan que en las aguas bajas detrás de las eles se forman comunidades acuáticas muy diversas.La socavación local en la punta de los espigones es de importancia durante su construcción, cuando se utilizan elementos que están sueltos entre sí (bolsas, piedras, gaviones, etc.). La socavación local en el extremo del espigón deja de tener importancia si el espigón se construye con una fuerte pendiente longitudinal.

LONGITUD DE LOS ESPIGONESLa longitud total de un espigón se divide en longitud de anclaje o empotramiento y longitud del trabajo. La primera es la que está dentro de la margen y la segunda la que está dentro de la corriente.

La longitud de los espigones se determina con base a buen juicio de ingeniería, basándose principalmente en el estudio de la morfología de la corriente, características del thalweg y comportamiento de la corriente (Derrick 1998). Cuando la curva es uniforme (rectificación) todos los espigones tienen la misma longitud, ángulo de orientación y por lo tanto la separación entre ellos es la misma La longitud de trabajo, medida sobre la corona, se selecciona independientemente y se ha comprobado que conviene que esté dentro de los límites siguientes:

h < L < B/4Donde:

B = ancho medio del cauce, yh = tirante medio; ambos para el gasto dominante.L = longitud efectiva del espigón.

Los espigones se pueden construir en ocasiones sin tener longitud de anclaje; es decir, sin que penetren dentro de la margen, apoyados únicamente a la orilla.La máxima longitud de empotramiento es igual a L/4.

HUECOS O DISCONTINUIDADES EN EL CUERPO DEL ESPIGÓNLos huecos son discontinuidades o indentaciones en la cresta de los espigones. Estos huecos pueden construirse en los diques nuevos o excavarse en diques existentes. El propósito de estos huecos es permitir el flujo de agua a través del espigón en avenidas intermedias para disminuir la sedimentación y formar piscinas detrás de los espigones aguas abajo.Este sistema se ha utilizado con mucha frecuencia en el río Mississippi (Shields, 1983). Generalmente, el flujo a través de la discontinuidad genera un hueco de socavación inmediatamente aguas abajo, formando pequeñas piscinas internas dentro de la corriente.Desde el punto de vista de erosión, estos huecos dentro del cuerpo del espigón requieren de la construcción adicional de obras para impedir que esta socavación genere inestabilidad en el espigón.

MATERIALES PARA ESPIGONESPara la construcción de espigones se utiliza una gran variedad de materiales, entre los cuales se encuentran los siguientes:• Enrocado• Gaviones• Pilotes• Madera o bambú• Elementos prefabricados de concreto.

ANEXOS

BIBLIOGRAFIA

http://civilgeeks.com/2012/08/25/criterios-para-el-diseno-de-obras-de-encauzamiento-e-inundaciones-en-rios/

http://www.mef.gob.pe/contenidos/inv_publica/docs/instrumentos_metod/agricultura/GuiaInundaciones-ax.pdf

http://www.cepes.org.pe/pdf/OCR/Partidos/tecnicas_proteccion_riberas/tecnicas_proteccion__riberas_completo.pdf