TEMA 29 : Hidrotecnias de corrección de cauces torrenciales...
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TEMA 29 : Hidrotecnias de corrección de cauces torrenciales (I)
JOSÉ LUIS GARCÍA RODRÍGUEZUNIDAD DOCENTE DE HIDRÁULICA E HIDROLOGÍA
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA FORESTALE.T.S. DE INGENIEROS DE MONTES
UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE MADRID
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OBJETIVO
Regulación y control (total o parcial) de los efectos provocados por la erosión y el transporte.
¿Cómo reducir la tasa de erosión? Adoptando medidas de control
¿Para qué?1) Evitar que se forme el caudal sólido
2) Si se produce disminuirlo
EROSIÓN EN LA CUENCA ALIMENTADORA
- Erosión en ladera
- Erosión en cauces
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Siempre hay que repasar a aquéllos que dejaron huella
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Puebla de Valles. Río Jarama. Guadalajara. Julio 2003
Garganta
Cuenca de
recepción
Cono de deyección
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Fuente: TRAGSA (1998)
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Fajas
Uso del suelo agrícola Terrazas
Cultivo a nivel
Laderas Drenajes
Zanjas de infiltración
Uso del suelo forestal Canales de evacuación
Empalizadas
Bioingeniería
Hidráulica Torrencial
Cauces
Hidráulica Fluvial
Sistema protector de una cuenca
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Obras transversales
Hidráulica Torrencial
Obras longitudinales
Cauces
Obras transversales
Hidráulica Fluvial
Obras longitudinales
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EFECTOS DE LAS OBRAS TRANSVERSALES
1) Disminución de la velocidad de las aguas por embalse de las mismas. Pérdida de energía viva. Depósito de suspensiones y acarreos.
2) El cauce se “levanta” hasta alcanzar la pendiente de equilibrio para el caudal líquido. Los depósitos forman un aterramiento en el paramento aguas arriba del dique.
3) Aumento del tiempo de concentración de la onda de avenida.
4) Si se produce la regulación del torrente se consigue la estabilización del cauce. A este tipo de obras se las denomina por esto, estructuras de fijación.
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ETAPAS DE FUNCIONAMIENTO DE UN DIQUE
I ETAPA
Dique sin aterrar
Fuerza actuante desfavorable, E (empuje hidrostático)
II ETAPA. Dique colmatado pero sin consolidación de los sedimentos
Atenuación del empuje hidrostático por medio de los mechinales del cuerpo de la obra
III. ETAPA
Comienza la consolidación y el nuevo lecho con la pendiente de equilibrio
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EFECTOS HIDROLÓGICOS DE LOS DIQUES
SOBRE EL COMPORTAMIENTO SOBRE EL COMPORTAMIENTO HIDRHIDRÁÁULICO DE LA CORRIENTEULICO DE LA CORRIENTE
• AGUAS ARRIBA DEL DIQUE– DEPÓSITO DE SEDIMENTOS (Retención total ó
selectiva)– ELEVACIÓN DEL LECHO, ENSANCHAMIENTO DE LA
SECCIÓN Y REDUCCIÓN DE LA PENDIENTE– ALMACENAMIENTO DE AGUA – (Coadyuva a laminación; recarga de acuíferos)
• AGUAS ABAJO DEL DIQUE– FLUJO CON ALTA CAPACIDAD EROSIVA
Y DE TRANSPORTE(Control con estructuras de disipación)
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EFECTOS HIDROLÓGICOS DE LOS DIQUES (II)FUNCIONALESFUNCIONALES
• RETENCIÓN DE SEDIMENTOS• CONSOLIDACIÓN DE LECHO Y
LADERAS INESTABLES• RECARGA DE ACUÍFEROS• LAMINACIÓN• CONTROL DE ALUDES
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EFECTOS HIDROLÓGICOS DE LOS DIQUES (III)
SOBRE INFRAESTRUCTURASSOBRE INFRAESTRUCTURAS• DEFENSA DE PUENTES, DRENAJES,
ENCUAZAMIENTOS E INFRAESTRUCTURAS VIÁRIAS
• PROLONGACIÓN DE LA VIDA ÚTIL DE EMBALSES
• REDUCCIÓN DE LOS EFECTOS NEGATIVOS DE CIRCULACIÓN DE CAUDALES LÍQUIDOS Y SÓLIDOS EN ENTORNOS URBANOS Y PERIURBANOS
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EFECTOS HIDROLÓGICOS DE LOS DIQUES (IV)
AMBIENTALESAMBIENTALES• ALTERACIÓN DE LA DINÁMICA
MORFOLÓGICA DE BARRANCOS, TORRENTES Y RAMBLAS
• ALTERACIÓN DE LA TRANSITABILIDAD PARA LA ICTIOFAUNA
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EJEMPLOSBARRANCO DE ARRATIECHO. BIESCAS (HUESCA)
19021910
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EJEMPLOS BARRANCO DE ARRATIECHO. BIESCAS (HUESCA)
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EJEMPLOS CABECERA DE LA RAMBLA DE “EL CORTIJILLO”ESFILIANA (GRANADA)
193019321946
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EJEMPLOS TORRENTE DE ARÁS. BIESCAS (HUESCA)
1930
19551970
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EJEMPLOSTORRENTE DE ARÁS. BIESCAS (HUESCA)
19972001
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GENERALIDADES DE LAS OBRAS TRANSVERSALES
1) Solución más simple y eficaz. Utilización extendida.
2) Perfil más conveniente. Sección Trapezoidal. Variedades.
3) Materiales de construcción:
- Mampostería hidráulica.
- Hormigón ciclópeo y posterior chapeado de roca.
- Mampostería gavionada (red de drenaje secundaria).
- Mampostería en seco.
- Postes y tablones de madera (red de drenaje secundaria y riberas de ríos).
- Estructuras metálicas (problemática nival).
- Obras mixtas.
4) Limitación de 15 m de altura incluyendo la cimentación.
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e
H
h
n
1
B
Sección central de un dique
Parámetros geométricos
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CONDICIONANTES DE CÁLCULO
1) NO DEBEN PRODUCIRSE TENSIONES DE TRACCIÓN. CONDICIÓN DE NO VUELCO
2) LA OBRA NO DEBE DESLIZAR.CONDICIÓN DE NO DESLIZAMIENTO
3) LAS TENSIONES DE COMPRESIÓN HAN DE SER MENORES QUE LAS ADMISIBLES POR EL TERRENO.
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e
H
h
n
1
B
Sección central de un dique
Parámetros geométricos
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Obra vista
VertederoAla
Ala
Troneras
DIQUE DE CORRECCIÓN. Obra vista
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Altura, H
• Se fijará según el problema torrencial a corregir.
• Se estudiará en la sección transversal donde se ubique procurando ajustarse a la geometría del terreno.
• En un dique de consolidación Se procurará la necesaria para un buen funcionamiento.
• En un dique de retención. Se establece la máxima posible que retenga el mayor número de material.
H
DIMENSIONES DE LA OBRA VISTA
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e
H
h
n
1
B
EP
Hipótesis I
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e
H
h
B
EP
Po
Sp
Hipótesis II
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EP
Pw
Hipótesis I
Talud aguas arriba inclinado
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Espesor en coronación, ePara obtener su expresión se una sección en la coronación del dique (A-A´) y se estudia el deslizamiento
c E = P·fc·γ·x·(h + x/2) = γs·(e·x + ½·x2·tga)·f
donde, e, es el espesor en coronación (m)x, es la distancia coronación-sección A-A´γy γs, son los pesos específicosγ de la suspensión y de la fábrica (k/m3)a, es el ángulo del taludf, es el coeficiente de rozamiento fábrica-fábricac, es un coeficiente de seguridad (1,0 –1,3)h, es la altura de la lámina vertiente (m)
fch
e···
sγγ
=
h
e
x
DIMENSIONES DE LA OBRA VISTA
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Altura del vertedero, 32
2
•gbqh=
Espesor en coronación, f
hes••
γγ
≥
Espesor en la base, B = a·H + e a = tg α
DIMENSIONES DE LA OBRA VISTA
e
H
h
B
EP
P0
Sp
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Río Manubles. Marzo 2005
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γ••0
heP =( )
64)(
0
eaHPX +=
( )s
HeHaP γ•2
2• += ( ) ( ) ( )
( )eHaeeHaeeHaPX
•2•3•• 22
+−+++
=
γ⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ += hHHE
2 )2(3)3()(
hHhHHEX
++
=
( ) khHeHaSp •2
•0
γ+⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ +
=( )
3)( eaHSX
P
+=
Solicitaciones y sus brazos de cálculo en la hipótesis II
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Cimentación
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DIMENSIONES DE LA CIMENTACIÓN
Datos básicos.
1) Asentamiento en el terreno.
Tipo de materiales del cauce y de los taludes de las márgenes de la sección elegida.
Cuando la ocasión lo requiera se realizarán ensayos geotécnicos.
2) Se parte de la hipótesis del reparto de la subpresión a lo largo de la longitud de la cimentación (Lc).
3) Se sabrá con anterioridad a los cálculos la tensión de compresión admisible por el terreno (σadm), según la norma MV-101 de edificación.
4)Se adopta una altura inicial de 1m de altura para la zapata, que se podrá sustituir si no se consiguen cumplir los condicionantes de cálculo.
5) La cimentación se podrá prolongar en una longitud conveniente para evitar las socavaciones al pié de la estructura. Esta longitud puede ser el comienzo de la solera del conjunto disipador, de un encachado o de un zampeado.
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Alcance de la lámina vertiente
Longitud de cimentación Lc ≥ D+e
Subpresión
2•2 hhHD +=
nLcc
cnla •
32 ⎟⎟
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
+−= n
Lcc
Lccnlb •
32
3
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
+
+−=
Solicitaciones y sus brazos de cálculo para calcular la cimentación
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Solicitaciones y sus brazos de cálculo para calcular la cimentación
Alcance de la lámina vertiente
Longitud de cimentación Lc ≥ D+e
2•2 hhHD +=
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nLcc
cnla •
32 ⎟⎟
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
+−=
nLcc
Lccnlb •
32
3
⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
+
+−=
Solicitaciones y sus brazos de cálculo para calcular la cimentación
Subpresión
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γ= ••0 heP 2)( 0
ePX =
sHeP γ= ••11 2)( 11
ePX =
2••)(
12sHeB
Pγ−
= eeBPX +−= )(31)( 12
γ⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ += hH
HE2 chhHEX ++= )(
31)(
kLclbla
Sp •••2 0γ⎟
⎠⎞
⎜⎝⎛ +
= )(•3)2(•)(
lblalalbLc
SpX++
=
scc hLP γ= ••22
)( 2Lc
PX =
Solicitaciones y sus brazos de cálculo para calcular la cimentación
Solicitaciones y brazos
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Solicitaciones y sus brazos de cálculo para calcular la cimentación
Excentricidad
Tensiones de compresión que soporta el suelo
Condición de deslizamiento
e m Lc MF
LcA
V
= − = −∑∑2 2e Lc
≤6
σB
FVLc
eLc
= +⎛⎝⎜
⎞⎠⎟
∑ • 1 6σA
FVLc
eLc
= −⎛⎝⎜
⎞⎠⎟
∑ • 1 6
( )σ σ σ σm B A A= + → >14
3 0• • ( )σ σ σm B A= → <14
3 0• •
FF
fH
Vzapata terreno
∑∑
≤ −