Construcción de Bordos de Encauzamiento y Protección Marginal en Ríos
Martín Ramírez ReynagaSegundo Seminario de Potamología “José Antonio Maza Álvarez”
Villahermosa, Tabasco, 26-28 de agosto, 2009
Diseño y Construcción de Bordos Marginales en Ríos: Criterios de Diseño
• Diseño funcional. Adecuar el trazo al contexto geomorfológico del río
• Establecer modelo geo-morfológico de l cauce:• Aprovechar o rescatar zonas naturales de :
– Regulación ( Meandros abandonados, zonas de divagación)
– Derivación ( Splays, zonas de avulsión
• Definir y construir obras complementarias en cuencas alta y media
• Anexo 1. Aspectos Generales de Conos Aluviales
• Anexos 2. Morfología de Cauces
• Diseño Geotécnico-Estructural. Garantizar la estabilidad de obras durante la vida operativa
• Establecer modelo geológico-geotécnico• Definir solicitaciones por ataque de la erosión:
horizontal-vertical• Estabilidad de márgenes y taludes de bordos
– Flujo establecido– Distribución de sub-presiones , caudales , gradientes
hidráulicos y fuerzas de filtración • Capacidad de carga del subsuelo• Identificar suelos difíciles:
– Dispersivos,– Colapsables– Expansivos
• Análisis de hundimientos a corto y largo plazo para prevenir pérdida de bordo libre
• Ubicar Bancos de Material de Construcción • Anexo 3. Exploración Geológica-Geotécnica
ENFOQUES: ENFOQUES:
Estudios y ProyectosEstudios y Proyectos: Planeaci: Planeacióón estratn estratéégica con visigica con visióón a corto, n a corto, mediano y largo plazo para desarrollar proyectos sin mediano y largo plazo para desarrollar proyectos sin comprometer el futuro. Considerar enfoques en procesos de comprometer el futuro. Considerar enfoques en procesos de prueba y ajuste, incluye evaluar y medir el comportamientoprueba y ajuste, incluye evaluar y medir el comportamiento
Cambios de ParadigmaCambios de Paradigma. Considerar . Considerar otro tipo de obrasotro tipo de obras y y proyectos integrales con obras complementarias en cuencas proyectos integrales con obras complementarias en cuencas altas y mediasaltas y medias
Durante emergenciasDurante emergencias: Respuesta inmediata con acciones : Respuesta inmediata con acciones urgentes y a corto plazo, incluye planes de emergencia durante urgentes y a corto plazo, incluye planes de emergencia durante inundacionesinundaciones
IngenierIngenieríía forensea forense. Aprender de fallas. Aprender de fallas
DiseDise ñño Estructuralo Estructural --FuncionalFuncional
DiseDise ñño Funcionalo Funcional : Tratar de conservar el funcionamiento natural del o los : Tratar de conservar el funcionamiento natural del o los sistemas de rsistemas de r ííosos
Enfoque a prioriEnfoque a priori .. Con base en criterios de diseño convencionales de la geotecnia y potamología.
Enfoque a posteriori : Lecciones aprendidas de las fallas
Cuenca alta
Cuenca mediaCuenca baja
S1
S2S3 S4
S5
TacanTacan áá
Tapachula
AgradaciAgradaci óón de n de planicies planicies
Obstrucción inadecuada de la zona de divagaciónNatural de los ríos: poblaciones e infraestructura
Impacto Humano• La actividad humana afecta bastante el
comportamiento natural de los ríos, directamente en los cauces con obras de ingeniería, asentamientos humanos ó por actividad en las cuencas.
• La actividad humana puede modificar o acelerar fuertemente una evolución originalmente natural
En particular los encauzamientos con bordos se desarrollan En particular los encauzamientos con bordos se desarrollan en la Planicie Aluvial: Deltasen la Planicie Aluvial: Deltas--Cono de DeyecciCono de Deyeccióónn--Estuarios. Estuarios. Comprender los procesos geomorfolComprender los procesos geomorfol óógicos y el funcionamiento natural e gicos y el funcionamiento natural e histhist óórico (de preferencia siglos) del rrico (de preferencia siglos) del r íío para:o para:
Discernir sobre las solicitaciones de diseDiscernir sobre las solicitaciones de dise ñño: Hidro: Hidr ááulico, Estructural y Funcional ulico, Estructural y Funcional de obras hidrde obras hidr ááulicas en el rulicas en el r ííoo
Definir Definir efectos de escalaefectos de escala , magnitud y , magnitud y trazotrazo de las obras:de las obras:
�� VisiVisi óón regional: n regional: oo Trazo por diferentes formaciones geolTrazo por diferentes formaciones geol óógicasgicasoo Hundimientos regionales: suelos blandos, formacione s cHundimientos regionales: suelos blandos, formacione s c áársticas, explotacirsticas, explotaci óón acun acu ííferaferaoo Condiciones geoCondiciones geo --hidrolhidrol óógicasdel subsuelogicasdel subsuelooo IdentificaciIdentificaci óón de depn de dep óósitos de suelos difsitos de suelos dif ííciles ciles
�� Ubicar zonas de divagaciUbicar zonas de divagaci óón natural n natural Ubicar zonas naturales de regulaciUbicar zonas naturales de regulaci óón n �� Identificar paleoIdentificar paleo --cauces, zonas de derrame o de avulsicauces, zonas de derrame o de avulsi óónn�� Identificar el sitio del Identificar el sitio del áápice hidrogrpice hidrogr ááfico y del topogrfico y del topogr ááficofico�� Ubicar bancos de material adecuado para la construc ciUbicar bancos de material adecuado para la construc ci óón de obrasn de obras
Morfología de Cauces en conos de deyección y las planicies
�Forma�Meandros�Islas�Barras�Derrames-Avulsiones�Zonas duras-blandas
• Trenzado, No Sinuoso
• Trenzado, Sinuoso
• Sinuoso, con Barras Puntales
• Sinuoso, Canaliforme
Forma de los Cauces
Categorías de Cauces
Meandros: Se forman por erosión de la margen externa (convexa) y sedimentación en la margen interna (cóncava); pueden ocurrir cortes de meandro, que dejan brazos muertos (“oxbow lakes”).
• Meandros regulares Son más una excepción que regla, ya que
• Meandros tortuosos se forman por controles o rasgos pre-existentes en el subsuelo (geología, relieve, suelos,)
Islas• Islas ocasionales, poco
frecuentes.• Islas frecuentes,
Superposición algunos sitios.
• Cauce dividido , Canal con 2 a 3 canales a lo largo del río.
• Cauce trenzado, Islas o barras sobrepuestas y inestables, a veces con vegetación.
Barras • Barras puntuales en intradós de
las curvas; pueden integrarse progresivamente a la planicie de inundación.
• Barras laterales, paralelas a las márgenes de un cauce recto.
• Barras intermedias, sin conexión con las márgenes.
• Barras diagonales, orientadas por un canal interno al cauce con un ángulo definido respecto a las orillas.
Corte de MeandroCorte de Meandro
Meandro Activo, rMeandro Activo, r íío Bravoo Bravo
Meandro Inactivo, rMeandro Inactivo, r íío Bravoo Bravo
BARRA DETUPILCO BARRA DE DOS BOCAS
PARAISO
BARRA DE CHILTEPEC
BARRA DE FRONTERA
FRONTERA
BARRA DE SAN PEDRO
NACAJUCAJALPA
CUNDUACAN
VILLAHERMOSA( San Juan Bautista )
CARDENAS
HUIMANGUILLO
PICHUCALCOTEAPA
TACOTALPA
Rio
Tea
pa
Rio Tacotalpa
Rio d
e la Sierra
Rio
G r
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R i o
S e
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COMALCALCO
R i
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p a
o Rio Viejo
R i
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ROMPIDO DENUEVA ZELANDIA
ROMPIDO DE NUEVA ZELANDIA - 1675
BARRA DETUPILCO BARRA DE DOS BOCAS
PARAISO
BARRA DE CHILTEPEC
BARRA DE FRONTERA
FRONTERA
BARRA DE SAN PEDRO
NACAJUCAJALPA
CUNDUACAN
VILLAHERMOSA( San Juan Bautista )
CARDENAS
HUIMANGUILLO
PICHUCALCOTEAPA
TACOTALPA
Rio
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Rio Tacotalpa
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Rio
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COMALCALCO
R i
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o Rio Viejo
R i
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Rio Carrizal
ROMPIDO MANGADE CLAVO
ROMPIDO MANGA DE CLAVO - 1881
BARRA DETUPILCO BARRA DE DOS BOCAS
PARAISO
BARRA DE CHILTEPEC
BARRA DE FRONTERA
FRONTERA
BARRA DE SAN PEDRO
NACAJUCAJALPA
CUNDUACANVILLAHERMOSA
( San Juan Bautista )CARDENAS
HUIMANGUILLO
PICHUCALCOTEAPA
TACOTALPA
Rio
Tea
pa
Rio Tacotalpa
Rio d
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Rio
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COMALCALCO
R i
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Rio Viejo
Rio Carrizal
Rio G
onzalez
ROMPIDO DELA PIGUA - 1904
ROMPIDO DE LA PIGUA - 1904
BARRA DETUPILCO BARRA DE DOS BOCAS
PARAISO
BARRA DE CHILTEPEC
BARRA DE FRONTERA
FRONTERA
BARRA DE SAN PEDRO
NACAJUCAJALPA
CUNDUACAN
VILLAHERMOSA( San Juan Bautista )
CARDENAS
HUIMANGUILLO
PICHUCALCOTEAPA
TACOTALPA
Rio
Tea
pa
Rio Tacotalpa
Rio d
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Rio
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R i
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o Rio Viejo
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Rio Carrizal
Rio Cañas
Rio C
uxcu
acha
pa
Rio Jalupa
ROMPIDO DE CAÑAS
ROMPIDO DE CAÑAS1940
BARRA DETUPILCO BARRA DE DOS BOCAS
PARAISO
BARRA DE CHILTEPEC
BARRA DE FRONTERA
FRONTERA
BARRA DE SAN PEDRO
NACAJUCAJALPA
VILLAHERMOSA( San Juan Bautista )CARDENAS
HUIMANGUILLO
PICHUCALCOTEAPA
TACOTALPA
Rio
Tea
pa
Rio Tacotalpa
Rio d
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Rio
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S e
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COMALCALCO
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Rio Viejo
Rio Carrizal
Rio Samaria
Rio C
uxcu
acha
pa
Rio Medellin
Rio ChilapaRio Chilapilla
ROMPIDO DEL VELADEROABIERTO EN 1952CERRADO EN 1953
CUNDUACAN
ROMPIDO DEL VELADERO - 1952
BARRA DETUPILCO BARRA DE DOS BOCAS
PARAISO
BARRA DE CHILTEPECSta. Ma. de laVictoria
BARRA DE FRONTERA
FRONTERA
BARRA DE SAN PEDRO
NACAJUCA
JALPA
CUNDUACAN
VILLAHERMOSA( San Juan Bautista )
CARDENAS
HUIMANGUILLO
PICHUCALCOTEAPA
TACOTALPA
Rio
Tea
pa
Rio
Tac
otal
pa
Rio d
e la Sierra
Rio
G r
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l v
a
R i o
M e
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p a
COMALCALCO
SIGLO XVI
Identificación de Avulsiones, Splays, Paleocauces
Derrames (Splay )Derrames (Splay )
AvulsiAvulsióón n
CorrecciCorrecci óón en Plantan en Planta
Tajos o Cortes de DerivaciTajos o Cortes de Derivaci óónna a
Zonas Naturales de RegulaciZonas Naturales de Regulaci óónn
Corte y Zona de Regulación
EncauzamientosEncauzamientosyy
MMáárgenes Guiadasrgenes Guiadas
Anteproyecto de Encauzamiento deuna bifurcación, Jean J. Peters
Agradación
Degradación
Revertir agradación favoreciendo degradación
Pilotes envolventes
Pilotes para espigones
Bajar el fondo de cauce
Q oper
Q ext = Q oper + ∆Q
∆Q
Diseño Funcional:
Adecuar el Trazo al Contexto Geomorfológico
Conservar zonas naturales de divagación
AcortamientoAcortamiento --Aumento de GradienteAumento de Gradiente
Rasgos de un Cauce en la Planicie Aluvial
Derrames
Meandro Abandonado
Acreción vertical Depósito precedente
Dique natural
Acreción lateral
• Diseño Geotécnico-Estructural. Garantizar la estabilidad de obras durante la vida operativa
� Establecer un Modelo Geológico-Geotécnico Regional en el Trazo y en Sitios Especiales� Definir solicitaciones por ataque de la erosión: movilidad horizontal-vertical� Estabilidad de márgenes y taludes de bordos por flujo establecido y vaciado rápido.
Estimar caudales de filtración y Conocer la distribución de: Sub-presiones , Gradientes Hidráulicos y Fuerzas de Filtración para verificar estabilidad y el riesgos de erosión interna� Capacidad de Carga del Subsuelo y Análisis de Hundimientos : A corto y largo plazo
para prevenir pérdida de bordo libre� Identificar Depósitos de Suelos difíciles: � Dispersivos,� Colapsables� Expansivos
� Ubicar Bancos de Material de Construcción � Anexo 3. Exploración Geológica-Geotécnica
Modelo GeotModelo Geotéécnico del Subsuelo:cnico del Subsuelo:•• GeologGeologíía superficiala superficial--estructural regional, trazo y por estructural regional, trazo y por
sitiositio•• ExploraciExploracióón de cauce, laderas y mn de cauce, laderas y máárgenesrgenes
Indirecta: GeofIndirecta: Geofíísica sica calibradacalibradaDirecta: Sondeos con muestreo y ensayes deDirecta: Sondeos con muestreo y ensayes decampo y laboratorio:campo y laboratorio:��Propiedades Propiedades ÍÍndice y Mecndice y Mecáánicasnicas��SUCSSUCS--GranulometrGranulometrííasas��SPT, PCASPT, PCA´́s, Menards, Menard��Pruebas Especiales en Suelos DifPruebas Especiales en Suelos Difííciles: ciles:
Colapsables, Expansivos, DispersivosColapsables, Expansivos, Dispersivos•• Muestro de Sedimentos y Arrastre de Fondo en rMuestro de Sedimentos y Arrastre de Fondo en rííoo
Por ErosiPor Erosi óón:n:
��Lateral o ErosiLateral o Erosi óón Marginaln Marginal
��Vertical o DegradaciVertical o Degradaci óón del Fondon del Fondo
Por AcumulaciPor Acumulaci óón de Azolves:n de Azolves:
��En el fondo del cauce o AgradaciEn el fondo del cauce o Agradaci óón n
��Lateralmente hacia la planicie aluvialLateralmente hacia la planicie aluvial
*Acreci*Acreci óón Verticaln VerticalAcreciAcreci óón Lateraln Lateral
*Acreci*Acreci óón. Crecimiento por adicin. Crecimiento por adici óón o acumulacin o acumulaci óón de materian de materia
Movilidad de Cauces y sus MMovilidad de Cauces y sus M áárgenesrgenes
Movilidad de Cauces y sus MMovilidad de Cauces y sus M áárgenesrgenes
Movilidad VerticalMovilidad Vertical
50
Río con carga de sedimentos
Sedimentos
Nivel Agua
51
Nivel Agua
Carga de sedimentos removidos
52
Nivel Agua
Río con degradación del fondo del cauce
Erosión y Profundización
53
Nivel Agua
Río con fondo profundizado
Fondo profundizado
54
Nivel Agua
Río con equilibrio límite de márgenes
Zonas de Riesgo Zonas de Riesgo
55
Descenso Nivel Agua
Río con márgenes deslizadas
Deslizamiento Deslizamiento
Hc = 4c/γ
Movilidad HorizontalMovilidad Horizontal
FormaciFormaci óón de Islas y Barrasn de Islas y Barras
Alejar del hombro de margen
PermeableImpermeable
Permeable
Permeable
Impermeable
PermeableImpermeable
Permeable
Permeable
Impermeable
Algunos Mecanismos de Fallaencontrados durante inspecciones
• Perdida de Bordo Libre por:– Hundimiento Regional – Agrietamiento por Asentamiento Diferencial– Agrietamiento por ciclos de humedad-secado– Colapso por saturación de subsuelo colapsables
• Desbordamiento• Fallas Locales por Capacidad de Carga• Falla General: Deslizamiento por Vaciado Rápido• Fallas por erosión interna: bordos sin protección de
filtro expuesto a altos gradientes hidráulicos o formados de suelos dispersivos
Capacidad de Carga Capacidad de Carga o o
Deslizamiento GeneralDeslizamiento General
En los Análisis de Capacidad de Carga: Considerar la reducción de la longitud de la superficie resistente
Bordo en zona de turbas o suelos blandos
Falla Local por Capacidad de Carga
Vaciado rápido
J
Falla GeneralFalla General
AnAn áálisis de Flujo de Agua. Determinar la distribucilisis de Flujo de Agua. Determinar la distribuci óón de:n de:
•• Fuerzas de FiltraciFuerzas de Filtraci óónn•• Gradientes HidrGradientes Hidr ááulicosulicos•• Caudales de filtraciCaudales de filtraci óónn
Con el propCon el prop óósito de descartar riesgos de erosisito de descartar riesgos de erosi óón internan interna
Erosión Interna
Secciones y Materiales InadecuadosSecciones y Materiales Inadecuados
J
Análisis de Estabilidad, deben considerar Fuerza de Filtración en Flujo Establecido, J y el Gradiente Hidráulico
Vaciado rápido
J
En los análisis de estabilidad, tomar en cuenta la fuerza de filtración en flujo transitorio por vaciado rápido, J
ProtecciProtecci óón contra la n contra la erosierosi óón de filtracionesn de filtraciones
FiltrosFiltros
Impermeable
Bordo homogéneo sobre terreno de cimentaciónpermeable
Impermeable
Bordo homogéneo sobre terreno de cimentaciónpermeable
Permeable
Bordo Homogéneo Permeable: SC, SM, GC, GM
Protegido con un Dren Vertical y Horizontal Filtran te
Filtración por terreno decimentación
ImpermeableCH, CL, MH, ML
Impermeable
Bordo Homogéneo, con Respaldo de Filtro y Chapa de Roca
Impermeable
Impermeable
Sobre-elevación Inadecuada
ImpermeableCH, CL, MH, ML
Impermeable
Sobre-Elevaciones y Perdidas de Bordo Libre
EstabilizaciEstabilizaci óón y Proteccin y Protecci óónncon: Pilotes y Tablestacascon: Pilotes y Tablestacas
ErosiónBordo de protección marginal erosionado
Perfil anterior
Perfil actual
Erosión Bordo de protección marginal restituido
Relleno a fondo perdido
Relleno compactado
Vegetaciónnativa
Perfil anterior
Perfil actual
Pilotes
Erosion
Perfil anterior
Perfil actual
Vegetaciónnativa
Pilotes
Margen deinundación
Bordo libreNAME
Arcilla compactada con “pata de cabra”, en capas no mayores a 30 cm, contenido de agua
+ 2% del óptimo Proctor
Revestimiento de roca o con losa articulada con geo-textil filtrante en talud de arcilla
H
H
Nivel del terreno natural
Grava arena bien graduada de río, compactada con rodillo vibratorio
Enrocamiento o gaviones apoyado en pilotes
Transición filtrante de boleos de río o rezaga de roca compactado con rodillo vibratorio
Pilote de concreto reforzado, φ ~ 25 cm y 2H ~ 10 m
EstabilizaciEstabilizaci óón y Proteccin y Protecci óónncon: Pilotes y Tablestacascon: Pilotes y Tablestacas
ProtecciProtecci óón de Taludes:n de Taludes:
PastoPasto --Arbusto Nativo Evitar Arbusto Nativo Evitar áárbolesrboles
Trf = Tr + ∆Tr
Tr
VadosVados
Vados
Mejoramiento del SubsueloMejoramiento del Subsuelo
FINFIN
Muchas Gracias por su AtenciMuchas Gracias por su Atenci óónn
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