DIPLOMADO:DISEÑOYGESTIÓNDEPROYECTOSVIALES

ALTERNATIVASDESOLUCIÓNDEDEFENSARIBEREÑADELSECTORCRÍTICOKm28+650–Km29+200DELACARRETERACAÑETE–LUNAHUANÁIntegrantes:CarlosVegaVicenteVíctorOrmeñoDeLasCasasOscarMugaQuicañoLuisPérezDescalzi

Marzo2011

ESCUELADEPOSTGRADOLAURENCEINTERNATIONALUNIVERSITIES

0.RESUMENEJECUTIVO

Hemos visto por conveniente desarrollar este tema por considerar que este problema se presenta en diversas carreteras de nuestro territorio, por lo que este trabajo puede servir de guía para dar solución a un problema concreto desde el punto de vista ingenieril y cuyo ámbito de aplicación debe enmarcarse en los planteamientos aquí descritos. El problema a resolver es la inestabilidad del talud inferior de la vía que se origina por la erosión fluvial de las aguas del río Cañete, principalmente en períodos de avenidas, cuya acción regresiva es lenta pero continua. Un aspecto importante que se ha observado es la influencia que ejerce una quebrada en la margen derecha del río Cañete que deposita sus materiales de acarreo, desviando el curso natural de sus aguas y ocasionando fenómenos de erosión en la margen opuesta. Evidentemente un factor que favorece el fenómeno de erosión fluvial es la calidad del suelo de la terraza, el mismo que es un conglomerado (gravas pobremente graduadas con presencia de limos y arenas).

1.TEMAALTERNATIVASDE SOLUCIÓNDEDEFENSARIBEREÑADEL SECTORCRÍTICO Km 28+650 – Km 29+200 DE LA CARRETERA CAÑETE –LUNAHUANÁ.EláreadeespecialidadesDiseñoyGestióndeProyectosViales. JUSTIFICACIÓN Hemos visto por conveniente desarrollar este tema por considerar que este problema se presenta en diversas carreteras de nuestro territorio, por lo que este trabajo puede servir de guía básica para dar solución a un problema concreto desde el punto de vista ingenieril y cuyo ámbito de aplicación debe enmarcarse en los planteamientos aquí descritos.

2.OBJETIVOGENERAL

Documentar el estudio hidrológico para el cálculo de caudales y diseño de las defensas. Conocer la estratigrafía del talud. Documentar la evaluación del talud.

3.OBJETIVOSESPECÍFICOS

Resolver el problema de inestabilidad del talud inferior de la vía en el sector comprendido entre el Km 28+650 y el Km 29+200, que se origina por la erosión fluvial de las aguas del río Cañete.

4.DESCRIPCIÓNDELCONTENIDO4.1 Descripción del Problema. Antecedentes. Información General. 4.2 Fuentes de información para el análisis y solución del problema. 4.3 Alternativas de solución y selección de la alternativa a adoptar. Conclusiones y Recomendaciones. Bibliografía. Anexos.

4.1PLANTEAMIENTODELPROBLEMAEl problema a resolver es la inestabilidad del talud inferior de la vía en el sector comprendido entre el Km 28+650 y el Km 29+200, que se origina por la erosión fluvial de las aguas del río Cañete (margen izquierda), principalmente en períodos de avenidas, cuya acción regresiva es lenta pero continua. En la visita de campo efectuada se ha observado la presencia de una quebrada en la margen derecha del río Cañete que deposita sus materiales de acarreo desviando el curso natural de sus aguas, lo que ocasiona fenómenos de erosión en la margen opuesta. Este fenómeno produce la profundización y ensanchamiento del cauce del río Cañete hacia el pie de la terraza, originando inestabilidad del talud inferior por la caída de sedimentos aluviales, alcanzando la plataforma actual de la carretera.

VistaSatelitaldelSectorCríticoKm28+650–Km29+200

VistaSatelitaldelSectorCríticoKm28+650–Km29+200

VistaSatelitaldelSectorCríticoKm28+650–Km29+200

VistaSatelitaldelSectorCríticoKm28+650–Km29+200

Vistapanorámicadequebrada

Vistadeterrenosdecultivoenterrazaaluvial

VistaPanorámicaSectorCríticoKm28+650–Km29+200

ANTECEDENTESLa base para el desarrollo del presente trabajo ha sido el Estudio Definitivo de Rehabilitación y Mejoramiento de la carretera Cañete – Lunahuaná (Ruta PE-24 de la Red Vial Nacional) elaborado por la empresa consultora CESEL INGENIEROS, Diciembre 2010. En la visita de campo efectuada se ha podido observar que el eje actual de la vía ya había sido desplazada por el colapso de la plataforma existente, a causa de la erosión del talud inferior, lo cual ha sido corroborado por pobladores del lugar.

INFORMACIÓNGENERAL

INICIO TRAMO Km 5+400  TRAMO 

FINAL Km 42+960 

UbicacióndelProyecto:

METODOLOGÍA

• Hidrología. Análisis de Consistencia. Análisis de Distribución de Frecuencias. Prueba de Bondad de Ajuste. • Geología y Geotecnia. Estabilidad de Taludes de Suelos (ETS). • Hidráulica. Determinación del NAME mediante el empleo del HEC RAS. Cálculo de Socavación.

HIDROLOGÍA

• Análisis de Consistencia de datos hidrometeorológicos. La inconsistencia de los datos se debe a errores sistemáticos asociados a deficiencia en la toma de datos, reemplazo del equipo, cambio del observador, entre otros. Estos errores sistemáticos pueden incrementar o disminuir significativamente las series de datos, generando graves errores en los estudios hidrológicos.

HIDROLOGÍA

• Determinación del Caudal de Diseño. Recopilación de información básica: cartas nacionales del IGN e información hidrometeorológica. Determinación del Período de Retorno. Análisis de Distribución de Frecuencias. Prueba de Bondad de Ajuste.

HIDROLOGÍA• Recopilación de información básica: En el trabajo se ha utilizado la siguiente información: Carta Nacional del IGN, hojas: 26 (Lunahuaná), 26l (Tupe), 27k (Chincha) y 27l (Tantara). Con la información obtenida se han determinado los parámetros fisiográficos de la cuenca del río cañete, los mismos que se muestran en el siguiente cuadro:

Descripción Parámetro

Cuenca

Área 5814.70 Km2

Cota máxima 5758.00 m.s.n.m.

Cota mínima 350.00 m.s.n.m.

Cota media 3054.00 m.s.n.m.

Cauce

principal

Longitud 196.00 Km

Cota máxima 4450.00 m.s.n.m.

Cota mínima 350.00 m.s.n.m.

Pendiente 2.09 %

HIDROLOGÍA

• Recopilación de información básica: Información hidrométeorológica Estación Socsi: Descargas máximas diarias (m3/s). Se utilizaron las series comprendidas entre los años: 1966-1989 y 1995-2007. En el ítem 6 Anexos se incluyen los registros.

HIDROLOGÍA

• Determinación del Período de Retorno: Se analiza el riesgo que se asume para el caso que la estructura falle dentro del tiempo de su vida útil de 50 años. La probabilidad de riesgo o falla se determina con la siguiente expresión: 1 1 n Donde: n: tiempo de vida útil. Tr: Tiempo de retorno

Probabilidad de Falla

TR J 50 años 63.58% 100 años 39.50% 140 años 30.12% 145 años 29.25% 174 años 25.04% 200 años 22.17% 500 años 9.53%

HIDROLOGÍA

• Análisis de Distribución de Frecuencias: Se utilizaron las siguientes distribuciones de frecuencias: Normal. Gumbel. Log Normal. Log Pearson.

HIDROLOGÍA

• Pruebas de Bondad de Ajuste Se utilizó la prueba de ajuste Kolmogorov – Smirnov que consiste en comparar el máximo valor absoluto de la diferencia delta (Δ) entre la función de probabilidad observada Fo(xm) y la estimada F(xm). ∆ á )] Los resultados se muestran en el siguiente cuadro: Se observa que la distribución Log Normal es la que mejor se ajusta a los caudales máximos diarios de la Estación Socsi.

Resultados de la prueba de bondad de ajuste

Distribuciones de Frecuencia

Gumbel Normal Log Normal Log Pearson

0.1149 0.1503 0.0889 0.9631

HIDROLOGÍA

• Calculo de caudales para diferentes períodos de retorno. Con la distribución Log Normal, se calculan las descargas máximas diarias para diferentes períodos de retorno, las mismas que se muestran en el siguiente cuadro:

Descargas máximas diarias para diferentes Periodo de Retorno

TR z log Q Q (m3/s)

50 años 2.054 2.86 722.61 100 años 2.326 2.92 831.71 140 años 2.450 2.95 886.48 145 años 2.463 2.95 892.26 174 años 2.527 2.96 922.54 500 años 2.878 3.04 1105.56

CÁLCULODESOCAVACIÓN

• Este cálculo ha sido efectuado con el método de Lischt – Van Lebediev que se basa en encontrar el equilibrio entre la velocidad media de la corriente y la velocidad media del flujo que se requiere para erosionar un material de diámetro y densidad conocidos. Se puede emplear en casos de material del subsuelo homogéneo o heterogéneo, o incluso cuando se forman estratos, también se puede aplicar en suelos cohesivos. Donde: Q = Descarga de diseño yo = Tirante medio del agua ße = ancho medio del cauce ß = Coeficiente que depende del Tr. 1

1

28.0

3

3/50 .68.0

...

xs

Dmy

BeyQys

CÁLCULODESOCAVACIÓNŲ = Coeficiente que depende de la velocidad media de la sección y la longitud libre entre pilares Dm = Diámetro medio de partículas del lecho Gs = Peso específico del material cohesivo (t/m3) sumergido x = Coeficiente que depende del D50 del material constituyente del lecho ys =altura medida desde el nivel de agua hasta el cauce socavado y = Profundidad inicial de la sección entre el nivel del agua durante la avenida y el nicel del fondo del lecho durante el estiaje yg = Socavación general 0

• ETS (suelos). GRADODEESTABILIDAD

• EO : Totalmente Estable • E1 : Normalmente Estable • E2 : Inestable • E3 : Crítico

GEOLOGÍAYGEOTECNIASISTEMADEEVALUACIÓNDETALUDES

CONSIDERACIONESPARAEVALUACIÓNDETALUDES

1. Granulometría. 2. Compacidad y relación ángulo de talud / ángulo de reposo. 3. Altura del talud, altura crítica y su ubicación. 4. Condiciones del agua subterránea. 5. Forma de las partículas. 6. Susceptibilidad a la erosión o al deslizamiento.

1.- Valoración por granulometría ( 0 – 5 ). Este parámetro es gobernado por el factor de granularidad que depende de la angulosidad del material del talud. Donde: A = Anguloso = 0.7 SA = Sub-anguloso = 0.8 SR = Sub-redondeado = 0.9 R = Redondeado = 1.0 VG = Valoración por granulometría Pi = Porcentaje de gradación Fti = factor que depende de la gradación F = factor de granularidad

CONSIDERACIONESPARAEVALUACIÓNDETALUDES

200

)(1

N

iii FxFTxP

VG

2.- Valoración por ángulo y compacidad ( 0 – 5 ). Este parámetro es gobernado por el factor de compacidad que depende del grado de compacidad del material del talud. Donde: C = Compacto = 0 MC = Medianamente compacto = 0.3 SS = Semi suelto = 0.6 S = Suelto = 1.0 VAC = Valoración angulo y compacidad C = Factor de compacidad A = Factor de ángulo talud / fricción AxCVAC

CONSIDERACIONESPARAEVALUACIÓNDETALUDES

3.- Valoración por altura del talud, altura crítica y su ubicación ( 0 – 10 ). Este parámetro relaciona el ángulo del talud con el ángulo de fricción del material. Donde: h = relación de alturas hc = altura crítica htalud = altura del talud VHU = Valoración por alturas y su ubicación U = Factor de ubicación de altura crítica A = Parte alta del talud = 0.8 M = Parte media del talud = 0.9 B = Parte baja del talud = 1.0 UxhVHU

CONSIDERACIONESPARAEVALUACIÓNDETALUDES

5xhhhtalud

cr

4.- Valoración por condiciones del agua ( 0 – 5 ). Este parámetro está gobernado por el siguiente cuadro: Condiciones del Agua

Subterránea Valoración (VCA)

Completamente secoHúmedoGoteoFlujo

0235

CONSIDERACIONESPARAEVALUACIÓNDETALUDES

5.- Valoración por alteración de las partículas ( 0 – 2 ).

6.- Valoración por susceptibilidad al deslizamiento ( 0 – 15 ).

Grado de alteración delas partículas Valoración (VAP)

Cristales primariosMedianamente alteradoAlterado

012

Susceptibilidad aldeslizamiento y grado de

erosiónValoración (VED)

NuloMedioAlto

05

15

CONSIDERACIONESPARAEVALUACIÓNDETALUDES

ETS – BASICO 0 – 42 CONSIDERACIONESPARAEVALUACIÓNDETALUDES

CONSIDERACIONESPARAEVALUACIÓNDETALUDES

Fuente: Ing. Hebert Sotelo Aedo.

Kilometraje 28+650-29+200

Granulometría % De bloques (> 12") 35 % De bolones (12" - 3") 15 % De Grava (3" - 0.5 cm) 30 % De Arenas (0.5 cm - 0.2mm) 15 % De Finos (< 0.2 mm) 5Angulo de Fricción ( ) 38Angulosidad "A" : Anguloso "SA" : Sub-Anguloso "SR" : Sub-Redondeado "R" : Redondeado RCompacidad "C" : Compacto "MC" : Medianamente Compacto MC "SS" : Semi- Suelto "S" : SueltoAngulo del Talud ( 70Altura del Talud 35Altura Crítica 15

Ubicación de la Altura Crítica "A" : Parte alta del Talud "M" : Parte media del Talud "B" : Parte baja del talud B

ESTABILIDAD DELTALUD EN SUELO

Coluvial sueltoLitología

CONSIDERACIONESPARAEVALUACIÓNDETALUDES

Fuente: Ing. Hebert Sotelo Aedo.

Tipología del Movimiento Desprendimiento

Condiciones del Agua "S" : Completamente seco S "H" : Húmeda "G" : Goteo "F" : FlujoGrado de Alteración de las Partículas "CP" : Cristales primarios "MA" : Medianamente alterada MA "A" : AlteradaSusceptibilidad al movimiento - Erosión "N" : Nula "M" : Media "A" : Alta A

Nivel de Riesgo "N" : Nula "L" : Ligera "M" : Media M "A" : Alta

Valoración ETS (Estabilidad del Talud en Suelo)

24.1

E2Inest ab le

24.1Grado de Estabilidad

ESTABILIDAD DELTALUD EN SUELO

ALTERNATIVASDESOLUCIÓN

• Enrocado de protección. • Defensas con gaviones. • Muro de concreto.

SECCIÓNTÍPICADEENROCADO

SELECCIÓNDEALTERNATIVADEDEFENSA

ENROCADO VALORACIÓN GAVIONES VALORACIÓN MURO DE CONCRETO VALORACIÓN

Soporta Asentamientos Diferenciales SI 4.00 SI 5.00 NO 0.00

Durabilidad Buena 5.00 Regular 2.00 Regular 3.00

Compenetración con el entorno Buena 5.00 Buena 3.00 Malo 1.00

Altera las condiciones de medio ambiente No 5.00 No 3.00 Si 1.00

Disponibilidad de Materiales SI 3.00 Si 5.00 Si 3.00

Utilización de equipo Si 3.00 No 5.00 Si 3.00

Impacto socio económico positivo No 3.00 Si 4.00 No 2.00

Comportamiento Vulnerabilidad Buena 5.00 Malo 1.00 Regular 3.00

Costo por metro lineal Regular 3.00 Bueno 4.00 Bueno 4.00

PUNTUACIÓN 36.00 32.00 20.00

SELECCIÓN DE ALTERNATIVA X

VALORACIÓN

Bueno De 4 a 5

Regular De 2 a 3Malo De 0 a 1

PARÁMETROS DE COMPARACIÓNALTERNATIVAS DE DEFENSA

CUADRO COMPARATIVO PARA SELECCIÓN DE ALTERNATIVA DE DEFENSA RIBEREÑA

CONCLUSIONESEl problema desarrollado en el presente trabajo se presenta de forma muy frecuente en la mayor parte de las carreteras que colindan con los ríos. Este problema se presenta bajo ciertas consideraciones: presencia de quebradas que depositan material coluvial desviando el curso natural del río, material del talud inferior de la plataforma de la vía susceptible a la erosión. La selección de la alternativa de solución de defensa ribereña mediante enrocado de protección, se hizo considerando la existencia de una cantera de roca muy próxima al sector crítico, descartándose la solución mediante muro de concreto principalmente por no permitir asentamientos diferenciales por ser una estructura rígida, así como se descartó la solución de defensa mediante gaviones, debido a que el río arrastra bolonería que rompería fácilmente la malla de alambre galvanizado.

RECOMENDACIONESAdicionalmente a la solución de defensa ribereña, debe procederse a la limpieza del cauce del río, para recuperar parte del cauce natural. La aplicación de la metodología básica descrita en el presente trabajo se dan bajo ciertas consideraciones, tales como la presencia de quebradas que descargan material de arrastre en el río, desviando su curso natural e impactando en la margen opuesta, cuyo material del talud inferior es altamente susceptible a la erosión.