2. Diseño de Estructuras Hidráulicas

Expediente Tcnico: Creacin de los Servicios de Proteccin en el Ro Ramis de la Localidad de Recreo Lacayparque, del Distrito de San Antn - Azngaro - Puno

Estudio: Diseo de Estructuras Hidrulicas 1

DISEO DE ESTRUCTURAS HIDRULICAS

EXPEDIENTE TCNICO: CREACIN DE LOS SERVICIOS DE PROTECCIN

EN EL RO RAMIS DE LA LOCALIDAD DE RECREO LACAYPARQUE, DEL

DISTRITO DE SAN ANTN AZNGARO PUNO

CONTENIDO

I. GENERALIDADES .......................................................................................................... 3

1.1. INTRODUCCIN ............................................................................................................ 3

1.2. OBJETIVO ....................................................................................................................... 3

1.3. ANTECEDENTES ............................................................................................................ 3

II. CARACTERIZACIN GENERAL DEL REA DE ESTUDIO ....................................... 5

2.1 UBICACIN ..................................................................................................................... 5

2.1.1 Ubicacin hidrogrfica ...................................................................................................... 5

2.1.2 Ubicacin geogrfica ......................................................................................................... 5

2.1.3 Ubicacin Poltica ............................................................................................................. 5

III. CONSIDERACIONES TCNICAS PARA EL DISEO ................................................. 7

3.1. CARACTERSTICAS HIDRULICAS DE DISEO ...................................................... 7

3.1.1. CAUDAL ........................................................................................................................... 7

3.1.2. PARMETROS HIDRULICOS ...................................................................................... 7

3.1.3. RUGOSIDAD ..................................................................................................................... 8

3.1.4. SECCIN TRANSVERSAL Y PERFILES LONGITUDINALES ..................................... 8

3.1.5. PENDIENTE LONGITUDINAL DEL LECHO ................................................................. 8

3.1.6. ANCHO MEDIO DE EQUILIBRIO O SECCIN ESTABLE ........................................... 9

3.1.7. PROFUNDIDAD DE SOCAVACIN .............................................................................. 11



3.1.8. GRANULOMETRA DEL LECHO DEL CAUCE ......................................................... 10

3.1.8. CARACTERSTICAS FSICAS Y MECNICAS DE LOS MATERIALES DE

CANTERAS .............................................................................................................................. 13

IV. DISEO DE LAS ESTRUCTURAS DE PROTECCIN ..................................................... 14

4.1. DIQUE DE TIERRA ................................................................................................................ 14

4.2. ENROCADO DE PROTECCIN .......................................................................................... 17

4.3. ANALISIS DE ESTABILIDAD DE TALUD ......................................................................... 20

V. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ...................................................................... 27

5.1. CONCLUSIONES..................................................................................................................... 27

5.2. RECOMENDACIONES ........................................................................................................... 27

VI. REVISIN BIBLIOGRFICA ............................................................................................... 28



I. GENERALIDADES

1.1. INTRODUCCIN

El presente documento constituye el Informe definitiva del DISEO DE

ESTRUCTURAS HIDRULICAS DE PROTECCIN PROYECTO: CREACIN DE

LOS SERVICIOS DE PROTECCIN EN EL RO RAMIS DE LA LOCALIDAD DE

RECREO LACAYPARQUE, DEL DISTRITO DE SAN ANTN AZNGARO

PUNO, proyecto que se, presenta al Proyecto Especial Binacional Lago Titicaca (en

adelante PELT).

La secuencia de clculo de las dimensiones de las estructuras es de la siguiente manera,

determinacin de las caractersticas hidrulicas, clculo hidrulico y posteriormente se

evaluar la estabilidad esttico y pseudo - esttico de la estructura, con metodologas

adecuadas y segn la disponibilidad de informacin en el mbito del proyecto.

El Informe est estructurado en seis captulos: (I) Generalidades; (II) Caracterizacin

general del rea de estudio; (III) Consideraciones tcnicas para el diseo; (IV) Diseo

de las estructuras de proteccin; (V) Conclusiones y recomendaciones; (VI)

Referencias bibliogrficas. Se adjunta la Seccin Anexos con informacin

complementaria al informe.

1.2. OBJETIVO

Disear estructuras hidrulicas de proteccin con fines de defensa en el punto de inters

Recreo Lacayparque de la sub cuenca Crucero, para el Proyecto: Creacin de los

Servicios de Proteccin en el ro Ramis de la localidad de Recreo Lacayparque, del

distrito de San Antn Azngaro Puno.

1.3. ANTECEDENTES

Se tiene antecedentes, de estudios anteriores, las cuales se describen a continuacin:

Las precipitaciones pluviales extraordinarias, ocurridas durante los meses de

diciembre 2000 a abril de 2001, ocasionaron un incremento significativo de los

caudales de los ros de la vertiente del lago Titicaca (y la elevacin de la cota del

lago), que dieron lugar a desbordes e inundaciones, y que afectaron a las poblaciones

rurales asentadas en las mrgenes de los ros. En este contexto, el Gobierno Central

declar en emergencia el departamento de Puno (D.S. N 019-2001.PCM y D.S. N

025-2001-PCM del 02/04/2001 y 09/04/2001, respectivamente), dictndose las

medidas necesarias para la implementacin del Proyecto de Apoyo Social y Obras de

Emergencia.



El PELT, a travs del Sub Programa Defensas Ribereas, componente hasta 1994 del

Sub Programa de Recuperacin de Tierras, contina la ejecucin del Mejoramiento de

Diques de Defensa Riberea en las reas ribereas de los distintos ros Ramis e Ilave,

logrndose efectuar desde 1992 hasta 1996, 19.90 y 8.80 km, respectivamente. Los

trabajos se efectuaron tomando en cuenta los estudios realizados por el P.R.T. (1988

1991), a raz de las inundaciones ocurridas entre los aos 1985 1986, a fin de evitar

el deterioro de las reas agrcolas y pecuarias de las zonas aledaas al cauce, mediante

el mejoramiento de defensas ribereas que eviten el desborde de las aguas de estos

ros en pocas de grandes crecidas.

En mayo del 2012, la Municipalidad Distrital de San Antonio formula el estudio a

nivel de perfil del Proyecto: Creacin de los Servicios de Proteccin en el ro Ramis

de la localidad de Recreo Lacayparque, del distrito de San Antn Azngaro Puno,

el mismo que es declarado viable y que contempla la implementacin de los servicios

de proteccin con defensa riberea.



II. CARACTERIZACIN GENERAL DEL REA DE ESTUDIO

2.1 UBICACIN

2.1.1 Ubicacin hidrogrfica

El rea de estudio hidrogrficamente se ubica en la subcuenca del ro Crucero, cuenca

del ro Ramis, perteneciente al Sistema Titicaca, Desaguadero, Poopo y Salar de

Coipasa (TDPS). Se presenta la ubicacin dentro de la cuenca Ramis.

2.1.2 Ubicacin geogrfica

Geogrficamente el proyecto se encuentra localizada en la parte norte de la regin Puno,

en el extremo sureste del Per, comprendida entre las siguientes coordenadas

geogrficas; Latitud Sur: 140326.27 a 144657.98 y Longitud Oeste: 692515.98

a 702926.55.

2.1.3 Ubicacin Poltica

Polticamente la Sub cuenca en estudio, se ubica en: (Ver Figura 2.1)

Regin : Puno

Provincia : Azngaro

Distrito : San Antn

Sector : Recreo Lacayparque



Figura 2.1: Ubicacin poltica del rea de estudio

Fuente: Elaboracin propia, 2013.



III. CONSIDERACIONES TCNICAS PARA EL DISEO

3.1. CARACTERSTICAS HIDRULICAS DE DISEO

3.1.1. CAUDAL

En el cuadro N 4.7, del estudio Hidrolgico - Creacin de los Servicios de

Proteccin en el Ro Ramis de la Localidad de Recreo Lacayparque, del Distrito de

San Antn - Azngaro - Puno, se muestran los clculos caudales mximos

correspondientes a periodos de retorno de 2, 3, 5, 10, 25, 50, 100, 200 y 500 aos. De

las cuales para el diseo se seleccion el periodo de retorno de 50 aos con 421.5

m3/seg de caudal, valor recomendado para muros de encausamiento (Villn, 2002),

con este caudal se proceder a disear la estructura de proteccin de la margen

derecha del ro, para que resista a estos cursos de agua durante los eventos

extraordinarios.

Es necesario mencionar que el caudal de un curso de agua aumenta en tales

proporciones que el lecho del ro puede resultar insuficiente para contenerlo, lo que

implica que la proteccin no es contra un acontecimiento regular sino extraordinario.

3.1.2. PARMETROS HIDRULICOS

Hidrulicamente, un ro es un canal, por lo tanto no existe movimiento permanente,

porque la velocidad est variando continuamente; tampoco hay movimiento uniforme

dado que la seccin transversal es muy cambiante a lo largo de su recorrido; por lo

que para el diseo es necesario determinar las magnitudes de los diferentes parmetros

hidrulicos del ro, como la velocidad rea mojada, tirante mximo, niveles

hidrulicos (mximos y mnimos) y perfiles de flujo, estos parmetros son requeridos

para procedimientos de diseo de los sistemas de proteccin.

En el cuadro N 4.2 del estudio de Hidrulica Fluvial - Creacin de los Servicios de


San Antn - Azngaro - Puno, se muestran los parmetros hidrulicos, resultados de

la simulacin del modelo hidrulico HEC RAS, para un evento extraordinario de un

periodo de retorno de 50 aos. En la cuadro N 3.1 se muestran un los datos del

tramo ms crtico, valores que se usaran en el diseo.



Cuadro N 3.1: Parmetros hidrulicos del tramo del rio Crucero de estudio

Progresiva Velocidad (m/seg)

rea Hidrulica

(m2) N Froude Tirante (m)

0+455 3.55 118.64 0.86 3.81

Fuente: Elaboracin propia

3.1.3. RUGOSIDAD

La rugosidad n de Manning es otro de los factores importantes en el diseo, ya que

depende del tamao de partculas y de formas de fondo del lecho pues su

determinacin sustentara el efecto retardador del flujo. Este valor es de 0.030 (en

lecho de rio), su estimacin se detalla en el Estudio Hidrulica Fluvial - Creacin de

los Servicios de Proteccin en el Ro Ramis de la Localidad de Recreo Lacayparque,

del Distrito de San Antn - Azngaro - Puno.

3.1.4. SECCIN TRANSVERSAL Y PERFILES LONGITUDINALES

Los planos de la geometra de la seccin transversal y los perfiles longitudinales son

obtenidos mediante levantamientos topogrficos. Planos que permitieron realizar el

trazo del eje de la margen que requiere proteccin, la determinacin de la pendiente

longitudinal del lecho, datos usados como base en el modelo hidrulico para el

estudio de Hidrulica Fluvial.

3.1.5. PENDIENTE LONGITUDINAL DEL LECHO

La pendiente es otro factor importante en el diseo de estructuras de proteccin, pues

su eleccin determina la magnitud de la velocidad del flujo. La pendiente se calcul

del perfil del eje del ro y es de 0,00236, valor obtenido de los perfiles tipogrficos

levantados topogrficamente.



3.1.6. ANCHO MEDIO DE EQUILIBRIO O SECCIN ESTABLE

Una seccin estable, es aquel cauce que se encuentra en equilibrio dinmico, no

presentando tendencias a la erosin ni a sedimentacin en el mediano y largo plazo.

Cuando se impone un ancho al ro, este puede reaccionar, produciendo en su cauce

degradacin o agradacin, por ello es necesario determinar tericamente el ancho de

equilibrio donde no se produzcan estos fenmenos sedimentolgicos.

Existen diversos mtodos de clculo de la seccin estable del cauce; algunos de estos

son: Meyer Peter, Blench, Altunin, Simons y Henderson, Manning y Strickler, Lacey

y Petits; estos mtodos son empricos y semiempricos que fueron determinados en

base a ensayos en este tipo de obras en los ros y que en la actualidad son adaptados a

diferentes lugares, pero no todos estos mtodos se pueden adaptar ya que estos tienen

ciertas limitaciones de aplicacin como los que se ajustan a canales con fondo de

material grueso, entre otros.

De acuerdo a lo indicado, los mtodos que mejor se ajustan al presente estudio o los

ms convenientes son, el mtodo de Blench y Altunin; Simons y Henderson.

Con base del caudal de la mxima avenida, factor de fondo, orilla; y dimetro

caracterstico del lecho, se ha calculado el ancho estable en el tramo en estudio, y se

presenta los resultados en el cuadro N 3.2, en los anexos se detallan las frmulas de

los distintos mtodos usados.

Cuadro N 3.2: Anchos estables o de equilibrio

Fuente: Elaboracin propia

Como sabemos el trazo los ejes de los sistemas de proteccin, obedece al criterio del

ancho de equilibrio, si observamos los resultados existe un desfase, pues viendo

rasgos en el ro Crucero, se ha propuesto considerar un promedio de las secciones

medidas en campo, con el fin de aumentar el rea hidrulica de las secciones y as

mejorar las condiciones de flujo, que generen la disminucin de los niveles de la

lmina de agua y por ende disminuir los riesgos de inundacin.

1 Blench y Altunin Crucero 145.16

2 Simons y Henderson Crucero 86.2

3Promedio de secciones

en campoCrucero 116.7

N Mtodo RoAncho equilibrio

Be [m]



3.2. CARACTERSTICAS MORFOLGICAS

3.2.1. GRANULOMETRA DEL LECHO DEL CAUCE

En el diseo de las obras hidrulicas o intervenciones en ros, involucran la obtencin

de la granulometra caracterstica del lecho, con la finalidad de determinar la

movilidad y dinmica lateral del ro, as como para determinar la resistencia al flujo e

inicio de movimiento de los diferentes tamaos de partculas y por ende la

determinacin de la profundidad de socavacin.

En la visita a campo del rea en estudio (ro Crucero), se observ que el material del

lecho es de tamao variable, habindose observado en la superficie guijarros hasta

0.30 m de dimetro en forma dispersa, provenientes de la cuenca de recepcin que se

detienen al disminuir la descarga que los transporta.

Se obtuvo una muestra del material que conforma el lecho del ro Crucero, extradas

de la calicata de rea superficial de 1m2 y una profundidad 0.80m, ubicada en la playa

o banco del eje del lecho, tal como se muestra en la figura N 3.1.

Figura N 3.1: Delimitacin del rea del muestreo del eje del lecho del ro Crucero.

La determinacin de la granulometra se hizo en el laboratorio de suelos de PELT.

Del anlisis de la muestra se observ, que la composicin del material del tramo en

estudio, est constituido en su mayora por guijarros grandes y pequeos en un 78.8%

y en menor proporcin grava y arena en un 19.7 % y en una mnima proporcin de

finos de 1.5 %, el mismo que se muestra en el anexo 2.0.



A su vez del anlisis de la muestra se obtuvo la granulometra representativa con

dimetros caractersticos y parmetros como las que se muestran en los cuadros N

3.3 y 3.4, con D50 es de 90 mm, mientras que el Dm es de 95.954 mm, valores

necesarios para el diseo del enrocado.

Cuadro N 3.3 Dimetros caractersticos del tramo en estudio

DIAMETRO PORCENTAJE

(mm) (%)

0.074 0

14.5 10

48 20

68 30

77.5 40

90 50

110 60

135 70

155 80

170 90

183 100 Fuente: Elaboracin propia

Cuadro N 3.4 Parmetros del tramo en estudio

Desviacin Estndar s X = 61.279

Coeficiente de Uniformidad Cu = 7.586

Coeficiente de Curvatura Cc = 2.899

Media Aritmtica Dm = 95.954

Media geomtrica Dg = 1.044 Fuente: Elaboracin propia

3.2.2. PROFUNDIDAD DE SOCAVACIN

En el diseo, las estimaciones de la profundidad de socavacin son necesarias sobre

todo en curvas, cambios de direccin del flujo, obstrucciones, contracciones, entre

otros. Para que la capa de proteccin se coloque lo suficientemente profunda en el

lecho del cauce y as prevenir la socavacin. La profundidad ltima de socavacin

debe considerar la degradacin del cauce as como la socavacin natural y los

procesos del relleno.

Existe una variedad de mtodos que proporcionan procedimientos para predecir la

profundidad de socavacin, algunos de estos mtodos son: Lischtvan - Levediev, y las

tradicionales de Blench-Neill, Lane, Lacey, Raudkivi y finalmente la que public el



HEC 11 FHWA en 1994. Estos mtodos tienen ciertas restricciones de aplicacin;

como dimetros efectivos mayores que 0.0015m, cauces de fondo cohesivo o no

cohesivo; entre otros.

De lo mencionado arriba se ha seleccionado el mtodo de Lischtvan Levediev, para

el clculo, pues es el que mejor se adapta, ya que el criterio con que se desarrolla esta

propuesta de la siguiente manera; al aumentar la descarga aumenta la socavacin

incrementndose el rea hidrulica y la velocidad del agua hasta que se llega a la

socavacin mxima de equilibrio al ocurrir la descarga mxima.

Con base de la granulometra de los materiales del lecho (no cohesivos), las

caractersticas hidrulicas calculadas para la misma condicin, caractersticas

hidrolgicas del caudal de diseo (50 aos de periodo de retorno) y otros coeficientes

con que fue adaptado el mtodo; se ha calculado la profundidad de socavacin sobre

el fondo del cauce, y los resultados se presentan en el cuadro N 3.5, las frmulas y

los clculos se detallan en el anexo 9.0.

Cuadro N 3.5: Profundidad de socavacin

N Secciones Ro hs [m]

1 Progresiva 0+ 000 Crucero 1.02





1.04Promedio del tramo Fuente: Elaboracin propia

En la determinacin de la profundidad de socavacin promedio para el tramo total del

estudio, no se ha considerado la progresiva 0+455, por tratarse de una seccin alterada

(Construccin de un puente colgante peatonal), asimismo el valor promedio, es

afectado por factor de seguridad igual a 1.5, valor que corresponde a un flujo

gradualmente variado con curvatura moderada. Finalmente obtenemos el valor de la

profundidad de socavacin igual a 1.6 m, valor que se usar en el diseo de las

estructuras de proteccin.



3.3. CARACTERSTICAS FSICAS Y MECNICAS DE LOS MATERIALES DE

CANTERAS

3.3.1. MATERIAL IMPERMEABLE

La seleccin del material impermeable es vital para determinar la forma de seccin y

principalmente fijar el talud del dique. En el cuadro N 3.6, se muestra las

caractersticas fsicas y mecnicas de los materiales de la cantera seleccionada y que

se usara en el diseo, su seleccin permitir una estabilidad e impermeabilidad,

reduciendo la filtracin a travs del dique. Ms detalle de estas propiedades se

presentan en el estudio geolgico - Creacin de los Servicios de Proteccin en el Ro

Ramis de la Localidad de Recreo Lacayparque, del Distrito de San Antn - Azngaro

- Puno.

Cuadro N 3.6: Caractersticas de materiales optados

Material Cantera SUCS P.E.

(kN/m3)

Cohesin

[C] (kN/m)

A. Friccin

[] ()

Material

Impermeable Yanacancha SC 20.3 14.71 25

Fuente: Estudio Geolgico

3.3.2. MATERIAL ROCA

La roca es el material ms usado en la ingeniera fluvial. Su estabilidad se debe al

peso de la roca y a su superposicin, cuyo papel primordial es impedir su

derrumbamiento por accin de la corriente, para lo que pone en juego su resistencia al

arrastre. Es por esta razn que su seleccin es primordial ya que el material tiene que

cumplir ciertas normas de calidad.

En cuadro N 3.7, se presenta un resumen de las propiedades fsicas y mecnicas del

material roca (ngulo de friccin interna, cohesin y peso especfico). Ms detalle de

estas propiedades se presentan en el estudio geolgico - Creacin de los Servicios de


San Antn - Azngaro - Puno.

Cuadro N 3.7: Caractersticas del material roca optada

Material Cantera SUCS P.E.

(kN/m3)

Cohesin

[C] (kN/m)

A. Friccin

[] ()

Roca (Arenisca

Cuarzosa) Pucachupa ----- 26.09 0 50




IV. DISEO DE LAS ESTRUCTURAS DE PROTECCIN

Este sistema de estructuras hidrulicas de proteccin consistir en la construccin de

un dique de tierra, enrocado de proteccin, que mejoren las condiciones del cauce para

que garantice el paso de flujo durante los eventos extraordinarios, y que solucione de

manera integral el control de inundacin producida en el sector de Lacayparque y que,

finalmente llevaran a solucionar problemas tcnicos, ambientales y econmicos.

La secuencia de clculo de las dimensiones de las estructuras que seguiremos es el

clculo hidrulico del dique de tierra y del enrocado de proteccin y posteriormente la

evaluacin de la estabilidad esttico y pseudo - esttico de la estructura

4.1. DIQUE DE TIERRA

Los diques son estructuras de proteccin hidrulica, que evitan que el agua desborde del

cauce e inunde extensas reas al borde de los ros.

El diseo de diques tiene caractersticas especiales por las limitaciones de tiempo y

econmicas, sin embargo, la limitacin ms importante es que son obras especficas

para las cuales no hay un diseo tipo. Su diseo depende completamente del uso,

finalidad de la obra y los aspectos climatolgicos, geolgicos y topogrficos y

ambientales del lugar.

4.1.1 DIMENSIONAMIENTO DE LA ALTURA

La determinacin de la altura depende principalmente del mximo nivel de agua y el

borde libre. El mximo nivel que resistan el pase del flujo de las mximas crecidas, y el

borde libre que por seguridad soporten factores como el ascenso del oleaje por acciones

del viento, asentamiento del dique y cimentacin con el que finalmente se define la

altura del dique.

De todo lo mencionado la determinacin de la altura se empez con el trazo en campo

donde se emplazara la estructura en base al ancho estable calculado, los cuales se

muestran en los planos de planta y perfil del levantamiento topogrfico.

Por otro lado en el estudio de hidrulica fluvial se ha calculado, los niveles hidrulicos

mximos del flujo de la mxima avenida, sobre este nivel se adicion una altura de



0.90m de borde libre, valor que constituye la cota de corona de dique en el ro, cotas

que fueron trasladadas en el trazo de la margen derecha del ro Crucero.

Sobre la base de los planos del perfil de terreno y las cotas de corona, se procedi a

trazar la rasante de fondo de la margen, delimitando la altura del dique en funcin al

nivel del terreno y la profundidad del lecho del ro, el valor determinado es de 3m tal

como se detalla en los planos de perfil.

4.1.2. EL ANCHO DE CORONA

El ancho de corona se disea de acuerdo a las caractersticas de cada ro y de cada

seccin del dique, depende principalmente de la importancia del dique, del material

utilizado en su construccin y de la duracin de la avenida, entre otros factores.

Existen autores que recomiendan el ancho de corona, en funcin de las descargas de

diseo, obtenidas de experiencias y prcticas de bordes libres. (ver tabla N 4.2 en

anexo 10.0).

Sobre la base de las recomendaciones a la referencia de la tabla antes mencionada, el

valor que se opto es de 3.5 m, su seleccin dependi del caudal de diseo que es 421.5

m3/seg para un periodo de retorno de 50 aos.

4.1.3. LA SELECCIN DE LA FORMA DEL CUERPO

En un diseo de diques lo ms importante es el cuerpo del dique, este debe contar con

dos funciones bsicas que son impermeabilizacin y resistencia. La primera tiene por

objeto impedir la filtracin del agua a travs de su cuerpo y la otra con el fin de

soportar los empujes de agua y otras cargas externas.

El cuerpo de los diques se disean en una de las siguientes formas: seccin homognea,

membrana rgida, membrana flexible, ncleo rgido, ncleo flexible central e inclinado,

su seleccin de forma depende de muchos factores de los cuales los ms importantes

son la disponibilidad de materiales y condiciones de terreno de la cimentacin.

Por todo lo mencionado, se procedi ha realizar un anlisis los materiales de cantera y

materiales del terreno de la cimentacin.

En el sector donde se plantea el proyecto existe canteras cercanas, una de las

seleccionadas es Yanacancha que tiene propiedades fsicas y mecnicas de buena

calidad y con suficiente cantidad para ser usado, con una clasificacin SUCS, de SC

conformados por suelos arcillas arenosas con gravas, con ngulos friccin de 25 y

0.1471kg/cm2 de cohesin; pues sus usos son como masas homogneas impermeables,

de baja a muy baja impermeabilidad y con baja susceptibilidad a la tubificacin. (Ver

tabla N 4.3 en anexo 10.0).



Por otro lado, las caractersticas fsicas del terreno de la cimentacin donde se

emplazar la estructura son suelos aluviales de clasificacin SUCS, de GP conformados

por gravas mal graduadas; de 29.01 de ngulo de friccin y de 0.00kg/cm2 de

cohesin.

Por todo lo arriba mencionado, y sobre la base a la referencia de la tabla N 4.3, se ha

seleccionado una seccin trapezoidal homognea, seccin que permitir una estabilidad

e impermeabilidad al dique y permitir reducir la infiltracin a travs del dique.

En el estudio de geologa se detalla ms sobre las propiedades fsicas y mecnicas de

los materiales que conformar el dique.

4.1.4. LA SELECCIN DE TALUDES

La determinacin de la pendiente de talud depende del tipo de dique seleccionado, las

condiciones del suelo de cimentacin, los materiales de construccin y la bsqueda de

una apropiada estabilidad de los taludes.

Sobre la base de las propiedades fsicas y mecnicas de los materiales de construccin

del dique, las condiciones del suelo de cimentacin que se mencionaron anteriormente;

y sobre la base de las recomendaciones en la referencia de la tabla N 4.4 (ver anexo

10.0), se estableci los taludes de ambas caras del dique de 1:2 (V:H), pero este talud

ha sido evaluado para ser optimizado, mediante un anlisis de estabilidad fsica del

talud y que finalmente se ha optado por un valor de 1:1.5 (V:H), que es un talud

apropiado y que supera los lmites de la inestabilidad.

4.1.5 RESULTADOS DEL DISEO DE DIQUE

En el cuadro N 4.1, se muestra un resumen de las caractersticas geomtricas de la

seccin del dique; y en el grfico N 4.1 se muestra la seccin del tramo en estudio.

Cuadro N4.1: Resumen de las caractersticas geomtricas del dique

Seco

(V:H)

Mojado

(V:H)

Dique MD 0+000 1+155 Trapezoidal Homognea 3.5 3 1/1.5 1/1.5

ESTRUC Margen

PROGRESIVA

Inicio Final Forma

Ancho

Corona

(m)

DIQUE

SeccinAltura

(m)

TALUD

Fuente: Elaboracin propia.



Grfico N4.1: Dimensiones de la seccin del dique

4.2. ENROCADO DE PROTECCIN

A su vez se plantea la construccin de un enrocado de proteccin, este ser colocado en

el talud del terreno mojado y del dique de tierra con el fin de protegerlo de la erosin

por efecto de las avenidas, el clculo de las caractersticas geomtricas se describe a

continuacin.

4.2.1. LA DETERMINACIN DEL ESPESOR DEL REVESTIMIENTO

Existen diferentes tipos de anlisis de estabilidad del enrocado, en el talud y en la base

de la ribera. Entre ellos tenemos los mtodos de estabilidad de momentos o factores de

estabilidad y estabilidad de momentos considerando fluctuaciones de velocidad, ambos

mtodos consideran el esfuerzo de corte en el fondo o el lecho del cauce.

Debido a la complejidad de aplicacin de los diferentes mtodos de estabilidad del

enrocado, en el talud y en la base de la ribera, diversos autores han realizado

investigaciones que relacionen los esfuerzos cortantes con la velocidad de ro. Entre

los mtodos ms conocidos tenemos, el mtodo ASCE (1974); Mtodo USBR (1978);

Mtodo CABSRSP (1994); Mtodo FHWA (1994); Mtodo Ishbash, todos estos

relacionan los esfuerzos cortantes con la velocidad de ro, gravedad, peso especfico

del material, ngulo del talud de la ribera, ngulo de reposo del material y un factor de

seguridad (ver tabla 4.5). Finalmente todos estos mtodos determinan el dimetro de la

roca capaz de resistir a las fuerzas hidrodinmicas del flujo (arrastre y levantamiento).

a. Determinacin del dimetro de la roca estable (D50)

Sobre la base de la velocidad de ro, se consider el valor de 3.55 m/seg, indicada en el

cuadro N 3.1

Con el peso especfico y ngulo de reposo del material roca, valor indicado en cuadro

N 3.7 y con un factor de seguridad de 1.5 obtenido de la tabla 4.5, con ngulo del talud

de la ribera de 1.5, y con valores de los parmetros se encuentran en los cuadros 3.1 y

3.4, se ha determinado el dimetro de la roca estable y los resultados obtenidos se

resumen en el cuadro N 4.2 y ms detalle del clculo se muestra en los anexos.



Cuadro N4.2: Dimetros de roca estable.

FHWA ASCE CABS

RECREO LACAYPARQUE (0+000-1+150) 0.3445 0.3330 0.0958 0.2763

DIMETRO DE LA ROCA ESTABLE

D 50 [m]

Ishbash

SECTOR

Como se podr ver, de los cuatro mtodos el mximo valor es el de 0.3445 m de

dimetro de roca estable, lo que indica que es el dimetro mximo la roca capaz de

resistir a las fuerzas hidrodinmicas del flujo (arrastre y levantamiento), ante una

mxima avenida; finalmente se asume un dimetro estable de 0.4 m.

b. Factores de Seguridad

La seleccin de Factores de Seguridad que se consider para el clculo es de 1.5, valor

que corresponde a un flujo gradualmente variado; con curvatura moderada (30>radio de

curvatura/ancho de cauce >10); impacto de escombros flotantes moderados. (ver tabla

N 4.5).

c. Resultados del clculo espesor del revestimiento

Tras el clculo del dimetro de la roca estable (D50) de valor 0.40m, y sobre la base de

las recomendaciones de Simons y Senturk, donde indica que el espesor del enrocado no

debe ser menos de 2 veces el dimetro esfrico del D50 de la piedra, cualesquiera se

elige el mayor espesor, adems que este espesor debe ser lo suficiente para acomodar la

roca de mayor tamao para proporcionar mxima resistencia contra la erosin.

Por todo lo arriba mencionado, se estim un espesor de 0.80m, espesor suficiente para

acomodar la roca de mayor tamao y proporcionar mxima resistencia contra la

erosin.

4.2.2. DISTRIBUCIN GRANULOMTRICA DEL ENROCADO

Tambin denominada graduacin de piedras, en revestimientos tipo enrocado afecta la

resistencia contra la erosin. La piedra debe estar graduada razonablemente, para lograr

una buena adherencia entre unidades individuales, a lo largo del espesor de la capa del

enrocado de modo que los lmites de graduacin no deben ser tan restrictivos ya que los

costos de produccin seran excesivos y su comportamiento sea flexible.

Para este caso existen criterios recomendados por Simons y Senturk (1967) y por la

Administracin de carreteras de EE.UU (U.S. Department of Transportation), donde

muestran valores obtenidos en laboratorio y aplicados en estabilizacin de ros. Ambos



criterios han sido eficientes en su aplicacin. En la Tabla N 4.6 y Tabla N 4.7 (ver

anexo 11.0), se detallan los valores:

En nuestro estudio se ha empleado las recomendaciones por la Administracin de

carreteras de EE.UU (u.s. department of transportation), donde se determin la

graduacin de piedras, en funcin dimetro de la roca estable 0.40m. y que consistir

en:

Cuadro N 4.3: Graduacin de piedras

0.60 a 0.68 0.65 100

0.48 a 0.56 0.55 85

0.40 a 0.46 0.45 50

0.16 a 0.24 0.2 15

AASHTO

graduacin

Usar

tamao

[m]

%

En el cuadro N 4.3 se muestran los valores de la graduacin de piedras, estos valores

tienen como tamao mximo 0.65m y 0.20m de dimetro min, esta graduacin lograr

una buena adherencia entre ellas y un comportamiento sea flexible.

4.2.3. PROTECCIN DEL PIE DEL TALUD

Uno de los principales mecanismos de falla del enrocado de proteccin es la socavacin

al pie del talud. Por eso la importancia de la estimacin es la profundidad de socavacin

para que la capa de proteccin se coloque lo suficientemente profunda en el cauce del

lecho y as prevenir la socavacin.

Experiencias prcticas recomiendan colocar el enrocado en una zanja a lo largo de todo

el tramo protegido, cuya profundidad de proteccin de la ua, est relacionado con el

producto de la profundidad de socavacin hs y el factor de seguridad.

Con el valor seleccionado de la tabla 4.5, el factor de seguridad de 1.5, valor que

corresponde a un flujo gradualmente variado; con curvatura moderada (30>radio de

curvatura/ancho de cauce >10); impacto de escombros flotantes moderados, y sobre la

base de la profundidad de socavacin computada de 1.04 m (ver cuadro 3.5), se ha

determinado la profundidad de la ua y el resultado obtenido es de 1.6 m.



4.2.4. RESULTADOS DEL ENROCADO DE PROTECCIN

La extensin vertical y horizontal, se calcularon al principio del diseo, la extensin

vertical planteada es de una altura de 4.2m y la extensin horizontal es de 1155m

lineales.

En el cuadro N 4.4, se muestra un resumen de las caractersticas geomtricas de la

seccin del dique; y en el grfico N 4.2 se muestra la seccin del tramo en estudio.

Cuadro N4.4: Resumen de las caractersticas geomtricas del dique

EXTENSIN

HORIZONTAL

EXTENSIN

VERTICAL

1155.0 4.20 118.6 3.55 1:1.5 2.61 0.40

FShs

[m]

dg

[m]

1.5 1.04

LONGITUD DE

PROTECCIN [m] REA

[m2]

VS

[m/s]

TALUD

INCLIN.

[V:H]

SSD50

[m]

50.00

33.69 1.60

TALUD

UA

[V:H]

1:0.75

Grfico N4.2: Dimensin de la seccin del enrocado de proteccin

4.3. ANLISIS DE ESTABILIDAD DE TALUD

La evaluacin de la estabilidad fsica del talud en la cara mojada del dique, fue

realizado sobre la base del criterio de equilibrio lmite de Bishop simplificado, Spencer

y Morgenstern y Price para fallas circulares, cuyo algoritmo de clculo est contenido

en el programa de computo Slide (versin 6.0); la evaluacin fue llevado a cabo para

las condiciones de anlisis estticas y pseudo-estticas.

El anlisis esttico evala la estabilidad del dique en condiciones normales de

operacin, donde las nicas fuerzas desestabilizantes estn constituidas por el peso

propio del material y las presiones de poros presentes en el cuerpo.



El anlisis pseudo-esttico, por otro lado, constituye una forma simplificada de evaluar

la estabilidad del depsito, en caso de la ocurrencia de un sismo.

a. Secciones de Anlisis

Para la evaluacin de la estabilidad fsica del dique y del enrocado de proteccin, se ha

analizado la seccin tpica en la condicin crtica.

Para el anlisis de estabilidad local, primero se ha evaluado la estabilidad del dique en

dos escenarios de anlisis sin enrocado y con enrocado. Mientras que para el anlisis de

estabilidad de talud global se ha considerado toda la estructura en conjunto, es decir, el

dique y el suelo de fundacin.

b. Propiedades Fsicas y Mecnicas de los Materiales

La caracterizacin geotcnica de los materiales involucrados en el anlisis de

estabilidad de la estructura de proteccin, son los que se muestran en el Cuadro N 4.5

cuyos valores son propiedades fsicas y mecnicas de los materiales que conformarn el

dique enrocado.

Cuadro N 4.5: Caractersticas fsico mecnicas de los materiales

N Material Cantera SUCS P.E.

(kN/m3)

Cohesin

[C] (kN/m)

A. Friccin

[] ()

1 Suelo de Fundacin del sector ----- GP 25.01 0.00 29.011

2 Material Impermeable Yanacancha SC 20.30 14.71 25.000

3 Roca (Arenisca Cuarzosa) Pucachupa ----- 26.09 0.00 50.000


c. Aceleracin Ssmica de Diseo

Segn la zonificacin ssmica de la Norma Peruana de Diseo Sismo Resistente E.030,

la regin de Puno se ubica en la zona de sismicidad media (Zona 2) cuyo factor Z es

0.3, que se interpreta como la mxima aceleracin del terreno con una probabilidad de

10% de ser excedida en 50 aos equivalente a un periodo de retorno de 500 aos.

Sobre la base de riesgo ssmico, se consider para la evaluacin de la estabilidad fsica

una aceleracin ssmica de 0.20, valor que equivale al 2/3 de 0.3 (66.67%) de la

aceleracin mxima creble para un periodo de retorno de 50 aos (periodo de

operacin).

d. Resultados del Anlisis de Estabilidad Esttico y Pseudo-esttico,

Para el anlisis de estabilidad se ha tomado el talud mojado y el tipo de superficie de

falla circular, los resultados obtenidos en los anlisis de estabilidad se resumen en los



cuadro N 4.6 al cuadro N 4.9, y el detalle de los mismos se presenta en los grficos

N 4.3 y 4.8, Adems se puede ver los resultados en los anexo 6.0 y 7.0.

Cuadro N 4.6: Factores de Seguridad de anlisis de estabilidad de talud local esttico en

dos escenarios de anlisis

ANLISIS DE ESTABILIDAD DE TALUD LOCAL ESTTICO

ESTRUCTURA

FACTOR DE SEGURIDAD (FS)

ESCENARIO 01: SIN ENROCADO ESCENARIO 02: CON ENROCADO

Bishop

simplificado Spencer

Morgenstern-

Price

Bishop


Morgenstern-

Price

Dique enrocado 1.73 1.70 1.73 2.17 2.21 2.21


Cuadro N 4.7: Factores de Seguridad de anlisis de estabilidad de talud global esttico en

dos escenarios de anlisis

ANLISIS DE ESTABILIDAD DE TALUD GLOBAL ESTTICO

ESTRUCTURA



Bishop


Morgenstern-

Price

Bishop


Morgenstern-

Price

Dique enrocado 1.65 1.67 1.66 1.71 1.77 1.77


Grfico N 4.3: Estabilidad de talud local esttica sin enrocado



Grfico N 4.4: Estabilidad de talud local esttica con enrocado

Tras la evaluacin de la estabilidad fsica de los taludes proyectados, en el escenario sin

enrocado para condiciones estticas de estabilidad local el menor valor de FS es de 1.7019

por el mtodo de Spencer, mientras que para estabilidad global del mismo escenario el menor

valor de FS es de 1.6556 por el mtodo de Bishop simplificado; como estos valores son

superiores a 1.50, esto nos garantiza que la estructura ser fsicamente estable.

Para el anlisis pseudo-esttico, se obtuvo factores de seguridad superiores a la unidad, lo que

permite concluir que la estructura dique enrocado ser fsicamente estable durante el periodo

de operacin. Por ejemplo en los grfico N 4.5 y grfico N 4.6 se muestra el anlisis de

estabilidad de talud local esttico sin enrocado y con enrocado. los dems grficos y sus

resultados se pueden ver en los anexos 6.0 y 7.0.

Cuadro N 4.8: Factores de Seguridad de anlisis de estabilidad de talud local pseudo-

esttico en dos escenarios de anlisis

ANLISIS DE ESTABILIDAD DE TALUD LOCAL PSEUDO-ESTTICO (0.2)

ESTRUCTURA



Bishop


Morgenstern-

Price

Bishop


Morgenstern-

Price

Dique enrocado 1.33 1.35 1.35 1.59 1.66 1.65




Cuadro N 4.9: Factores de Seguridad de anlisis de estabilidad de talud global pseudo-

esttico en dos escenarios de anlisis

ANLISIS DE ESTABILIDAD DE TALUD GLOBAL PSEUDO-ESTTICO (0.2)

ESTRUCTURA



Bishop


Morgenstern-

Price

Bishop


Morgenstern-

Price

Dique enrocado 1.14 1.16 1.16 1.21 1.30 1.31


Grfico N 4.5: Estabilidad de talud local pseudo-esttica sin enrocado



Grfico N 4.6: Estabilidad de talud local pseudo-esttica con enrocado

De igual manera se ha hecho la evaluacin de estabilidad de talud en forma global en

condiciones estticas y pseudo-estticas de la estructura en conjunto, para dos escenarios de

anlisis, escenario 01 sin enrocado y escenario 02 con enrocado, las que se presentan como

muestra en los grficos N 4.7 y 4.8.

Grfico N 4.7: Anlisis de estabilidad de talud global pseudo-esttico sin enrocado



Grfico N 4.8: Anlisis de estabilidad de talud global pseudo-esttico con enrocado



V. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

5.1. CONCLUSIONES

- En la margen derecha el sector Recreo Lacayparque se ha planteado la construccin

de 1155m de estructuras de proteccin fluvial como diques de tierra y enrocado de

proteccin, que van acorde con la realidad del terreno.

- El dique de tierra tiene una altura de 3m, con una corona de 3.5 m de ancho, y un

talud lateral de la cara seca y mojada de 1.5 (H/V) adems es de seccin homognea

de material compactado de clasificacin SC.

- El enrocado de proteccin ser de un espesor de 0.80, con un talud de 1.5 (H/V) y una

altura vertical de 4.2m; la ua del enrocado es de forma trapezoidal inverso, tiene una

profundidad de 1.6m y un talud de 1/0.75 (H/V).

- El anlisis de estabilidad local esttico del dique de tierra es de 1.73, el anlisis de

estabilidad con enrocado es de 2.171; el anlisis de estabilidad pseudoestatico del

dique de tierra es de 1.14 y con enrocado es de 1.217, lo que indica que las estructuras

sern estables.

5.2. RECOMENDACIONES

- Efectuar un estudio detallado de la granulometra del lecho del ro con sus respectivos

dimetros representativos, pues es necesario para la determinacin del dimetro

estable de la roca.

- Realizar un estudio detallado de cimentaciones donde se emplazar la estructura, as

como tambin un estudio de canteras de material impermeable, y de roca, principal

que contenga las propiedades fsicas y mecnicas, para la toma de decisiones en

cuanto al diseo.



VI. REVISIN BIBLIOGRFICA

- Alva, Jorge E. 2002. Dinmica de Suelos. Universidad Nacional de Ingeniera-

Facultad de Ingeniera civil. Seccin de Post grado. Lima-Per.

- Badillo, J. y Rodrguez, R. 2012. Mecnica de Suelos-Tomo 3. Editorial Limusa.

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- Campana T, Roberto. 2011 Ingenieria de Rios. Apuntes de clase Maestria

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Como control de Erosin de Riberas. Boletn No 2. Instituto de Investigacin.

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- Martin, J. 2003. Ingeniera de Ros. Edicin UPC, S.L. Barcelona, Espaa.

- Rocha, A. 2007. Consideraciones sobre las Defensas Fluviales a base de Espigones.

Fondo Editorial ICG. Congreso ICG en Hidrulica. Per.

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de Piura - Per.

Tern, R. 1998. Diseo de Construccin de Defensas Ribereas. Escuela Superior de

Administracin de Aguas CHARLES SUTTON.



ANEXOS



Anexo 1.0

Clculo del Ancho Medio de Equilibrio o Seccin Estable CAPITULO III - ITEM 3.1



Anexo 2.0

Anlisis Granulomtrico del Lecho del Ro CAPITULO III - ITEM 3.2.1



Anexo 3.0

Clculo de la Profundidad de Socavacin CAPITULO III - ITEM 3.2.2



Anexo 4.0

Clculo del Dimetro de la Roca Estable CAPITULO IV - ITEM 4.2.1, a



Anexo 5.0

Resultados del Enrocado de Proteccin CAPITULO IV - ITEM 4.2.4



Anexo 6.0

Resultados del Anlisis de Estabilidad de Talud Local Esttico y Pseudo Esttico

CAPITULO IV - ITEM 4.3



ANLISIS DE ESTABILIDAD DE TALUD LOCAL ESTTICO

ESCENARIO: SIN ENROCADO

Propiedad de Materiales

Material: Grava Material: Mezcla de arena y arcilla

Fuerza tipo: Mohr-Coulomb P. E: 25.01 kN/m3 Cohesin: 0 kPa A. friccin: 29.011

Fuerza tipo: Mohr-Coulomb P. E: 20.3 kN/m3 Cohesin: 14.71 kPa A. friccin: 25

Resultados

Mtodo: Bishop simplified Mtodo: Spencer Mtodo: Gle/Morgenstern-Price FS: 1.730320 Centro: 28.206, 24.781 Radio: 3.833 m M. Resistente= 571.461 kN-m M. Deslizante= 330.262 kN-m

FS: 1.701900 Centro: 28.041, 24.781 Radio: 3.776 m M. Resistente = 535.712 kN-m M. Deslizante = 314.773 kN-m F. Resistente Horizontal= 103.375 kN F. Deslizante Horizontal= 60.7413 kN

FS: 1.733010 Centro: 28.206, 24.781 Radio: 3.833 m M. Resistente = 572.35 kN-m M. Deslizante = 330.262 kN-m F. Resistente Horizontal = 111.587 kN F. Deslizante Horizontal = 64.3887 kN



ESCENARIO: CON ENROCADO



Material: Roca arenisca cuarzosa



Fuerza tipo: Mohr-Coulomb P. E: 26.09 kN/m3 Cohesin: 0 kPa A. friccin: 50

Resultados






ANLISIS DE ESTABILIDAD DE TALUD LOCAL PSEUDO ESTTICO






Resultados













Resultados






Anexo 7.0

Resultados del Anlisis de Estabilidad de Talud Global Esttico y Pseudo Esttico

CAPITULO IV - ITEM 4.3



ANLISIS DE ESTABILIDAD DE TALUD GLOBAL ESTTICO






Resultados













Resultados






ANLISIS DE ESTABILIDAD DE TALUD GLOBAL PSEUDOESTTICO






Resultados


FS: 1.166270 Centro: 23.889, 29.412 Radio: 11.347m M. Resistente = 5113.78 kN-m M. Deslizante = 4384.74 kN-m F. Resistente Horizontal= 383.404 kN F. Deslizante Horizontal= 328.744 kN











Resultados






Anexo 8.0

Sustento Terico y Tablas de Ancho Medio de Equilibrio CAPITULO III ITEM 3.1



ANCHO MEDIO DE EQUILIBRIO O SECCIN ESTABLE

a. Mtodo de Simons y Henderson

Mtodo que se ajusta a canales en fondo de pendientes entre 0.06-10%, dimetros desde

0.03-80mm y caudales de 0.15 250m3/s.

21

1 QKBe

Donde K1 es el factor de fondo y orilla (ver Tabla N 3.1) y Q es caudal de la mxima

avenida.

Tabla N 3.1: Coeficiente K1

Coeficiente K1

Fondo y orillas de arenas 5.7

Fondo arena y orillas de material cohesivo 4.2

Fondo y orillas de material cohesivo 3.6

Fondo y orillas del cauce de grava 2.9 Fondo arena y orillas de material no cohesivo 2.8

Fuente: Diseo y construccin de defensas ribereas, Tern

b. Mtodo de Blench y Altunin

Mtodo que se desarrolla ensayos considerando la teora de rgimen estable y la

importancia de la granulometra en el clculo de la seccin estable.

2/1

81.1

s

be

F

FQB

Donde Q es el caudal de la mxima avenida; Fs factor de orilla (ver tabla N 3.2). Y el

Fb es el factor de fondo.

Tabla N 3.2: Valores de Fs

Tipo de orilla Fs

Orilla de barro y arcilla 0.10

Orilla de barro - arcilla - fangosa 0.20

Orilla de material muy cohesivo 0.30

Fuente: Diseo y construccin de defensas ribereas, Tern

Por otro lado el factor de fondo tiene condiciones; si el cauce arrastra poco sedimento y

el fondo es arenoso es mb DF 9.1 y si existe arrastre de sedimentos y el fondo es

arenoso es 3/1

50)(DFb , o del mismo modo puede tomar el valor de 0.8m para materiales

finos (Dm < a 0.50mm) y 1.20 para materiales gruesos (Dm > a 0.50mm).



Anexo 9.0

Sustento Terico y Tablas de Profundidad de Socavacin CAPITULO III ITEM 3.2.2



PROFUNDIDAD DE SOCAVACIN

Mtodo de Lischtvan Levediev; el criterio con que se desarroll esta propuesta es la

siguiente, al aumentar la descarga aumenta la socavacin incrementndose el rea

hidrulica y la velocidad del agua hasta que se llega a la socavacin mxima de

equilibrio al ocurrir la descarga mxima. Finalmente este criterio se deduce en dos

expresiones de acuerdo a los tipos de materiales del lecho, cohesivos y no cohesivos,

tal como se detalla a continuacin para suelos no cohesivos:

x

m

os

D

yy

1

1

28.0

3/5

68.0

ossyyh

em By

Q3/5

Donde, y es el tirante que corresponde a la profundidad a la que se desea evaluar la

velocidad erosiva, Ve; hs es profundidad de socavacin; Q es caudal de diseo para un

periodo de recurrencia de 50 aos; coeficiente alfa obtenida de la relacin del caudal

de diseo Q; yo es tirante antes de la erosin; Dm es dimetro medio de los granos de

fondo; es coeficiente beta; x es exponente variable que depende del dimetro del

materia (ver tabla N 3.3); l; ym es tirante medio de la seccin, obtenida de la relacin

rea hidrulica efectiva entre el ancho Be; Be es el ancho estable o de equilibrio de la

seccin.

Tabla N 3.3: Valores de x suelos cohesivos y no cohesivos

SUELOS COHESIVOS SUELOS NO COHESIVOS

Peso especfico

X

Peso especfico

X D

X D

X

(T/m3) (T/m3) mm mm

0.80 0.52 1.20 0.39 0.05 0.43 40 0.30

0.83 0.51 1.24 0.38 0.15 0.42 60 0.29

0.86 0.50 1.28 0.37 0.50 0.41 90 0.28

0.88 0.49 1.34 0.36 1.00 0.40 140 0.27

0.90 0.48 1.40 0.35 1.50 0.39 190 0.26

0.93 0.47 1.46 0.34 2.50 0.38 250 0.25

0.96 0.46 1.52 0.33 4.00 0.37 310 0.24

0.98 0.45 1.58 0.32 6.00 0.36 370 0.23

1.00 0.44 1.64 0.31 8.00 0.35 450 0.22

1.04 0.43 1.71 0.30 10.00 0.34 570 0.21

1.08 0.42 1.80 0.29 15.00 0.33 750 0.20

1.12 0.41 1.89 0.28 20.00 0.32 1000 0.19

1.16 0.40 2.00 0.27 25.00 0.31 0.70

Fuente: Mecnica de suelos Tomo III, Jurez Badillo.



Los valores de coeficiente de contraccin , se puede apreciar en la tabla siguiente:

Tabla N 3.4: Coeficiente de contraccin

Velocidad Media en la seccin

m/s

LONGITUD LIBRE ENTRE DOS PILAS (m)

10m 13m 16m 18m 21m 25m 30m 42m 52m 63m 106m 124m 200m

4,00 0,85 0,89 0,91 0,92 0,93 0,94 0,95 0,96 0,97 0,98 0,99 0,99 0,99

Fuente: Mecnica de suelos Tomo III, Jurez Badillo

Los valores de se presentan en Tabla N 3.5; coeficiente que depende de la

frecuencia con que se repite la avenida.

Tabla N 3.5: Coeficiente

Tramos

1 0.77

2 0.82

5 0.86

10 0.90

20 0.94

50 0.97

100 1.00

500 1.05

1000 1.07

Fuente: Mecnica de suelos Tomo III, Jurez Badillo



Anexo 10.0

Sustento Terico y Tablas de Diques de Tierra CAPITULO IV ITEM 4.1



4.1. DIQUES DE TIERRA

a. Determinacin de la altura

En la tabla N 4.2 se presenta recomendaciones obtenidas de experiencias y prcticas de

bordes libres en funcin de las velocidades del flujo.

Tabla N 4.1: Recomendaciones del Borde Libre

Velocidad (m/s)

BL

5 1.50

4 ~ 5 1.20

3 ~ 4 1.00

2 ~ 3 0.80

< 2 0.60

Fuente: Manual geotcnico para el diseo de

pequeas presas, J. viles

b. Determinacin del ancho de corona

En la tabla N 4.2, se expone recomendaciones para el ancho de corona, en funcin de

las descargas de diseo, obtenidas de experiencias y prcticas de bordes libres.

Tabla N 4.2: Recomendaciones para el ancho de la corona

Descarga de Diseo (m

3/s)

Ancho de Corona (m)

Menos de 500 3.00

500 - 2000 4.00

Fuente: Manual geotcnico para el diseo de

pequeas presas, J. viles



c. Determinacin de la forma del cuerpo

Tabla N 4.3: Caractersticas de los suelos como material de construccin (Marsal, 1974)

Tipo de suelo

Smbolo Uso Compactacin (por

capas)

Permeabilidad

Susceptibilidad a tubificacin

Susceptibilidad al agrietamiento

Contraccin Extensin

Gravas

GW Respaldos permeables Rodillo

vibratorio o trnsito de

tractor

Muy alta a alta

Muy baja Nula Baja GP

GM Zonas no expuestas a flujo

intenso Media Alta

Baja Media a

Alta GC

Masas homogneas impermeables

Rodillo liso o

neumtico

Baja a muy baja

Muy baja

Arenas

SW Filtros Rodillo vibratorio o trnsito de

tractor

Media Baja Nula Baja SP Respaldos permeables

SM Zonas no expuestas a flujo

intenso Rodillo neumtico

Baja Media

Baja Media a

Alta SC

Masas homogneas impermeables

Baja a muy baja

Baja

Limos y Arcillas LL50*

MH Zonas no expuesta a flujo

intenso protegidas por filtros Baja Alta

Muy alta

Muy alta

CH Ncleo impermeable

Muy baja Muy baja

Media

OH Dudoso, Se requiere estudio Alta

Suelos Orgnicos

R No aceptable - - - - -

* Los materiales con lmite lquido mayor de 80 son difciles de compactar y su uso en el dique requiere estudio especial.

** Hacen excepcin a esta regla las arcillas dispersivas.

Fuente: Manual geotcnico para el diseo de pequeas presas, J. viles

d. Determinacin de los taludes laterales

En la Tabla N 4.4, se dan recomendaciones para los taludes de diques de tierra

homognea, de acuerdo al material que se utiliza en el cuerpo.



Tabla N 4.4: Taludes recomendados para los

diques de tierra homognea

Clasificacin de suelos Talud de aguas

Arriba Abajo

GW, GP, SW, SP No adecuado No adecuado

GC, CM,SC,SM 1V:2.5H 1V:2H

CL, ML 1V:3H 1V:2.5H

CH,MH 1V:3.5H 1V:2.5H

Fuente: Manual geotcnico para el diseo de pequeas presas, J. viles



Anexo 11.0

Sustento Terico del Dimetro de la Roca Estable CAPITULO IV ITEM 4.2



DETERMINACIN DEL DIMETRO DE LA ROCA ESTABLE

a. Mtodo de la Asociacin Americana de Ingenieros Civiles (American Society of Civil

Engineers - ASCE)

La ASCE, a travs del Comit de Ingeniera de Sedimentacin realiz en los aos 70

estudios de proteccin de riberas. Para el uso de los enrocados este comit determino

una adaptacin de la frmula propuesta por Isbach (1935) para la construccin de

presas. La expresin se modific en base a las observaciones de enrocados existentes y

que considera el talud de la ribera, resultando la siguiente expresin:

cos)1(

347.0 2

50gS

VD

s

Este mtodo se restringe a velocidades medidas a 3m de la orilla o velocidad media;

no aplicable cuando se tiene tirantes de agua mayores a 9m; y el ngulo de impacto del

flujo no debe exceder a 30; para pendiente suaves del lecho, hasta 0.5% y para taludes

entre 1:2.5 a 1:1.5 (V/H).

b. Mtodo del Departamento de Recuperacin de Tierras United Status Bureau of

Reclamation (USBR)

La USBR desarroll un procedimiento de diseo de enrocado para aplicaciones en

cuencos disipadores (US DOT 1978), encontrados en los trabajos de Berry (1948).

Este procedimiento emprico est basado en numerosos ensayos y observaciones de

laboratorio.

)1(97.14

2

100

sS

VD

Este mtodo es aplicable en zonas de turbulencia apreciable aguas debajo de pozas

disipadoras de energa en vista de que el procedimiento estima el tamao medio de

piedra en funcin a la velocidad localizada (contra la piedra), en el fondo del flujo; en

la ubicacin donde la transicin del flujo est dentro del cuenco de disipacin. Siendo

el D50 = 0.76 D100 con un factor de seguridad de 1.09, y el espesor del revestimiento

igual 1.5D100 2D50.



c. Mtodo de Proteccin Departamento de Transportes California (California Bank and

Shore Rock Slope Protection - CABSRSP)

Este procedimiento considera claramente el diseo del California Bank and Shore

(CABS) propuesta por el Departamento de Transportes del estado de California (DOT

1970) y actualizado el ao 2000 (CALTRANS - 2000) de proteccin de taludes y se

basa en el mtodo de la velocidad. La expresin utilizada considera el peso mnimo de

piedra capaz de resistir las fuerzas externas y fue calculada en funcin de

observaciones enrocados existentes en las riberas y playas de California:

)70()1(

27.0 2

50

gsenS

VD

s

Donde la V es igual a 2/3Vm cuando la velocidad es paralela al ro y 4/3Vm cuando

la proteccin es curva.

Es aplicable a flujos de rgimen subcrtico, no indicando el rango de pendientes del

lecho, ya que se enfoca en la defensa contra las aguas del mar y se adapta a las riberas

de ros con pendiente suave (menores a 0.2%). Aplicable a revestimientos con taludes

que van desde 1:2.5 1:3 hasta 1:1.5 (V/H).

d. Mtodo de la Administracin Federal de Carreteras de EE.UU (Federal Highway

Administration - FWHA)

La FWHA, presenta una revisin realizada la HEC 11 el ao 1994 y tambin se basa en

la experiencia adquirida en la proteccin de terraplenes de carreteras y estribos de

puentes desde 1970.

Este mtodo ha sido calibrado utilizando los datos de las investigaciones de US

Geological Survey en diferentes ros, determinndose la siguiente expresin:

)/(00594.0 5.115.03

50 KyCVD

Donde la V es la velocidad media del cauce; y tirante del agua; K1 factor de correccin

del talud que considera el ngulo del talud y el ngulo de reposo del material. C es el

factor de correccin por estabilidad (FS) y tamao de piedra (Ss).

Aplicables a pendientes de lecho del ro entre 0.005% y 2%; tirantes de agua entre

1.40m y 15m; velocidades promedio entre 1m/s y 5m/s y finalmente descargas entre

3.7m/s y 2.2m/s.



FACTOR DE SEGURIDAD

La tabla N 4.5, recomienda valores para considerar el factor de seguridad FS.

Tabla N 4.5: Criterios para la Seleccin de Factores de Seguridad

Descripcin Rango FS

Flujo uniforme; tramo recto o ligeramente curvo (radio de curvatura/ancho de cauce >30); impacto de escombros flotantes mnimos; pequea o ninguna incertidumbre en los parmetros de diseo.

1.0 - 1.2

Flujo gradualmente variado; curvatura moderada (30>radio de curvatura/ancho de cauce >10); impacto de escombros flotantes moderados.

1.3 - 1.6

Flujo aproximndose a rpidamente variado; curvatura aguda (10>radio de curvatura/ancho de cauce); impacto potencial significante de escombros flotantes; viento significante; flujo de alta turbulencia; mezcla de flujo Turbulento en estribos de puentes; incertidumbre significante en los parmetros de diseo.

1.6 - 2.0

Fuente: HEC 11. Federal Highway of Administration 1989.

DISTRIBUCIN GRANULOMTRICA DEL ENROCADO

Tabla N 4.6: Lmites de Graduacin de las Rocas (Recomendaciones de

U.S. Department of Transportation)

Rango del Tamao de Piedras

Rango de Peso de

Piedras Porcentaje de Gradacin

ms pequea que

1.5 D50 a 1.7 D50 3.0 W50 a 5.0 W50 100

1.2 D50 a 1.4 D50 2.0 W50 a 2.75 W50 85

1.0 D50 a 1.15 D50 1.0 W50 a 1.5 W50 50

0.4 D50 a 0.6 D50 0.1 W50 a 0.2 W50 15




Tabla N 4.7: Gradacin sugerida por Simons (1977)

Porcentaje de Finos

Dimetro de Malla Di

0 0.25 D50 ----

10 0.35 D50 0.28 D50

20 0.50 D50 0.43 D50

30 0.65 D50 0.57 D50

40 0.80 D50 0.72 D50

50 1.00 D50 0.90 D50

60 1.20 D50 1.10 D50

70 1.60 D50 1.50 D50

90 1.80 D50 1.70 D50

100 2.00 D50 1.90 D50




Anexo 12.0

Sustento Terico de Anlisis de Estabilidad Fsica CAPITULO IV ITEM 4.3



ANLISIS DE ESTABILIDAD FSICA

Mtodo de equilibrio lmite

Los mtodos de equilibrio lmite para la determinacin del factor de seguridad son, los

ms extendidos y utilizados, se puede aplicar en la mayora de los casos reales, el factor

de seguridad se calcula haciendo uso de las ecuaciones de equilibrio de la esttica

(fuerzas, momentos o ambas), aplicadas a la masa total de suelo potencialmente

deslizante, limitada por la superficie del talud y por una superficie potencial de

deslizamiento asumida para el clculo.

En los mtodos de equilibrio lmite, se calculan las tensiones de corte a lo largo de la

superficie potencial de deslizamiento (m) y se relacionan con la resistencia al corte y el

factor de seguridad, utilizando las ecuaciones siguientes:

m

ucFS

'' tan)(

a. Mtodo simplificado de Bishop

Este mtodo tiene en consideracin las fuerzas normales interdovelas (E), no as las

rasantes (X); el factor de seguridad se calcula por medio de la siguiente ecuacin:

fNxW

RLuNRLcFm

)tan)(( ''

Este mtodo es aceptado como mtodo estndar de clculo en la prctica profesional.

b. Mtodo de Spencer

Este mtodo plantea la obtencin del FS por medio de la consideracin de dos

ecuaciones de equilibrio: de momentos y de fuerzas horizontales. No se desprecian las

fuerzas rasantes interdovelas (X), computndolas por medio de la ecuacin:

)(xfEX



Donde, f() determina la direccin relativa de la resultante de las fuerzas interdovelas, y

es un porcentaje en tanto por uno de la funcin usada.

La consideracin de Spencer se basa en tomar una relacin constante entre las fuerzas

normales interdovelas (E) y las fuerzas cortantes (X), dicho de otra manera para todas

las dovelas, la relacin X/E es constante.

A diferencia de otros mtod

2. Diseño de Estructuras Hidráulicas

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