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describe como construir espigones...

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12

CAPÍTULO

Espigones INTRODUCCIÓN En una corriente o río se presentan dos tipos básicos de erosión:

Profundización del cauce y

erosión lateral. El equilibrio del cauce esta controlado por el balance entre la carga de sedimentos depositada y la capacidad de transporte del flujo. En todos los casos, aún en las corrientes más estables se presentan fenómenos de erosión y se puede requerir la construcción de obras de control tanto lateral como de fondo.

La estabilización de los alineamientos de las riberas de los canales de los ríos debe cumplir una o más de los siguientes objetivos: a.

Paso seguro y expedito del flujo de las crecientes.

b.

Transporte eficiente de la carga suspendida y la carga de fondo.

c.

Cauce estable del río con mínima erosión lateral.

d.

Profundidad suficiente y buen cauce para navegación.

e.

Dirección del flujo a través de un sector definido del río.

Las principales estructuras utilizadas para la estabilización de las riberas son las siguientes: 1. Espigones cortos (spurs) 2. Espigones largos (groynes) 3. Diques longitudinales 4. Estructuras retardadoras 5. Revestimiento de los taludes de las riberas 6. Muros de contención.

CAPÍTULO 12.

ESPIGONES

464

En el capítulo 11 se presentan los sistemas de diseño y construcción de revestimientos y muros y en el

Bambú

Nigalo

presente capítulo los espigones y demás estructuras

1.50mt aprox.

hidráulicas laterales. Estas estructuras son elementos laterales que tratan de proteger la orilla y al mismo tiempo desviar la corriente.

Fondo del cauce

La capacidad del canal

aunque se disminuye puede manejarse para que no

1.50mt (mínimo)

sea modificada en forma considerable. Generalmente estas obras se utilizan en ríos poco profundos y con

Alzada

moderado material suspendido. Uno de los objetivos

Rivera

es la sedimentación de estos materiales, los cuales

Bambú

Nigalo

pueden complementar la protección de la orilla. Aunque no existen criterios ciento por ciento confiables para el diseño de espigones y obras hidráulicas laterales,

se

conocen

una

gran

ca n t id a d

de

planteamientos empíricos que permiten un diseño relativamente adecuado, el cual debe adaptarse a las condiciones del sitio.

Debe tenerse mucho cuidado de comprobar que el

caso para el cual se están diseñando las obras. d ise ñ os

deben

obedecer

a

cr it e r ios

Corriente

Planta a 90º

procedimiento utilizado es realmente válido para el

Cauce

Los

Rivera

sim p l e s,

Bambú

conceptuales después de haber analizado toda la problemática de la corriente de acuerdo a los criterios

Nigalo

explicados en el capítulo 3.

Los espigones pueden ser construidos de diversos m a t e r ia l e s

tales

como

enrocado,

bloques

prefabricados de concreto, geotubos rellenos de material, gaviones, o de productos orgánicos como troncos de árboles o bambú (Figura 12.1).

Corriente

Debe tenerse en cuenta que los espisones son

de la socavación.

Cauce

Planta a 70º

estructuras muy vulnerables a la destrucción por efecto Su cimentación comúnmente es

poco profunda y por su localización dentro del cauce se producen socavaciones de gran magnitud.

FIGURA 12.1

Espigones de Bambú (Jonson 1982).

12.1 DISEÑO DEL CANAL DE UNA CORRIENTE

Para el diseño adecuado de las estructuras hidráulicas

El

laterales se requiere diseñar el canal del río tanto en

aproximadamente el de las curvas estables del río en

su ancho, como forma en planta y profundidad. Para

la zona.

minimizar el ataque de la corriente sobre las obras de

adaptarse a las curvaturas naturales del río. Un estudio

estabilización y rectificación se recomienda que el

de las curvas naturales del río debe determinar cuáles

alineamiento del río consista en una serie de curvas.

deben ser las formas del nuevo río; sin embargo, debe

Debe evitarse las orillas rectas o ligeramente curvas

tenerse en cuenta que las curvas demasiado fuertes

debido a que existe la tendencia de flujo a divagar de

son difíciles de estabilizar y requieren estructuras muy

lado a lado de la orilla.

costosas de construir y mantener (Przedwojski y otros,

r a d io

1995).

óp t im o

de

las

curvas

debe

ser

Como una norma de diseño este debe

CAPÍTULO 12.

ESPIGONES

465

La planeación del nuevo alineamiento depende de la

Generalmente los diseños se trabajan utilizando curvas

morfología del río, de las condiciones geológicas pero

de coseno, utilizando la información de las curvas del

t a m b ié n

río original.

depende

a se n t a m ie n t os

de

los

r e q u e r im ie n t os

humanos,

de

e st a b l e cim ie n t os

industriales, muelles, ríos tributarios, etc.

Con valores seleccionados de radio y

longitud de onda, las curvas de coseno generadas pueden implementarse en la mayoría de los ríos meándricos (Chang, 1988).

La localización de los puentes determina en buena parte las posibilidades de diseño.

Debe evitarse la

localización de puentes en las zonas de transición donde el río es muy difícil de controlar.

Criterios de diseño Para el diseño de una canalización se recomienda seguir los siguientes criterios (Keller y Brookes- 1983):

Los tributarios deben en lo posible entregarse al nuevo

1.

Estimar

la estabilidad o comportamiento de la

río a ángulos entre 25º y 45º por la parte cóncava de

corriente después de la canalización.

la orilla.

r e q u ie r e p a r a r e a l iza r l a s r e c om e n d a c ion e s

Esto se

necesarias especificas de las obras de protección adicionales que se requieren para garantizar la estabilidad de la corriente.

Erosión Carretera a protejer Espigones

Canal deseado Zona que se espera remover con los espigones

j Flu

o

a) Planta

Agua máxima Agua mínima

Hincar por debajo de la socavación esperada

b) Frente

FIGURA 12.2

Espigones en pilotes.

CAPÍTULO 12.

2.

Dise ñ a r

un

canal

t e n ie n d o

en

cuenta

466

ESPIGONES

irreparables. La idea es realizar la menor cantidad

dos

posible de obras artificiales y como lo propone

escenarios: el primero el flujo normal y el segundo

Leopold (1977) respetar los ríos.

el flujo de una avenida extraordinaria con un determinado periodo de retorno. En ocasiones se requiere diseñar dos canales diferentes uno central para aguas normales y otro ampliado para aguas m á xim a s.

El

canal

pequeño

se

d ise ñ a

generalmente para la avenida de un periodo de retorno de dos años, y el canal amplio para un periodo de más de 200 años, de acuerdo a los

S ie m p r e q u e s e a p o s ib l e d e b e u t il iza r s e l a ve g e t a ción

como el

método mejor

para

la

estabilización de las orillas. 4.

La

utilizado por la Thames Water Authority en Inglaterra, en la forma indicada en el capítulo 11. Este esquema tiene como objetivo no solamente la protección contra inundaciones sino también la importancia de mantener un canal natural meándrico para proteger los recursos de pesca y la fauna acuática. Los trabajos se diseñan

requerimientos. 3.

Un ejemplo de este esquema de canalización es el

ca n a l iza ción

debe

para minimizar la alteración del canal natural pero al m ism o t iem p o, g en er a n d o u n n u evo ca n a l con capacidad suficiente y comportamiento homogéneo. Por ejemplo, el fondo del canal se profundiza para

m in im iza r se

a

lo

a u m e n t a r l a s á r e a s p a n t a n o s a s y s e u t il iza l a

estrictamente necesario, teniendo en cuenta que

ve g e t a ción

las modificaciones del sistema natural de la

conjuntamente con rip-rap o enrocado en los sitios

cor r ie n t e

más críticos de erosión.

producen

ca m b ios

a m b ie n t a l e s

como

sist e m a

de

e st a b il iza ción

12.2 TIPOS DE ESTRUCTURA LATERAL

Estructuras longitudinales En ocasiones se dejan espacios permeables en los Una de las formas más eficiente de controlar el cauce

d iq u e s

de un río es la construcción de muros o diques

sedimentación por detrás de las estructuras, este

revestidos longitudinales a lo largo de la corriente,

sistema ayuda adicionalmente a la fauna acuática.

para

fa cil it a r

la

entrada

de

agua

y

siguiendo los patrones de curvatura típicos de la corriente.

Estos muros o diques pueden construirse

dentro del cauce disminuyendo la sección para facilitar la navegación o separar las corrientes de la orilla o pueden construirse con medidas de protección a lo

Estructuras laterales en ríos de montaña Los espigones no se recomienda utilizarlos en ríos con pendientes superiores al 2%, debido a que las corrientes son tan fuertes que es prácticamente

largo de las orillas actuales.

imposible garantizar la estabilidad de los espigones. La construcción de estructuras longitudinales favorece la formación de un canal más estable y uniforme.

En ríos de montaña se recomienda construir obras longitudinales más no espigones.

Generalmente se diseña para un ancho permanente normal y se pueden dejar espacios entre el muro y la

Espigones cortos (spurs)

orilla para que sean sedimentados posteriormente. Los espigones cortos o spurs son diques transversales Desde el punto de vista hidráulico las estructuras

de L

p

/ B

1

< 0.33

longitudinales ayudan a aumentar la velocidad y disminuir la resistencia, al movimiento y la erosión. En

oca sion e s

las

ca n a l iza cion e s

pueden

Donde:

dar

resultados negativos si el ancho diseñado es muy

L

P

del río. En estos casos existe el problema de que no

=

Es la longitud de la estructura proyectado sobre la línea perpendicular a la corriente y

pequeño para acomodar el caudal de las avenidas B

1

es el ancho de la sección definitiva del río.

es posible reacondicionar los muros para corregir el error, cosa que sí es posible en las canalizaciones con

Kondap y Prayag (1989) recomiendan limitar la

espigones donde se puede disminuir la longitud de

longitud de los espigones a 0.2B , donde B es el ancho

los espigones después de construidos (Przedwojski,

del río y el espaciamiento entre espigones a 3L.

1995).

espaciamiento máximo que puede permitirse es 4L.

El

CAPÍTULO 12.

FOTOGRAFÍAS 12.1 y 12.2

Falla de espigones por socavación.

ESPIGONES

467

CAPÍTULO 12.

ESPIGONES

468

Los espigones se emplean para protección de las

Espigones largos (groynes)

riberas de los ríos, en el caso del golpeo de las corrientes del río contra los taludes de las riberas. Se

Los espigones son estructuras relativamente sólidas

coloca generalmente a intervalos de dos a cuatro veces

alargadas que se colocan para desviar la corriente de

l a l o n g it u d d e l a s s e c c io n e s in d ivid u a l e s .

agua o controlar el arrastre de materiales del fondo, (L

p

/ B

1

> 0.33).

Se

r ecom ien d a u n m ín im o d e tr es esp ig on es p ar a

Un espigón es una estructura

resultados efectivos.

construida a un ángulo con la dirección de flujo, anclada en la orilla del canal y con una cabeza para el manejo del flujo en la punta.

Espigones permeables e impermeables

L o s e s p ig o n e s

incrementan la velocidad del agua al disminuirse la

Los

sección del río, aumentando el gradiente y generando macroturbulencia intensa.

La turbulencia generada

pueden

ser

permeables

el paso del agua a través de ellos.

por los espigones puede producir remolinos o vórtices

o

Los espigones

permeables son más efectivos en los ríos que tienen

fuertes que generen a su vez socavación, la cual

mayor

r ep r esen t a u n p r ob l em a d e est a b il id a d p a r a l a

ca n t id a d

de

carga

de

fondo

y

altas

concentraciones de sedimentos, debido a que estos

estructura del espigón.

espigones facilitan la sedimentación.

Los espigones pueden construirse con bloques de

Los espigones impermeables son más efectivos

roca, bloques de concreto, gaviones, hexápodos,

cuando se requiere mantener una profundidad de

tetrápodos, pilotes de acero, madera, o bambú o combinaciones de varios materiales.

cauce para navegación, debido a que la socavación

Los espigones

es mayor y por lo tanto el cauce va a tener una mayor

d e e n r oca d o t ie n e n g e n e r a l m e n t e u n a se cción trapezoidal.

e sp ig on e s

impermeables en el sentido que pueden permitir o no

profundidad.

Los materiales de gran tamaño se

acumulan unos sobre otros, formando una estructura

Forma de los espigones

alargada. Los espigones pueden también clasificarse de acuerdo a su forma en planta, así:

El objetivo del espigón es desviar la corriente del río alejándola de zonas críticas para prevenir la erosión de la orilla y establecer un canal más estable.

1.

se utilizan también en ríos anchos trenzados para

contra la socavación en la punta.

establecer un canal bien definido que no sufra ni

2.

agradación ni degradación y que mantenga su l oca l iza ción d e a ñ o e n a ñ o.

Espigón recto formando un ángulo con la orilla y que tiene una cabeza con un sistema de protección

Ellos

Espigón en forma de T, el ángulo a es generalmente de 90 grados y el dique en la punta es paralelo a la

En e st e ca so l os

dirección del flujo.

espigones pueden tener diques muy largos en su 3.

punta junto al agua para ayudar a definir el canal del río.

Espigón en forma de L, que permite mayor espacio para sedimentación entre espigones y menos

Los espigones se utilizan además, en ríos

socavación en su cabeza y son más efectivos para

meándricos para controlar el flujo en la entrada o salida

facilitar la navegación.

de la curva.

B

Flujo L

Recto

Cabeza redonda

T

L

Flujo

Doble ángulo

FIGURA 12.3

Formas en planta de espigones.

Hockey

Hockey invertido

Ala

CAPÍTULO 12.

4.

Espigones en forma de jockey que poseen huecos

c)

469

Anclaje: el anclaje depende de la situación real del sitio ante la posibilidad de que el agua pase por

los cuales son más extensivos en área que los en

detrás del espigón.

forma de T. d)

Partes de un espigón

Cimiento: es el factor que determina la durabilidad del espigón. El cimiento a su vez está constituido por la fundación propiamente dicha y por un tapete

Un espigón consta de cuatro elementos así: a)

ESPIGONES

La punta del espigón:

o colchón, como protección contra la socavación.

la cual constituye el punto

crítico para su socavación por la concentración de corrientes y la velocidad del agua en este punto. La socavación de la cimentación de la punta

Para evitar la destrucción o barrida de los espigones debe profundizarse los espigones tanto como sea posible dentro del fondo del río.

depende de la sección del río con o sin espigones,

b)

de la inclinación de los taludes y de los caudales

Un espigón de alta flexibilidad va adaptándose al

del río.

terreno a medida que se produce la socavación.

La cresta:

puede ascender hacia la orilla o ser

h o r iz o n t a l a d e m á s p u e d e s e r s u m e r g id a o levantada con respecto al nivel del agua de diseño. Si la cresta es desbordable debe proveerse de un sistema de protección contra la socavación en el

La

obra cede en la parte erosionada, se flexiona y adopta la nueva forma del terreno. Puede ocurrir, sin embargo que

la

fl e xib il id a d

del

e sp ig ón

no

sea

lo

suficientemente alta y tienda a romperse por flexión para ser arrastrada por el río, o que la fuerza de la creciente sea tal que arrastre totalmente el espigón.

lado aguas abajo.

Dispositivo anti-erosivo

nt e

Curso p

ue Af l

Relleno

rincipa l

de agu a

Dique de entrega

FIGURA 12.4 Rectificación de orilla y eliminación de isla utilizando espigones.

12.3 DISEÑO DE ESPIGONES

El diseño de un grupo de espigones es una función

2. Parámetros del cauce

de los siguientes factores:

1. Variables del flujo

a.

Pendiente y ...