sistema de protaccion rivereña urbana

8/20/2019 Sistema de Protaccion Rivereña Urbana

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IX Congreso Nacional De Estudiantes De Ingeniería Civil UNI-FIC

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Área II: HIDRÁULICA

Denominación: MÉTODO Y CRITERIOS PARA SELECCIONAR UN SISTEMA DEPROTECCIÓN RIBEREÑA URBANA

Asesor : Ing. José VásquezAutor: Bach. Marina Isabel Olivos Rojas

Dirección: Av. Ramón Mugica N° 131 Sector El Chipe

Apartado 353 Piura Perú

Teléfono: (074) 304308 / Fax: (074) 304308

Email: [email protected]

Procedencia: Instituto de Hidráulica, Hidrología e Ingeniería Sanitaria

Universidad de Piura.

RESUMEN

La presente ponencia describe el comportamiento, características y problemática de los ríos Piura y Tumbes,mostrando la información básica necesaria para desarrollar el estudio: hidrología, hidráulica, topografía,sedimentología, geología y geotecnia. Se muestra una metodología para seleccionar un buen sistema de protección, se hace una descripción de los sistemas de protecciones ribereñas más usados en el mundo.Luego, según las condiciones y criterios de diseño se elige la solución adecuada para proteger las riberas deltramo urbano de cada río contra la erosión, socavación e inundación. Finalmente se presentan lasconclusiones y recomendaciones del estudio.

INTRODUCCIÓNDebido a que el hombre no se ha adecuado a los fenómenos naturales en las zonas donde habita, cada vezque se presenta el fenómeno “El Niño”, éste trae consigo una serie de problemas en varios departamentos delPerú, entre los afectados por inundaciones e intensas precipitaciones pluviales se encuentran Tumbes, Piura,e Ica. Esta ponencia toma en cuenta los efectos que produce dicho fenómeno sobre el departamento de Piuray Tumbes, específicamente, en tramos urbanos y según una serie de criterios de diseño y de selección dealternativas de protección se plantean las soluciones para la protección de las riberas de ambos ríos. Se debedejar en claro que la protección no termina con la construcción de la solución propuesta, debe también existiruna educación de la población para lograr el mantenimiento de un ambiente ribereño adecuado.

Objetivos- Dar a conocer una metodología y criterios de diseño necesarios para seleccionar algún sistemas de protección ribereña.

- Que los estudiantes tengan una idea general de los sistemas de protección ribereña más usados en el mundoy que conozcan su aplicación en proyectos específicos.

Comportamiento, características y problemática de los ríos

El clima de las cuencas de los ríos Piura y Tumbes, está determinado por su ubicación cercana a la líneaecuatorial. Tiene altas temperaturas ambientales y una escasez de precipitaciones; pero es afectado principalmente por el Fenómeno El Niño cuando se manifiestan extraordinarias precipitaciones pluvialescomo las ocurridas en los veranos de 1983 y 1998. En años normales, el río Tumbes también produce


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erosiones que generan pérdidas de gran cantidad de hectáreas, más no así el río Piura que normalmente tiene poco caudal.

C A S

T I L L A

U P I

TR AMO URB AN

O

A R

ADUCTOR CANALADUCTOR 92 94 93 88 90 89 91 86 85 87 CANAL 99 96 95 98 97

ESTACIONDE BOMBEOLA TUNA ( 559808.62 ; 9606069.47 ) C

ARRETRAPAN A MER ICA

N A

LPIO

O

JPUENTETUM

BES

B ( 559755.92 ; 9606016.11 ) PI-4 32 SISTEMADEDRENAJE (TUBERIAPVC, Ø 200mm) ( 560128.64 ; 9605657.04 ) A 13 22 21 23 18 17 20 19 PI- 3 14 PI-2 A 16 15 B U Z O N E S D E I N S P E C C I O N 9 10 12 11 PI-1 RIOTUMBES

84 80 82 81 83 77 76 79 78 73 72 74 75 69 68 71 70 65 67 66 PI-9 PI-10 (BM)

64 61 63 56 57 58 55 54 49 48 51 50 45 47 4 60 62 59 53 52

I N I IODELSECTORII INDELSECTORI

46 3 PI-8

PI-7 44 5 6 43 B U Z O N E S D E I N S P E C C I O N 41 42 PI-6 37 39 38 34 35 36 40 33 30 29 31 PI-5 25 27 26 1 :28 24 SISTEMADEDRENAJE (TUBERIAPVC, Ø 200mm)

CAMARADE BOMBEO I N I IODESECTORI

RIOTUMBES BEO

- RECONSTRUIDOEN 1984 TUBERIASDE 24" RIOTUMBES SECTORIV SECTORIII MURODE CONTENCION DEGAVIONESTIPO CAJA CAPTACION DE AGUAPOTABLE

CAPTACIONDEAGUAPOTABLE 3 4 1 2 5 7 8 BARANDA 6 1.8 11 9 10

COCINA COMEDOR 15 13 14 12 16

Fig. 1 y 2: Tramo urbano de las ciudades de Piura y Tumbes

Impacto del Fenómeno El Niño de 1998

Las avenidas de El Niño, pasaron por tramos urbanos dañando y debilitando seriamente las obras deencauzamiento existentes: losas del talud del Malecón Eguiguren (río Piura - Fig. 1) y losas del talud ytablestacas del Malecón Benavides (río Tumbes – Fig. 2); además, afectaron seriamente las infraestructurasen el cauce de los ríos: los puentes Viejo y Bolognesi de la ciudad de Piura (Fig. 1), colapsaron por efectoshidráulicos y por socavación de los cimientos de apoyos perdiéndose en estos accidentes vidas humanas.


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Hidrología

Descripción Río Piura Río Puyango-Tumbes

Área de la cuenca (km2) 10229.64 5567.96

Altimetría del río (m.s.n.m.) 2680 en Huarmaca y desembocaen la Laguna Ramón a 9.0

3500 en Ecuador y desembocaen el Océano Pacífico.

Longitud cauce principal (Km) 295 230

Qmáx de El Niño 1998 (m3/s) 4424 3800

Caudal de diseño (m3/s) Caudales con periodos de retornode 25 años = 2906m3/s, 50 años =3773m3/s y 100 años = 4546m3/s.

Caudales con periodos deretorno de 25 años = 2642m3/s,50 años = 3779m3/s y 100 años= 4770m3/s.

El régimen hidrológico de los ríos de la costa norte del Perú se divide en dos temporadas: periodo deavenidas (enero–abril) y periodo de estiaje (mayo-diciembre).

Hidráulica

Río Piura Río Puyango-Tumbes

El cálculo hidráulico del tramo urbano (Pte.Cáceres-futuro Pte. Integración: 2.8Km), serealizó con ayuda de un modelo físico esc. 1/50,

un modelo unidimensional HEC-RAS, uno bidimensional BRI–STARS y los caudales dediseño del análisis hidrológico. Los parámetroshidráulicos para el diseño definitivo fueron:

Niveles máximos de agua = 30.50 m.s.n.m.

Velocidades máximas del flujo = 5m/s.

Erosión máxima en el cauce entre 3 y 4 m.

No existe influencia de los niveles de ladesembocadura sobre el área de estudio, esto secomprobó con el HEC-RAS.

El problema de encauzamiento y protección del ríoTumbes es muy complejo. Con el modelomatemático de flujo bidimensional FESWMS-

2DH, con el caudal de diseño en el tramo urbano yel máximo caudal en la E.B. La Tuna Aabajo del puente Tumbes, se determinaron los siguientes parámetros hidráulico para el tramo urbano(Cuartel Pontoneros-E.B. La Tuna: 1.4Km):

Niveles máximos de agua 8 m.s.n.m.

Velocidades máximas del flujo = 4m/s.

El efecto de la onda remontante de la marea alta notiene mucha influencia en los niveles máximos delflujo Aarriba de la E.B. La Tuna.

Topografía

Río Piura Río Puyango-Tumbes

La topografía se realizó en dos fases:

Primera fase, levantar secciones cada 100m(represa Los Ejidos-Laguna Ramón), y prepararel plano base para construir el modelo físico deltramo urbano y elaborar el modelo matemático.

Segunda fase, ejecutar la topografía de detalle

del tramo urbano para el diseño definitivo.

Se realizó una topografía al detalle del río Tumbesnetamente hidráulica y consistió en unlevantamiento de 5000Has., desde el puenteFrancos hasta la E.B. La Tuna; la cantidad deinformación necesaria para definir la morfologíaactual del río;. Para lograr esto se usó un GPS(Sistema de Posicionamiento Global), en modo

diferencial.


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Problemática

Por la falta de un Plan Integral de Defensas Ribereñas, las anteriores obras construidas fueron afectadas por

los ríos o causaron problemas erosivos en muchas zonas del cauce. Los sectores productivos más afectadoseconómicamente son: el sector agrícola, el pesquero y el langostinero; aunque grandes pérdidas alcanzandaños en viviendas, carreteras y principalmente vidas humanas.

Los anteriores estudios realizados sobre protecciones de tramos ribereños o encausamiento de ríos; analizansólo parámetros hidrológicos del tramo a proteger, mas no de toda la cuenca del río. La experiencia en varios proyectos similares del mundo, confirma que esto provoca graves efectos como:

- Desconocimiento del Qmáx que puede ocurrir en el tramo de análisis.

- Análisis aislado de la hidráulica y flujo del río. Los niveles de agua, velocidades, erosiones y otros; secalculan usando modelos matemáticos de flujo o modelos físicos; caso contrario, no se estarían calculandoadecuadamente y provocarían el colapso de estructuras y/o costos elevados en la construcción.

- Adopción de una solución no adecuada para una sección del río, por la falta de información y análisis de losefectos sobre todos los tramos del río. La solución óptima para un tramo de río, puede provocar graves dañosy problemas en otros tramos.

Metodología recomendada para determinar un buen sistema de protección ribereña

- Recopilar datos básicos: impactos de fenómenos anteriores, registro del sistema de protección actual,topografía de la zona de estudio, hidrología (precipitaciones, caudales y niveles del río, parámetrosclimatológicos y otros), geología y geotecnia.

- Analizar los datos recopilados para conocer el comportamiento real del río y de la cuenca, elfuncionamiento del sistema de protección, mecanismo de destrucción parcial y total del sistema de

protección actual, trabajos realizados en el pasado, experiencia mundial en proyectos similares y otros.- Realizar actividades e investigaciones de campo para completar datos faltantes.

- Usar un modelo hidrológico de la cuenca para simular y definir la ocurrencia de avenidas típicas.

- Diseñar y construir un modelo físico e investigar los parámetros hidráulicos de flujo en el tramo urbano; esmuy útil el modelo físico, pero no indispensable.

- Usar modelos matemáticos de flujo para definir los parámetros hidráulicos en la zona de estudio:velocidades, fuerzas hidráulicas, niveles, erosión, secciones de control y otros.

- En base a los datos y análisis especificados, se determinan las alternativas de solución para lareconstrucción y mejoramiento del sistema de protección, analizando criterios técnicos, estructurales, de

seguridad, costos, uso de materiales locales, práctica internacional y otros.- Elegir la alternativa óptima comparando técnica y económicamente las alternativas seleccionadas.

- Elaborar el Diseño Definitivo de la alternativa seleccionada.

Sistemas de protecciones ribereñas

Protección con gaviones

Gavión, cesta de alambre galvanizado, recubierto con PVC o con aleación Zinc-Aluminio para mayor protección y relleno de canto rodado o piedra de cantera. Se usa para encauzamiento de ríos; protección ydefensa de márgenes; construcción de diques de regularización, de puentes y pasarelas provisionales; muros

de contención en carreteras, caminos forestales, líneas férreas y obras que precisen contener tierras.


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Características de las obras.- No necesitan cimentación; se adaptan al terreno; de fácil diseño; no necesitanmano de obra especializada; son flexibles; permeables; durables; son de rápido montaje y ecológicas porquelogran una integración medioambiental con el entorno. Logran una vida útil de más de 40 años.

Características del gavión.- Flexiblilidad , porque está relleno con piedra sin cementante, esto le permite

deformarse sin perder eficiencia y; permite desplazar una obra desde su base, ahorrando en excavaciones para cimentación. Permeablilidad , los intersticios del relleno permiten disipar la energía del agua y evitar lasupresión hidrostática, dando ventajas contra la flotación o desprendimiento de la obra en el cauce. Se debeevitar la pérdida del suelo y posterior hundimiento de la estructura; esto se logra con un filtro granular ogeotextil. Continuidad monolítica, los gaviones se amarran entre sí con alambre galvanizado y trabajan comouna estructura, logrando resistencia al volteo, deslizamiento y fallas por un esfuerzo mayor al de diseño. Losgaviones comerciales son: tipo saco, tipo colchón: 0.20 a 0.30m de altura y tipo caja: 0.50 a 1.50m de altura(Fig. 3):

Fig. 3 Tipos de gaviones comerciales

Protección con diques

Los diques son obras geotécnicas lineales, de material suelto a modo de pequeñas presas que defienden unterritorio contra la inundación y definen un cauce de avenidas. Emplea material del lugar y realiza básicamente movimientos de tierra, pero ocupa mucho espacio porque se construye con taludes suaves (1:3-1:4, V:H) y por tanto la base del dique es muy ancha. Su función es contener agua en movimiento unas horas

o días. Es preferible construirlos con material homogéneo.

Criterios de diseño:

- Seguridad contra desbordamientos: Dejar una sobre-elevación o borde libre (altura adicional de seguridad).Esta altura debe cubrir los errores en las estimaciones de nivel de agua, asentamientos, agrietamiento porsecado, deformaciones por sismo, alteraciones en la corona del dique por el tráfico, influencias erosivas deviento y lluvia, etc.

- Seguridad contra filtración y tubificación: Para diques con alturas entre 3 y 5m, con suelos de baja o media permeabilidad en la cimentación, suelos finos y arenosos, compactados en el cuerpo del dique, deben protegerse contra la filtración y tubificación construyendo una zanja y una pantalla impermeable al pie del

dique Aarriba, sin necesidad de filtro en la parte inferior del talud aguas abajo.- Seguridad contra erosión de taludes y corona: Las superficies externas deben asegurarse contra la erosióndebido a las velocidades máximas al flujo. La corona del dique debe protegerse contra la erosión causada porel tránsito de vehículos, viento, lluvia y otros, mediante una capa de afirmado.

- Seguridad por falta de impermeabilidad: Se asegura con un tablestacado o con un revestimiento de materialimpermeable, el revestimiento puede ser inerte (enrocado, gaviones, concreto, suelo-cemento) o de hierbas, pero no de vegetación mayor por el peligro que suponen las raíces

- Seguridad contra deslizamiento: La estabilidad de los taludes se verifica para diferentes estados; de acuerdoa la experiencia de diseño y comportamiento de estructuras similares en la zona del proyecto, se dan unosfactores de seguridad mínimos para cada estado:


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FS = 1.30 para el nivel normal de agua en el río.

FS = 1.15 para el nivel máximo de agua en el río.

FS = 1.15 para el descenso rápido del nivel de agua en el río.

FS = 1.05 para el sismo y nivel normal de agua en el río.

Protección con enrocado

El enrocado es el material más usado en la ingeniería fluvial. Su estabilidad se debe al peso de la roca y a susuperposición. Para la superposición y funcionamiento en conjunto se recomienda una granulometríavariada. Con enrocado se pueden construir estructuras cuyo funcionamiento es por gravedad: espigones ydiques longitudinales, pero son estructuras permeables y de poca resistencia ya que no existe monolitismo; por esta razón, el mayor uso del enrocado es como revestimiento, protección o defensa de otra estructura. El papel del enrocado es impedir su derrumbamiento por acción de la corriente, para lo que pone en juego suresistencia al arrastre. Una ventaja es su flexibilidad como conjunto ante un descenso del fondo del cauce por

erosión.

El diseño de una protección con enrocado (Fig. 4) debe prestar atención a la cimentación. Frecuentemente falla porderrumbamiento por haber quedado descalzada debido a laerosión del lecho junto al talud. Un talud de enrocado sedebe enterrar en el cauce hasta una profundidad adecuadafrente a la erosión. Una buena cimentación consiste en un pie de enrocado; si el cauce es desbordable se debe reforzarla cabeza para evitar daños.

La efectividad de esta protección depende del espesor del recubrimiento. Como criterio práctico un enrocadodebe estar formado por al menos dos capas de elementos. Esta protección necesita un filtro para evitar la pérdida de suelo bajo éste, debido a la acción hidrodinámica; esta pérdida ocasiona hundimientos en la protección y su posterior destrucción. Se usan filtros granulares o sintéticos: geotextiles o geomantas. Para elúltimo caso se debe evitar el punzonamiento por las aristas del enrocado. El talud natural de una proteccióncon enrocado está entre 1:1 y 1:2 (V:H).

Protección con Geoweb Cell ular

El Geoweb es una carpeta flexible con celdas poli etilénicas que pueden ser rellenadas con asfalto, arena,

grava, concreto u otro material (Fig. 5).Este sistema se usa para proteger taludes y canales contra la erosión,soportar cargas en pavimentación y para contener tierras. Esrelativamente nuevo para la zona del Perú y gran parte de losmateriales se deben importar. Necesita ser anclado al terrenomediante estacas y cables para lograr su estabilidad.

Fig. 4: Protección con enrocados

Fig. 5: Relleno de las celdas conenrocado (arriba) y concreto (abajo).


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Protección con reforestación

La vegetación se usa en taludes para renaturalizarlos y para protegerlos contra la erosión. En esto último sedestaca que es un medio efectivo, económico y no necesita mantenimiento. La hierba reduce la velocidad ytensión tangencial del fondo; las raíces vegetales resisten los esfuerzos de tracción, a modo de armadura,

mientras se ejerce un esfuerzo tangencial sobre el fondo impidiendo el arrastre. La hierba puede resistirvelocidades de 1 a 2m/s antes de ser arrancada y especies de mayor tamaño velocidades mayores. El éxito dela reforestación depende de que haya sido bien elegida para el suelo, posición de la napa freática, clima yfrecuencia de sumersión. Es lógica la pérdida de capacidad hidráulica del cauce por la espesura del bosque deribera. Existe una creciente oferta de productos y tecnologías de revegetación, para la protección de taludesribereños. Resaltan las mantas prefabricadas orgánicas y la hidrosiembra.

Protección con Cable Concrete

El “cable concrete system”, consiste en unos bloques de concretofragmentados con forma piramidal, unidos con un cable de acero

inoxidable galvanizado (Fig. 6) y pegados en la parte inferior conuna tela geotextil durante la fabricación. Esta protección comorecubrimiento representa una solución segura y de larga duración.

Aplicaciones.- Protección de orillas de lagos, riberas, canales, terraplén de alcantarillas, taludes de diques yrepresas; rampas y vías de acceso, etc.

Beneficios.- Costo efectivo para protecciones contra erosión severa; prefabricación de bloques asociados congeotextil, rápida instalación y buena calidad del proyecto; fácil mantenimiento con roca o cubierta vegetal, laraíz de las plantas aumentan la estabilidad del sistema con los años; alta resistencia al daño por hielo-

deshielo; los bloques se pueden quitar para permitir plantaciones de árboles o para cambiar bloques dañadossin comprometer la integridad del sistema; prefabricación local de los bloques siguiendo fácilmente lasespecificaciones para asegurar la calidad del sistema; es un sistema de control homogéneo; su superficie permite el acceso de peatones, tráfico de vehículos; permite una buena adaptación del sistema a cambios bruscos del suelo.

Protección con espigones

Los espigones pueden ser de enrocado o de gaviones, son usados para la protección de riberas contra laerosión. La línea que une sus extremos es la orilla “virtual”. En los espacios entre espigones se producencorrientes de retorno y en los extremos erosiones locales. (Fig. 7). La distancia entre espigones es del orden

de 3-4 veces su longitud, lo que corresponde a ángulos de “dispersión” α=15° aprox.

La desventaja de este sistema de protección es que no puedeconstruirse sobre suelos de poca resistencia debido a que la obra podría resultar seriamente dañada por los desbordes durante lasavenidas.

Fig. 7 Recirculación y erosión local en espigones.

Fig. 6: Detalle de la unión de los bloques


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Criterios generales de diseño

Criterios técnicos:

-La protección debe estar en armonía con los parámetros arquitectónicos, estéticos, humanos, urbanos yambientales de la zona;

- Durante la construcción se debe usar al máximo los recursos locales en cuanto a tecnología disponible,materiales, mano de obra, etc.;

- Aprovechar las mejores experiencias hasta ahora adquiridas dentro de la problemática, verificadas en la práctica en estructuras similares y debe tener procedimientos simples de construcción, que permitan usarmaquinaria y facilidades locales;

- Debe garantizar un comportamiento adecuado y deberá estar previsto bajo condiciones que ocurran duranteel periodo de avenidas extremas.

- No se aceptan soluciones técnicas que requieran cambios importantes de la infraestructura existente enambas márgenes como: calles, sistema de transporte, edificios, sistema de agua potable y alcantarillado, entreotros), dado que los costos de estos cambios sobrepasan los beneficios correspondientes.

- Los niveles máximos del sistema de protección (coronación de diques, muros, etc.), son limitados por lainfraestructura existente y no se deben aumentar de manera significativa, sin eliminar el acceso de la ciudadhacia el río.

- En el caso del río Piura, la mejor solución debe maximizar el caudal que puede transportar la cajahidráulica actual, sin inundación y ni destrucción del sistema de protección. De ser el caso, se debe prever unsistema de control y regulación de avenidas en la cuenca alta.

- Se recomienda limitar el número de tipos distintos de protección que se aplicarán.

- La solución aplicada del sistema de protección no debe tratarse como definitiva y sin posibilidades demejoramiento y ajuste. Es importante que las instituciones locales organicen el control, observación yanálisis del comportamiento real del sistema de protección, para definir ajustes eventuales. En este sentido, elsistema de protección debe ser flexible, permitiendo ajustes eventuales en el futuro.

- La estabilidad de las protecciones flexibles debe verificarse para las condiciones en que se manifiesta laerosión del fondo del río, la socavación del suelo por debajo de la protección y la sedimentación después dela época de avenidas.

- Las principales características de las protecciones flexibles se determinan de acuerdo a las recomendacionesde los proveedores basadas en las condiciones y requerimientos hidráulicos (máxima velocidad y profundidad de agua, pendiente de fondo, coeficiente de rugosidad, etc.) y en base al criterio de que la

tensión de arrastre es menor o igual a la tensión permitida en el fondo y tensión critica en la orilla.- La longitud de la carpeta horizontal flexible se define en base a la profundidad promedio de erosión, deacuerdo a los resultados del modelo físico o matemático: L = 2 x Pe, donde L es la longitud de la protecciónflexible y Pe es la profundidad de la erosión.

Lo primordial para aceptar una solución técnica de las obras de protección es la elección de las alternativas que, según el concepto de protección flexible, cumplan con su propósito, brindando el mayor grado deseguridad, tanto a la protección misma como a la zona urbana.


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Criterios económicos:

- Se recomienda que la solución técnica tenga el menor costo, pero el criterio económico no debe ser primordial sobre los parámetros de seguridad, incorporación adecuada en el cuerpo urbano y operaciónóptima del sistema de protección.

- Para bajar costos, el nuevo sistema de protección debe incorporar, en lo posible, las estructuras existentes, pero sólo las que garanticen una operación totalmente segura del sistema de protección.

- La comparación de las alternativas, puede realizarse en base a los costos por metro lineal y; la comparaciónde costos y selección de la alternativa óptima se puede realizar con los costos directos, porque el principalobjetivo es definir el rango y ventaja económica de cada alternativa y no el costo total.

Alternativas de selección

Se debe dejar en claro que ambos ríos tienen un sistema de protección rígido ya construido y consiste en unmalecón con losas de concreto y tablestacas al pie del talud. Lo que se buscó en el estudio fue proteger el

malecón ante problemas de erosión y socavación del cauce, lo cual puede generar pérdidas en la estabilidadde la protección existente. Entonces lo que se pretende es buscar el mejor sistema de protección flexible queasegure la estabilidad de los malecones. Según experiencias mundiales, existen en la práctica tres alternativasde protección flexible:

- La primera, contempla el colchón de gaviones, monolitizado y reforzado con fuerte malla armada.

- La segunda, consiste en la aplicación de la llamada tecnología “Geoweb Cellular” que comprende celdas de polietileno rellenadas (en este caso) con concreto.

- La tercera, consiste en unas losas fragmentadas de concreto unidas con cables de acero inoxidable.

Las tres alternativas difieren desde el punto de vista de aplicación de tecnología, materiales, vida útil ycomportamiento y; se caracterizan por: una carpeta flexible monolitizada y anclada en una viga de

coronación de tablestacas o viga de cimentación, un filtro geotextil que evita el lavado del suelo de base.La carpeta horizontal flexible, protege el pie del talud contra la socavación, siguiendo las deformaciones delfondo según el proceso erosivo en el tiempo. Su longitud se define en base al cálculo estimado de la máximaerosión en el cauce, sin alterar su capacidad hidráulica. El nivel altimétrico de la plataforma se define con elnivel mínimo promedio de agua, para que en la construcción permanezca seco.

ALTERNATIVA 1: Protecciónantierosiva con carpeta flexibletipo gaviónico

ALTERNATIVA 2: Protecciónantierosiva con carpeta flexibletipo geoweb

ALTERNATIVA 3: Protecciónantierosiva con carpeta flexibletipo cable concreto

La protección se logra colocandouna carpeta flexible tipo

gaviónico sobre el talud y sobre elfondo del cauce.

Componentes del sistema:

-Material de relleno comúncompactado en talud y base.

-Geotextil, protección contra pérdida del material de base,

-Capa de grava natural, para nodañar el geotextil cuando setrabaja con el gavión.

-Carpeta flexible, formada por

La protección se logra colocandouna carpeta flexible tipo geoweb,

celdas tipo GW30V80840PT polietilénicas de alta densidad,rellenas con concreto. El tamañoconsiderado tiene 8 celdas deancho por 40 celdas de largo y dealtura 20 cm (2.80 x 10.40 x 0.20m), esta altura aumenta el pesounitario del sistema y logra daruna resistencia al empuje, peroaumenta la rigidez a la flexión, loque no se quiere en este caso. Suinstalación comprende:

-Estacas de fierro galvanizado de

La protección se logra colocandouna carpeta flexible denominada

“Cable Concrete System”, queconsiste en unas losasfragmentadas de forma piramidal(de magnitud 40x40x22 cm),unidas con cables de aceroinoxidable. Estas características permiten alta flexibilidad paraadaptarse a las deformaciones.

El sistema está provisto de cables,ganchos y anclajes que garantizanuna estabilidad bilateral y verticalde la carpeta en las condicionesde turbulencia del flujo.


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gaviones tipo caja e=0.50m,reforzados y anclados. Se refuerzamediante una doble malla deacero colocada debajo y sobre los

gaviones. Estas mallas dan unrefuerzo adicional y hacenmonolítica la carpeta. Se empotraen vigas de anclaje. La últimamitad de la estructura horizontalsobre el cauce, no tiene armadurade refuerzo, porque esta parteasumirá las deformaciones.

-Finalmente, se construye unalosa de concreto sobre el talud; para proteger a la estructura

gaviónica contra posiblesdepredadores, a la malla de acerocontra la oxidación y para dar unmejor acabado.

φ=½” para fijar las secciones enel proceso constructivo y mejorarla estabilidad.

-Grapas galvanizadas de φ=½” para la unión de secciones.

-Tendones de poliester tipo TP-93 para fijar las geoceldas en la vigay transmitir las tensionesresiduales que no pueden serabsorbidas por la fricción en la base de la geocelda con el talud.

-Geotextil de polipropileno, como protección contra el lavado delmaterial de la base.

-La carpeta flexible de Geowebestá cimentada sobre una base dematerial de relleno comúncompactado.

Además, se colocará un mantogeotextil debajo de las losasunidas, que permitirá aliviar la presión hidrostática sin lavar el

material de base.Existe la ventaja de que estacarpeta pueda producirse demanera prefabricada conelementos de magnitud 2.44 x4.88 m que permite unainstalación muy simple y rápida.

Selección de la mejor alternativa técnico-económica

A continuación se muestra una comparación de las tres alternativas:

ALTERNATIVA 1 ALTERNATIVA 2 ALTERNATIVA 3

Ventajas:

-Aprovechamiento al máximo de

recursos locales: tecnología,materiales y similares;

-Solución segura y duradera, si nohay agentes agresivos en el cauce.

-Existe experiencia local.

Desventajas:

-Solución técnica más costosa,costo por ml: US$684.70*;

-Limitaciones de seguridad ydurabilidad en las condicionesdadas, con salinidad del agua delrío Piura rela tivamente alta;

-Velocidades del río Piura durantelas avenidas llegan a 5m/s, lo quelimita su aplicación adecuada;

-El sistema de protección no se prefabrica y su plazo deconstrucción es largo;

-Adaptación a los cambios dellecho por erosión es más lenta.

Ventajas:

-Instalación muy simple y rápida;

-Es una alternativa moderna yaplica la combinación de variosmateriales;

-Alternativa menos costosa que laalternativa 1;

-Existe experiencia en proyectossimilares fuera del Perú.

Desventajas:

-Solución técnica más costosa quealternativa 3, costo por ml:US$647.36*;

-Flexibilidad limitada, tienemenor adaptación a los cambiosde forma del lecho por erosión;

-Menor aprovechamiento de losrecursos locales;

-No existe experiencia local deaplicación.

Ventajas:

-Solución técnica más económica,

costo por ml US$602.90*;-Flexibilidad máxima, se adapta acualquier tipo de cambios delfondo y tendencias de erosión;

-Solución muy segura duradera;

-Instalación muy simple y rápida,con alto grado de prefabricación;

-Existe experiencia en proyectossimilares fuera del Perú.

Desventajas:-No existe experiencia local deaplicación;

-Menor aprovechamiento de losrecursos locales;

* Costos a enero de 2001 en la zona de Piura, para la sección de la Fig. 8.


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Soluciones adoptadas en el tramo urbano

Río Piura .- evaluando las ventajas, desventajas yverificando el funcionamiento de las alternativas bajo lascondiciones de avenidas máximas en modelo físico y; tomando en cuenta las opiniones de expertosinternacionales y de la zona de estudio; se eligió la alternativa 3 (Fig. 8), como la mejor para este río con las

ventajas técnicas y económicas ya especificadas. Los resultados del modelo confirman que este sistema de protección cumple su papel de controlar el proceso de erosión y de proteger la parte rígida del sistema de protección actual (losas de concreto y tablestacas).

Fig. 8: Sección típica de la protección flexible para el tramo urbano de la ciudad de Piura

Río Tumbes , se evaluaron las ventajas y desventajas de las alternativas y; se tomaron en cuenta opiniones deexpertos internacionales y de la zona de estudio, eligiendo la alternativa 1(Fig. 9), como la mejor para esterío dado que la aplicación de gaviones es la solución apropiada para el tiempo de ejecución requerido y se puede usar materiales, equipo y mano de obra local, que fue uno de los criterios claves del proyecto.

Fig. 9: Sección típica de la protección flexible para el tramo urbano de la ciudad de Tumbes

Conclusiones y recomendaciones

-La mejor solución no será la misma para todos los ríos sino que depende de las condiciones propias de cada

caso como se demostró en los ríos Piura y Tumbes.- Cuando se estudia un río, se deben tener en cuenta todos los parámetros hidrológicos y geomorfológicos

que influyen en su comportamiento hidrodinámico; estos son: la forma de la cuenca y del río, la pendientey material del cauce, taludes, precipitaciones, caudales, velocidades del flujo, tipo de sedimentos quetransporta, geología y geotécnia, obras de ingeniería existentes dentro del cauce principal y otros. Enresumen, el manejo total de un río nunca deberá hacerse independientemente del manejo de la cuenca porque la cuenca y el río que la drena forman una unidad indisoluble.

- La aplicación de modelos matemáticos de flujo resulta ser una herramienta confiable para el cálculo de los parámetros hidráulicos que se usarán en la selección y diseño del sistema de protección. Debido a queabarca una mayor área de análisis en comparación con los modelos físicos.

GAVIONESTIPOCAJALX 1.0X 0.5

LINEA DETERRENO NATURAL

CAPA DE GRAVA NATURALe= 10 cm

REFORZAMIENTOCAPASUPERIOR

GAVIONESTIPOCAJALX 1.0X 0.5

GEOTEXTIL450gr/m²

VIGA DE ANCLAJE

REFORZAMIENTOCAPA INFERIOR

VIGA DE ANCLAJE

GAVIONES

CAPA DE GRAVA NATURAL

CAPAINFERIORDE GAVIONESREFORZAMIENTO

GEOTEXTIL450gr/m²

CONCRETO SUPERFICIAL

SECCION TIPICA - TUMBES

SECCIÓN TÍPICA - PIURA

22.75

Carpeta flexible horizontal

1.51

11.5

TABLESTACA DECONCRETO (EXISTENTE)

RCc

GEOTEXTILANCLAJES

4.88

CABLE CONCRETE

CABLE CONCRETELINEA DETERRENO

12

25

LOSA DE CONCRETO

FILTRO

30.10

1

2

2

.

4

4

GEOTEXTIL 220gr/m²

CABLE

ESTRUCTURA EXISTENTE - Zona del malecónPROTECCION FLEXIBLE

PLANTA DE CABLE CONCRETE

NATURAL

220gr/m²

o similar

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Referencias bibliográficas

- Estudio Integral de Defensas Ribereñas del río Tumbes; Instituto de Hidráulica, Hidrología e IngenieríaSanitaria-Universidad de Piura, 2000

- Estudio para el Tratamiento Integral del río Piura; Instituto de Hidráulica, Hidrología e IngenieríaSanitaria-Universidad de Piura, 2001

- Diseño de presas pequeñas: una publicación técnica de recursos hidráulicos. Department of the Interior.Bureau of Reclamation. 1966.

- Ingeniería Fluvial ; Juan P. Martín Vide.

- Regulación y Control de Río s, Wolfgang Schröder.

- Información de distribuidores de productos de sistemas de protecciones ribereñas.

sistema de protaccion rivereña urbana

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