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DEFENSAS FLUVIALES
CON ESPIGONES
ARTURO ROCHA FELICES Consultor de Proyectos Hidráulicos
Junio 2015
RÍO TUMBES
El texto asociado
a estas diapositivas se encuentra en:
“DEFENSAS FLUVIALES CON ESPIGONES”
Actualizado a Junio 2015
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DEFENSAS FLUVIALES
CON ESPIGONES
CONTENIDO
1. El comportamiento de los ríos
2. Las defensas fluviales
3. Los espigones
4. Espigones permeables e impermeables
5. Diseño y construcción del sistema de defensa
6. Control de la migración de un meandro
7. Conclusiones y Recomendaciones
DEFENSAS FLUVIALES
CON ESPIGONES
CONTENIDO
1. El comportamiento de los ríos
2. Las defensas fluviales
3. Los espigones
4. Espigones permeables e impermeables
5. Diseño y construcción del sistema de defensa
6. Control de la migración de un meandro
7. Conclusiones y Recomendaciones
1. EL COMPORTAMIENTO DE LOS RÍOS ALUVIALES
Los ríos aluviales son los que corren
sobre un material transportado por ellos
mismos y que les permite adquirir su:
Este proceso se llama
“AUTOAJUSTE” S, B, y = (Q, T, d) φ
Pendiente
Ancho, y
Tirante
El gasto líquido
El gasto sólido, y
La granulometría
En función
de:
Arturo Rocha Felices
Lecho: material no cohesivo (transportable).
Tendencia natural al cambio.
Inestabilidad.
Tienen cambios de
intensidad variable.
Tienen cambios con
velocidad variable.
•Pequeños
•Severos
•Rápidos
•Lentos
UN RÍO ES UN ELEMENTO ESENCIALMENTE DINÁMICO
CARACTERÍSTICAS DE
LOS RÍOS ALUVIALES
Hay restricciones que impiden que un río
se comporte libremente. Ellas pueden ser:
• Naturales
• Artificiales
Cuando un río adquiere libremente su
pendiente, ancho y tirante, o cuando expresa
esa tendencia, se está comportando como un
río aluvial. Se encuentra “en régimen”.
CURSOS DE AGUA “EN RÉGIMEN”
Arturo Rocha Felices
EL TERRITORIO FLUVIAL
El manejo y control de un río implica mucho más
que aquello que está restringido al cauce fluvial. El
río tiene una tiene un área de influencia mucho más
grande. De acá el concepto de Territorio Fluvial.
En consecuencia, el concepto de defensas ribereñas
con espigones debería verse dentro de una
perspectiva muy amplia.
El concepto de Territorio Fluvial se trató en
España, de forma consensuada, en la Estrategia
Nacional de Restauración de Ríos, en la que se
propuso la siguiente definición:
“Es un espacio del río, que incluye el cauce, el corredor ribereño y, total o parcialmente, la llanura de inundación. Y se trata de un espacio a reivindicar, que choca con los intereses socioeconómicos sobre la red fluvial. Es una banda geomorfológica y ecológicamente activa, de máxima eficiencia y complejidad como sistema natural…” “Sus límites no deberían ser permanentes, sino adaptados a la movilidad fluvial. Debería ser una figura de ordenación del territorio, una adaptación a la Dinámica Fluvial…” Alfredo OLLERO, Askoa IBISATE y Josu ELSO. El
territorio fluvial. Espacio para la restauración y la
mitigación de riesgos.
EL TERRITORIO FLUVIAL
DEFENSAS FLUVIALES
CON ESPIGONES
CONTENIDO
1. El comportamiento de los ríos
2. Las defensas fluviales
3. Los espigones
4. Espigones permeables e impermeables
5. Diseño y construcción del sistema de defensa
6. Control de la migración de un meandro
7. Conclusiones y Recomendaciones
Arturo Rocha Felices
2. LAS DEFENSAS FLUVIALES
DISCONTINUAS (Espigones)
CONTINUAS (Marginales o longitudinales)
En un mismo río puede haber tramos que
tengan defensas continuas, y otros que tengan
defensas discontinuas. Cada tramo fluvial
puede ser hidráulicamente diferente a los otros.
También pueden serlo las otras condiciones que
determinan el tipo de defensa.
Arturo Rocha Felices
Se apoyan sobre el hecho y el talud. Constituyen un contacto permanente con la orilla fluvial, cuyo contorno siguen.
• Diques de tierra
• Muros de concreto
En ellas se debe resolver el grave problema de diseñar una cimentación adecuada, dependiente de las profundidades de erosión (degradación) que pueda alcanzar el lecho fluvial. Pueden ser:
DEFENSAS DISCONTINUAS
ESPIGONES
DEFENSAS CONTINUAS
•Tablestacados, y
• Otros sistemas,
En defensas fluviales En protecciones costeras
USO DE LOS ESPIGONES
Espigones en el río Chira Defensas costera con espigones
ESPIGÓN
ESPIGONES EN EL RÍO TUMBES
ESPIGONES EN EL RÍO TUMBES
ESPIGONES EN EL RÍO CHIRA
PROTECCIÓN FLUVIAL CON ESPIGONES: RÍO LEK- HOLANDA
DEFENSA CON ESPIGONES EN EL RIO ELBA (ALEMANIA Y REP. CHECA)
RÍO DANUBIO
PROTECCIÓN COSTERA CON ESPIGONES.
PORTIMAO ALGARVE (PORTUGAL)
DEFENSAS FLUVIALES
CON ESPIGONES
CONTENIDO
1. El comportamiento de los ríos
2. Las defensas fluviales
3. Los espigones
4. Espigones permeables e impermeables
5. Diseño y construcción del sistema de defensa
6. Control de la migración de un meandro
7. Conclusiones y Recomendaciones
Arturo Rocha Felices
3. LOS ESPIGONES
a) Definiciones
b) Objetivos
c) Funciones
d) Forma
e) Ventajas y desventajas
Arturo Rocha Felices
a) DEFINICIONES
Los espigones son elementos que arrancan de la
orilla fluvial, a la que pueden estar empotrados o
no, y penetran dentro de la corriente fluvial.
El espigón es un “Macizo saliente que se construye
a la orilla de un río o en la costa del mar, para
defender las márgenes o modificar la corriente.”
(DRAE).
LOS ESPIGONES SON ELEMENTOS TRANSVERSALES A LA CORRIENTE
Arturo Rocha Felices
PARTES DE UN ESPIGÓN
El empotramiento, de longitud LE.
El cuerpo del espigón, de longitud LT.
La “cabeza”, “punta” o “nariz”.
La cresta o corona.
La fundación.
Arturo Rocha Felices
EN LAS DOS FIGURAS SIGUIENTES SE APRECIA:
Las características generales de un espigón.
La longitud del empotramiento (LE) y la longitud del trabajo (LT) de un espigón.
La pendiente de la cresta del espigón hacia el eje del río (Perfil longitudinal, corte A-A).
Las características de la cabeza del espigón.
La fundación: es una transición entre el cuerpo del espigón y el lecho fluvial.
Arturo Rocha Felices
“Cabeza”,
“punta” o “nariz”
LT LE
Cresta o Corona
ESPIGÓN EN EL RÍO TUMBES
Pendiente
Pendiente
CORTES DEL ESPIGÓN EN EL RÍO TUMBES
ESQUEMA TÍPICO DE UN ESPIGÓN RECTO
CON CABEZA REDONDEADA
(U.S. Department of Transportation)
Ancho mínimo Delantal con roca
Margen
Talud
Talud
Se observa que en este esquema
prácticamente no hay empotramiento
Arturo Rocha Felices
SECCIÓN TRANSVERSAL DE UN ESPIGÓN
(Jaime Suárez Díaz)
DEFENSAS DISCONTINUAS: CARACTERÍSTICAS
GENERALES DE LOS ESPIGONES
Son cuerpos extraños dentro de la corriente.
Son elementos de protección indirecta.
Forman parte de una orilla virtual.
Deben verse como una secuencia o conjunto de elementos armoniosamente vinculados.
No deben verse como elementos aislados (salvo que sean deflectores).
Son vulnerables a la fuerza del agua.
Requieren mantenimiento continuo.
Son más económicos que una defensa continua.
Arturo Rocha Felices
LOS OBJETIVOS Y FUNCIONES DE
LOS ESPIGONES GUARDAN
ESTRECHA RELACIÓN CON SU TIPO:
PERMEABLES (Retardadores)
IMPERMEABLES (Deflectores)
Arturo Rocha Felices
b) OBJETIVOS DE LOS ESPIGONES
Defensa de las márgenes contra la erosión (retardadores).
Formación de un cauce más profundo para navegación (deflectores).
Desviar u orientar la corriente (problemas especiales).
Retardadores-deflectores (cumplen dos funciones).
VISTA EN PERSPECTIVA DE ESPIGONES
FORMADOS POR GAVIONES
(Torrent Control & Streambed Stabilization, FAO)
Se observa el
empotramiento de los
espigones ubicados en la
parte cóncava de una
curva fluvial.
Ejemplo de defensa de
las márgenes contra la
erosión (espigones
retardadores).
Arturo Rocha Felices
c) FUNCIONES GENERALES
DE LOS ESPIGONES
Reducir la velocidad de la corriente cerca de la
orilla
Desviar (alejar) la corriente de la orilla.
Prevenir la erosión de las márgenes.
Establecer un ancho determinado para el río.
Fijar las márgenes: estabilizar el cauce fluvial.
Controlar la migración de meandros.
Crear el efecto de curva en una bocatoma.
Otras.
Sedimentación
Arturo Rocha Felices
d) FORMA DE LOS ESPIGONES (a partir de Suárez Díaz)
Recto con Cabeza Redondeada.
Sección Transversal Variable.
Espigón en T.
Espigón en L.
Espigón Mixto.
Espigón de doble ángulo.
Tipo “Hockey”.
Tipo “Hockey” Invertido.
En ninguna de las
figuras
correspondientes a
las formas se ha
mostrado
empotramiento.
Arturo Rocha Felices
RECTO CON CABEZA REDONDEADA
La cabeza o punta del espigón es más robusta.
Tiene algún sistema de protección contra la socavación que tiende a desarrollarse en sus alrededores. Tiene facilidad constructiva.
Es más económico
SECCIÓN TRANSVERSAL VARIABLE
CON CABEZA REDONDEADA
ESPIGÓN EN T
La T generalmente es a 90°
con respecto al espigón.
Arturo Rocha Felices
Actúan como protección contra la socavación. Tienen mayor facilidad para el depósito de sólidos entre los espigones. Son más costosos.
ESPIGÓN EN L (TIPO MARTILLO)
Martín Vide llama a esta forma “elemento híbrido de
espigón y dique longitudinal.” (Ingeniería de Ríos)
ESPIGÓN MIXTO ESPIGÓN DE DOBLE ÁNGULO
TIPO “HOCKEY” TIPO “HOCKEY” INVERTIDO
Arturo Rocha Felices
e) VENTAJAS DE LOS ESPIGONES
Facilidad de construcción y de supervisión.
Bajo costo.
Facilidad de mantenimiento y reparación.
Diversidad de materiales.
Susceptibles de mejorarse.
Se usa la experiencia local.
Se pueden construir por Etapas.
Uso de mano de obra no especializada.
El costo de mantenimiento disminuye con el paso del tiempo.
“La falla de un espigón no hace peligrar los demás.” (Maza)
DESVENTAJAS DE LOS ESPIGONES
Son elementos extraños dentro de la corriente.
Socavación alrededor de la punta.
Disminución del área hidráulica del cauce.
Otras.
EN ALGUNOS CASOS
UNA DE LAS
DESVENTAJAS DE UNA
DEFENSA CON
ESPIGONES ES EL
ESTRECHAMIENTO
RESULTANTE EN LA
CAJA FLUVIAL.
Arturo Rocha Felices
DEFENSAS FLUVIALES
CON ESPIGONES
CONTENIDO
1. El comportamiento de los ríos
2. Las defensas fluviales
3. Los espigones
4. Espigones permeables e impermeables
5. Diseño y construcción del sistema de defensa
6. Control de la migración de un meandro
7. Conclusiones y Recomendaciones
Arturo Rocha Felices
4. ESPIGONES PERMEABLES E
IMPERMEABLES
a) Espigones permeables
b) Espigones impermeables
c) Comparación y elección del tipo
de espigón
d) Materiales empleados
e) Mantenimiento
Arturo Rocha Felices
a) ESPIGONES PERMEABLES
Defienden las márgenes contra la erosión.
Protegen y robustecen la orilla.
El agua, cargada de sedimentos finos, debe
pasar a través de ellos.
El espacio comprendido entre un espigón y
otro debe rellenarse con los sedimentos (para
que luego crezca vegetación).
Se van modificando y adaptando a las
circunstancias.
Los requerimientos de construcción son
simples.
Arturo Rocha Felices
Los espigones
pueden ser:
De alta
permeabilidad
o de baja
permeabilidad.
La “permeabilidad”(%) Es una medida de la proporción de
vacíos que tiene el cuerpo del espigón en la dirección de la corriente.
ESPIGONES PERMEABLES (RETARDADORES)
Arturo Rocha Felices
Se está retirando de una turbisonda cilíndrica la muestra de
agua-sedimentos obtenida del río. Obsérvese el color del agua.
Si no hubiese sólidos en suspensión (sedimentos) obviamente
no habría depósitos (sedimentación) entre los espigones.
SÓLIDOS EN SUSPENSIÓN
Arturo Rocha Felices
Planta
Corte longitudinal
ESPIGÓN PERMEABLE DE PILOTES,
EN EL BAJO MISSISSIPPI (Alta permeabilidad)
2 filas 3 filas 4 filas
ESPIGÓN PERMEABLE DE PILOTES,
EN EL BAJO MISSISSIPPI (Alta permeabilidad)
2 filas 3 filas 4 filas
ESPIGÓN PERMEABLE DE PILOTES,
EN EL BAJO MISSISSIPPI (Alta permeabilidad)
Arturo Rocha Felices
b) ESPIGONES IMPERMEABLES
Su función es alejar la corriente de la orilla.
Son fundamentalmente deflectores.
Producen un estrechamiento del cauce y un aumento
del calado (profundización).
Los procedimientos constructivos son menos simples.
Se trata por lo general de “estructuras definitivas”.
Favorecen la navegación (cuando aumentan el calado).
Arturo Rocha Felices
ESPIGONES IMPERMEABLES (Deflectores)
Alejan la corriente de la orilla.
Estrechan el cauce y aumentan el
calado.
Favorecen la navegación.
La construcción es más compleja. “Estructuras definitivas”.
Arturo Rocha Felices
Vaguada.- “Línea que marca la parte más
honda de un valle, y es el camino por donde
van las aguas de las corrientes naturales.” (DRAE 2012)
TALWEG O VAGUADA
Talweg es una palabra alemana que se
origina en:
Tal que significa valle, y
Weg que significa camino.
En inglés suele usarse la palabra thalweg.
Arturo Rocha Felices
ESTRECHAMIENTO DEL CAUCE CON FINES
ECOLÓGICOS MEDIANTE UN SISTEMA DE ESPIGONES
DEFLECTORES (J. P. Martín Vide)
.
Arturo Rocha Felices
Longitud inicial
del espigón
Ancho inicial
del río
Ancho final
del río
Longitud final
del espigón
Arturo Rocha Felices
FIJACIÓN DE UN CAUCE MENOR INSCRITO EN UNO
MAYOR POR MEDIO DE ESPIGONES
(Martín-Vide)
FORMACIÓN DE UN CAUCE CON ESPIGONES
DEFLECTORES (Jaime Suárez Díaz)
Carretera a proteger
Erosión
Espigones
Planta
Zona que se espera
remover con los espigones
Canal deseado
En las dos láminas siguientes se ve el proceso seguido
Situación sin Proyecto:
Hay un fuerte estrechamiento y la erosión en la margen
izquierda amenaza a una carretera.
Arturo Rocha Felices
FORMACIÓN DE
UN CAUCE CON
ESPIGONES
DEFLECTORES
(Jaime Suárez Díaz)
Carretera a proteger
Erosión
Estrechamiento
Situación con Proyecto:
Los espigones deflectores forman una nueva orilla. Se elimina el
obstáculo de la margen derecha. Desaparece la amenaza.
Arturo Rocha Felices
FORMACIÓN
DE UN CAUCE
CON
ESPIGONES
DEFLECTORES
(Jaime Suárez
Díaz)
Carretera a proteger
Erosión Espigones
Canal deseado
ESTRECHAMIENTO DE UN PEQUEÑO CURSO DE
AGUA USANDO ESPIGONES DE BAJO COSTO
(The River Restoration Center, Reino Unido)
• Curso de agua: Río Avon.
• Localización: Salisbury, Wiltshire. Inglaterra.
• Fecha de construcción: octubre de 1997.
Arturo Rocha Felices
Como consecuencia de malas prácticas, este
pequeño curso de agua se ensanchó demasiado,
por destrucción de sus bancos. Para corregir esta
situación se angostó el río mediante un sistema de
espigones de muy bajo costo.
Porcentaje de reducción del
ancho
Arbustos
Arbustos
Sedimentación
α = 120 ,
excepto
A4= 150
Inclinación de los espigones
RÍO AVON
EJEMPLO DE UN ESPIGÓN IMPERMEABLE
TRABAJANDO COMO DEFLECTOR
BOCATOMA CON EFECTOS ESPECIALES
Arturo Rocha Felices
Mediante un espigón deflector se crea un
efecto de curva, con el objeto de que la
captación se realice desde la parte exterior de
la curva así creada. De esta manera se puede
disminuir notablemente el ingreso de sólidos de
fondo a la captación.
ESPIGÓN
(Deflector)
Arturo Rocha Felices
Estudio en modelo en
el Laboratorio
Nacional de Hidráulica
Arturo Rocha Felices
Estudio en modelo en
el Laboratorio
Nacional de Hidráulica
ESPIGÓN
(Deflector)
c) FACTORES QUE DETERMINAN LA SELECCIÓN
DEL TIPO DE ESPIGÓN
Función.
Características del río.
Características del tramo fluvial específico.
Disponibilidad de materiales.
Costos.
Restricciones en el mantenimiento
Experiencia local.
Tiempo disponible.
Otros.
Arturo Rocha Felices
d) ELEMENTOS Y MATERIALES EMPLEADOS
Roca.
Madera o bambú.
Gaviones.
Concreto.
Elementos prefabricados
Tetrápodos.
Hexápodos.
Geotubos rellenos de material.
Acero (pilotes).
Fajina (“matress”).
Sacos de concreto.
Sacos de mortero
(bolsacreto).
Muchos otros más.
SE USA EL MATERIAL
DISPONIBLE EN LA ZONA
Arturo Rocha Felices
PIRÁMIDE
TRUNCADA GAVIÓN
ESPIGONES DE DIVERSOS MATERIALES
(Bendegom L. Van, Zanen A. y otros)
PRISMA TRIANGULAR
ESPIGONES FORMADOS CON GAVIONES
Arturo Rocha Felices
ESPIGONES FORMADOS CON BOLSACRETO
(Jaime Suárez Díaz )
Arturo Rocha Felices
e) MANTENIMIENTO
Los espigones requieren mantenimiento continuo.
Especialmente después de cada avenida grande.
Se va mejorando el diseño.
La reparación y el mantenimiento se hacen en el estiaje.
Arturo Rocha Felices
DEFENSAS CON ESPIGONES
CONTENIDO
1. El comportamiento de los ríos
2. Las defensas fluviales
3. Los espigones
4. Espigones permeables e impermeables
5. Diseño y construcción del sistema de defensa
6. Control de la migración de un meandro
7. Conclusiones y Recomendaciones
5. DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN
DEL SISTEMA DE DEFENSA
a) Concepción del sistema
b) Orientación
c) Socavación
d) Longitud
e) Separación
f) Otros aspectos del diseño
g) Construcción por etapas
Arturo Rocha Felices
FUNDAMENTOS DEL DISEÑO
Consideraciones teóricas.
Experiencia y observación.
Investigaciones de laboratorio.
Modelos hidráulicos.
a) CONCEPCIÓN DEL SISTEMA
NO HAY FÓRMULAS NI REGLAS RÍGIDAS
Naturalmente que antes de empezar el diseño de un
sistema de espigones es necesario conocer las
características del río y del transporte sólido
fluvial, porque los espigones interactúan
fuertemente con las descargas de agua y de sólidos,
de un modo que debe ser previsto en los estudios.
ASPECTOS GENERALES
Algunos autores recomiendan no usar espigones
con pendientes mayores del 2%, pues las altas
velocidades atentan contra su estabilidad, pero esto
tiene que examinarse en función de la totalidad de
las características hidráulicas involucradas y de la
finalidad buscada.
Tener mucho cuidado al extrapolar resultados.
Tener en cuenta muchos aspectos (desde Hidráulica
Fluvial y Transporte de Sedimentos hasta
Materiales de Construcción).
Determinar la longitud de márgenes a protegerse.
Aprovechar la experiencia local.
No alterar demasiado el comportamiento fluvial.
Respetar las leyes de la Hidráulica Fluvial (Blench).
Determinar el ancho del “nuevo” río.
Conservar radios de curvatura.
Seleccionar cuidadosamente el tipo de espigón.
ALGUNAS CONSIDERACIONES PARA EL DISEÑO
Arturo Rocha Felices
El diseño de un sistema de espigones se basa en las consideraciones señaladas en las láminas anteriores. Como todos los ríos son diferentes resulta que las observaciones deben analizarse bajo esta consideración. Lo que en un lugar funciona bien no necesariamente funciona bien en otro lugar. Los estudios de laboratorio y los modelos hidráulicos se refieren, por lo general, a situaciones específicas. Es por eso que frecuentemente encontramos recomendaciones de diseño que resultan ser contradictorias. En conclusión, en el diseño de un sistema de defensa con espigones debe primar el buen juicio y la experiencia del ingeniero proyectista.
COMENTARIOS SOBRE LOS FUNDAMENTOS DE DISEÑO
2 B ≤ R ≤ 8 B
B: Ancho del río R: Radio de curvatura
(J. A. Maza Álvarez)
Sedimentación
RECOMENDACIONES PARA EL RADIO DE CURVATURA
Para ríos con anchos no
mayores de 150 metros.
Para grandes ríos la
relación R/B podría
llegar a 20.
“Al respetar los radios anteriores, la defensa
que se haga en base a espigones trabajará
eficientemente. Si los radios de curvatura son
menores, la separación de los espigones
disminuye y económicamente es preferible
construir una defensa marginal apoyada en la
orilla. Si los radios son mayores, el río tiende a
formar un cauce con menores radios dentro de
la curva y no todos los espigones trabajan
eficientemente.”
J. A. Maza Álvarez
RECOMENDACIONES PARA EL RADIO DE CURVATURA
EL DISEÑO DEBE CONSIDERAR LO SIGUIENTE:
Longitud del tramo fluvial que
requiere protección.
Selección del tipo de espigón.
Características de los espigones:
• Materiales
• Orientación (Ángulo)
• Socavación
• Longitud
• Separación
LOCALIZACIÓN EN PLANTA
EL ANCHO B DEL RÍO SE DETERMINA COMO
PARTE DEL ESTUDIO DE HIDRÁULICA FLUVIAL
Si los espigones resultasen muy próximos
sería preferible una defensa continua.
Hay que determinar cuidadosamente la
“orilla virtual”.
Cuando la curva fluvial es uniforme todos
los espigones tienen la misma longitud,
ángulo de orientación y separación.
A ángulo recto (con la orilla)
Inclinados:
Protección continua:
(Sin espigones)
a) Hacia aguas arriba
b) Hacia aguas abajo
α = 90o
α > 90o
α < 90o
b) ORIENTACION DE LOS ESPIGONES
α = 180o
Es el ángulo formado hacia aguas abajo por el eje
del espigón y la tangente a la margen en el punto de
arranque del espigón.
α
ORIENTACIÓN (ÁNGULO)
VISTA DE UN TRAMO RECTO
Arturo Rocha Felices
Generalmente son impermeables.
Se usan para favorecer la navegación.
Pueden ser normales a la orilla o a la
dirección de la corriente.
ESPIGÓN NORMAL A LA CORRIENTE
En la figura siguiente se observa las
perturbaciones en el flujo y en el lecho fluvial
producidas por un espigón normal a la orilla.
Arturo Rocha Felices
α = 90o
ESPIGÓN NORMAL A LA CORRIENTE
ESPIGÓN INCLINADO HACIA AGUAS ARRIBA
Generalmente son los más usados.
Muy buen efecto de sedimentación
entre ellos.
Algunos autores recomiendan un
ángulo de 100º a 120º.
Arturo Rocha Felices
α > 90o
ESPIGÓN INCLINADO HACIA AGUAS ABAJO
Opiniones muy divididas sobre su conveniencia.
“Atraen el flujo hacia la orilla y, por lo tanto, nunca deben colocarse en la parte cóncava de las orillas.” (Przedwojski)
Arturo Rocha Felices
α < 90o
EN CONTRA DE LA CORRIENTE A FAVOR DE LA CORRIENTE
Arturo Rocha Felices
ESPIGONES INCLINADOS (Farraday y Charlton)
LÍNEAS DE CORRIENTE EN ESTRIBOS INCLINADOS
En el estudio de Marta Roca y otros, sobre la influencia del
ángulo de orientación de estribos y espigones en los procesos de
erosión local , encontraron que “las líneas de corriente en el
caso B se ven más bruscamente aceleradas y por tanto provocan
una mayor erosión.” Al avanzar el proceso, la erosión
evoluciona más rápidamente en el caso A”. Encontraron
también que para ensayos de más larga duración el ángulo más
desfavorable desde el punto de vista de la erosión era el de 90°.
EN CONTRA DE LA CORRIENTE A FAVOR DE LA CORRIENTE
LÍNEAS DE CORRIENTE ALREDEDOR DE
ESPIGONES INCLINADOS EN UN TRAMO RECTO
(Pilarczyk, 1989)
APRECIACIONES GENERALES SOBRE LA
ORIENTACIÓN DE LOS ESPIGONES
En los espigones deflectores (impermeables) el ángulo es muy importante.
En los espigones permeables, el ángulo no tiene mayor importancia.
No hay ángulo óptimo: diversidad de criterios.
El primero, de aguas arriba, debe ser muy tendido.
Los espigones ubicados en el tramo inicial, de aguas arriba, deben tener un diseño especial.
Arturo Rocha Felices
EL ESPIGÓN ES UN CUERPO EXTRAÑO
DENTRO DE LA CORRIENTE
LA CABEZA (NARIZ)
DEL ESPIGÓN CAUSA
UNA PERTURBACIÓN
LOCAL, REMOLINOS
Y EROSIÓN.
LA
PERTURBACIÓN Y
LA EROSIÓN
RESULTANTES
DEPENDEN DE LA
ORIENTACIÓN
DEL ESPIGÓN.
c) SOCAVACIÓN
Arturo Rocha Felices
ACOMODO DEL ESPIGÓN A LA
SOCAVACIÓN DEL LECHO
(Brown, Federal Highway
Administration, Washington D. C.)
d) LONGITUD DE LOS ESPIGONES
En general, la longitud depende de varios
factores; entre otros, de la función del
espigón, de su tipo, del ancho del río, etc.
Diversos ensayos experimentales
encontraron que espigones más largos
que 0,2B no aumentaban la longitud de
orilla protegida.
Se ha encontrado espigones con
longitudes comprendidas entre 0,03B y
0,3B, que funcionaban satisfactoriamente.
LONGITUD DE LOS ESPIGONES
La longitud depende de la distancia entre la
orilla existente y la orilla “virtual” o de diseño.
L = LE + LT
J. A. MAZA:
y < LT < 0,25 B LE < LT/4
MENOS
EMPOTRAMIENTO MÁS REPARACIONES
Arturo Rocha Felices
ESPIGONES IMPERMEABLES:
RECOMENDACIONES USUALES
SOBRE LA LONGITUD
ESPIGONES PERMEABLES:
L≤ 0,15B
L≤ 0,25B
Arturo Rocha Felices
NO SE DEBE CONSTRUIR ESPIGONES
MUY LARGOS. ES PREFERIBLE
CONSTRUIRLOS GRADUALMENTE
(POR ETAPAS).
CADA ESPIGÓN TIENE SU PROPIA
LONGITUD Y SUS PROPIAS
CARACTERÍSTICAS.
Arturo Rocha Felices
LA SEPARACIÓN (SE) ENTRE ESPIGONES
ES VARIABLE Y DEPENDE DE:
Ángulo con la corriente.
Longitud del espigón de aguas arriba.
Tramo fluvial (recto o curvo).
Permeabilidad del espigón.
e) SEPARACIÓN
Arturo Rocha Felices
Maza señala que el Ángulo de Expansión debe ser:
9º < < 14° β
SE = LT cot β 4 LT < SE < 6.3 LT
SEPARACIÓN (SE) ENTRE ESPIGONES
Arturo Rocha Felices
ÁNGULO DE EXPANSIÓN EN FUNCIÓN DE LA
PERMEABILIDAD DE UN ESPIGÓN (Brown)
Arturo Rocha Felices
SEPARACIÓN (SE) ENTRE ESPIGONES
De acuerdo al gráfico anterior, Brown señala que para
espigones hasta de un 35% de permeabilidad y con
valores de relación de LT/B hasta 0,18 :
SE = LT cot 17° SE = 3,3 LT
Arturo Rocha Felices
SE=LT.cosecβ.sen(α+β)
SEPARACIÓN ENTRE ESPIGONES INCLINADOS
Arturo Rocha Felices
Línea que une la cabeza de los
espigones (Orilla virtual) Espigones perpendiculares
al banco
VISTA EN PLANTA DEL ESPACIAMIENTO DE
ESPIGONES EN UNA CURVA CIRCULAR
(Torrent Control & Streambed Stabilization, FAO)
Sedimentación
Arturo Rocha Felices
A VECES ES PREFERIBLE AHORRAR EN EL
EMPOTRAMIENTO Y EFECTUAR LAS
REPARACIONES QUE SEAN NECESARIAS,
DESPUÉS DE LAS PRIMERAS CRECIDAS.
LA REPARACIÓN SE HACE DURANTE
EL ESTIAJE: EL ESPIGÓN SE UNE A
LA ORILLA EROSIONADA.
f) OTROS ASPECTOS DEL DISEÑO
Arturo Rocha Felices
GRADOS DE SUMERGENCIA
(Wolfgang Schröder)
CASO I) El nivel del agua está más bajo
que el espigón (no desborda).
Vista en planta
Sedimentación máx. Orilla
Obsérvese en las figuras la sedimentación y
erosión que se produce en cada caso
CASO II) El nivel del agua sube ligeramente sobre la cresta.
CASO III) El nivel del agua aumenta más.
Sedimentación
Sedimentación
Erosión
Erosión
g) ETAPAS CONSTRUCTIVAS
• Primera etapa: Espigones cortos.
• Segunda etapa: Se alargan, según convenga (o se agrega otros intermedios).
Arturo Rocha Felices
Primera etapa
Segunda etapa
DEFENSAS CON ESPIGONES
CONTENIDO
1. El comportamiento de los ríos
2. Las defensas fluviales
3. Los espigones
4. Espigones permeables e impermeables.
5. Diseño y construcción del sistema de defensa
6. Control de la migración de un meandro
7. Conclusiones y Recomendaciones
6. CONTROL DE LA
MIGRACIÓN DE UN MEANDRO
a) Meandros
b) Migración de meandros
c) Control de la migración de meandros
APLICACIÓN TÍPICA DE
UN SISTEMA DE ESPIGONES:
CONTROL DE LA
MIGRACIÓN DE UN
MEANDRO
Arturo Rocha Felices
FLUJO EN UNA CURVA (MAZA)
Arturo Rocha Felices
A B
MIGRACIÓN DE UN MEANDRO
Arturo Rocha Felices
EROSIÓN
SEDIMENTACIÓN
EROSIÓN
EROSIÓN Y SEDIMENTACIÓN EN UNA CURVA (Maza)
SEDIMENTACIÓN
Arturo Rocha Felices
CURVA MUY EROSIONADA EN EL RÍO TUMBES:
FUE TRATADA CON UN SISTEMA DE ESPIGONES
Arturo Rocha Felices
EROSIÓN
Arturo Rocha Felices
En esta aerofotografía se observa un meandro en el río
Tumbes, con tendencia a la erosión y migración hacia la
margen izquierda (exterior). En la margen derecha
(interior) se aprecia la sedimentación producida como
consecuencia del avance del meandro. 1983.
Arturo Rocha Felices
MEANDRO Se observa un meandro en el río Tumbes. En 1983 hubo un desplazamiento fluvial de varios cientos de metros. El desarrollo del meandro amenazó la antigua carretera ubicada cerca de él, como se muestra en el corte. Es conveniente la protección con espigones. En proyectos nuevos no conviene ubicar estructuras en áreas pertenecientes al potencial desarrollo de un meandro.
Sedimentación
RÍO TUMBES – SISTEMA PROPUESTO DE ESPIGONES
PARA EL NUEVO CURSO DEL RÍO EN 1998
Depósitos Meandro
Erosión
Laguna (Cocha)
Corte de un meandro
(Laguna) EVOLUCIÓN DE LOS MEANDROS
A LO LARGO DEL TIEMPO
MEANDROS DEL RÍO MADRE DE DIOS
MEANDRO EN EL RÍO MADRE DE DIOS Y LA
CARRETERA INTEROCEÁNICA
CUELLO DEL MEANDRO
MEANDRO EN EL RÍO MADRE DE DIOS (LA PASTORA)
Y LA CARRETERA INTEROCEÁNICA
PUERTO
MALDONADO CARRETERA
MEANDRO
RÍO MADRE DE DIOS MAPA DE PELIGROS DE LA CIUDAD DE PUERTO MALDONADO (INDECI)
ZONA MUY EROSIONADA
FOTOGRAFÍA
AÉREA 1991
RÍO MADRE DE DIOS MAPA DE PELIGROS DE LA CIUDAD DE PUERTO MALDONADO (INDECI)
IMPOSICIÓN DE LÍMITES A
LA MIGRACIÓN DE LOS MEANDROS
(Natural Resources Conservation Service)
ESQUEMA TÍPICO DE ESPIGONES EN L EN
UN TRAMO EN CURVA DEL RÍO PIURA
La orilla está muy erosionada y cada
espigón tiene su propia longitud
7. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
Las defensas con espigones son un sistema muy usado en diversas partes del Perú y del mundo.
Es un sistema sencillo, económico y de gran versatilidad.
Para su diseño se requiere conocimientos teóricos, eventualmente laboratorios, experiencia y un gran sentido de lo que es la ingeniería, pues no hay fórmulas ni reglas rígidas.
Se recomienda investigar sistemáticamente su funcionamiento en el Perú.
