Diseño de Colchones Reno

UNIVERSIDAD CESAR VALLEJO VALLEJO - LIMA  FACULTAD DE INGENIERIA  INGENI ERIA  ESCUELA ACADEMICO PROFESION AL DE INGENIE RIA CIVIL

Diseño de Gaviones tipo Colchones Reno MSc. Freddy M. Franco Alvarado Alvarado Profesor del Curso

COLCHÓN RENO  Son múltiples las metas que se pueden conseguir con el revestimiento de las orillas con los gaviones tipo colchón, entre ellas podemos mencionar: a) La defensa defensa de la orilla orilla y del fondo contra la erosión. b) La mejora mejora de la estabilidad estabilidad de las márgenes del cauce. c) La obtención de paredes con rugosidad rugosidad prefijada y la reducción de los gastos de mantenimiento. d) La reducción de la filtración f iltración en la cara húmeda de la orilla y la reducción de las presiones hidrostáticas.

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Muro de Encauzamiento Pte. Montalvo (MOQUEGUA) 

PRINCIPALES APLICACIONES  Protecciones hidráulicas 

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PRINCIPALES APLICACIONES  Revestimiento de taludes 

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Revestimiento de Talud Río Ica (ICA) 

PRINCIPALES APLICACIONES  Plataformas de deformación 

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MATERIA PRIMA Alambre  De acero con bajo contenido de carbono  Diámetros de 2.00 hasta 3.00 mm. Resistencia a la tracción de 3,800 a  5,000 kg/cm2  Elongación mayor a 12%  Tolerancia en el diámetro ± 2.5% 

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PROTECCIÓN DEL ALAMBRE  GALFAN ®  Recubrimiento de Zinc / 5% Aluminio + Tierras Raras por inmersión en caliente según la Norma ASTM A 856 “Mischmetal  Alloy oated Carbon Steel”  Cantidad mínima de zinc según las Normas  BS 443 y ASTM A 641 Clase  3 

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PROTECCIÓN DEL ALAMBRE  GALFAN ®  Mejora la resistencia a la corrosión del acero por :  la mejor estructura de la aleación  la mejor “pasivación” del aluminio  se aprovechan las características  buenas del zinc y del aluminio  •

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PROTECCION DEL ALAMBRE  PVC (Polivinil Cloruro)  Revestimiento adicional por extrusión  del alambre recubierto con GALMAC  Espesor mínimo 0.4 mm. Color gris 

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REFUERZO DE LOS BORDES  Obtenido en forma  mecánica. Diámetro del  refuerzo mayor al  del alambre de la  malla 

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COLCHÓN RENO  Diámetro del alambre  de la malla:  GALFAN 2.7 mm. GALFAN + PVC 3.4 mm.

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Malla : 10 x 12 cm. Dimensiones Estándares  LARGO ANCHO ALTO

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4.0 - 5.0 m. 2.0m. 0.30 m.

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CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS Y FUNCIONALES  ESTRUCTURAS PERMEABLES  En las obras hidráulicas eliminan la sub- presión, no interfieren en el ecosistema 

CARACTERISTICAS TECNICAS Y FUNCIONALES  ESTRUCTURAS PRACTICAS  De construcción extremadamente simple, no requieren de mano de obra calificada  No requieren de herramientas o equipos  especiales  Pueden ser aprovechadas, donde sea  posible, las piedras disponibles en el  lugar de la obra  •

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CARACTERISTICAS TECNICAS Y FUNCIONALES  ESTRUCTURAS VERSATILES  Posibilitan la construcción por etapas y las modificaciones posteriores  •

CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS Y FUNCIONALES  IMPACTO SOCIAL  Utilizan mano de obra disponible en el lugar de la construcción  •

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CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS Y FUNCIONALES  ESTRUCTURAS ECOLÓGICAS  Se integran perfectamente en el medio ambiente  •

CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS Y FUNCIONALES  ESTRUCTURAS ECONÓMICAS  Menor costo en relación a otras  soluciones como enrocado, concreto ciclópeo, concreto armado  •

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CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS Y FUNCIONALES  ESTRUCTURAS DE LARGA DURACIÓN POR :  La malla hexagonal de doble torsión  El recubrimiento GALFAN del alambre  El revestimiento adicional en PVC  La consolidación natural de la  estructura en el tiempo  •

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EJEMPLO DE APLICACION  CALCULO DEL REVESTIMIENTO CON GAVIONES TIPO COLCHON RENO  Para el cálculo del revestimiento se ha contado con los siguientes datos obtenidos de los estudios básicos de ingeniería: y = 1.38 m A = 99.66 m2 V = 2.99 m/seg P = 72.82 m Q = 300 m3/seg hsoc  = 1.90 m n = 0.030 b = 70 m. i = 0.00563 D50  = 106 mm F

= 0.83

s

= 2580 Kg/m3

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EJEMPLO DE APLICACION  CALCULO DEL REVESTIMIENTO CON GAVIONES TIPO COLCHON RENO  Verificación del coeficiente de rugosidad: = 0.03031 n

0.030

OK

√

Verificación de la velocidad: V= V

= = 3.06

(1.36) 2/3(0.00563)1/2 

2.99 m/seg 

Verificación del número de fraude: F=

= 0.7999 = 0.8

0.83

Pre-dimensionado de los Colchones  Asumimos un revestimiento con gaviones Tipo colchón con un espesor de 0.30 m en malla tipo 10 x 12 cm, diámetro del alambre 2.7 mm, dimensión de la piedra para el relleno 15 - 25 cm. Diámetros de trabajo: Dm = 200 mm y D90  = 240 mm. Verificación de arrastre de colchones por velocidades En el gráfico de velocidad crítica, que es la que causa el inicio del movimiento de las piedras en función de las dimensiones de las mismas con: F < 1.5 y d m = 0. 20 m Obtenemos V c  = 7 m/seg 

Velocidad critica en función de diámetro medio Si

V < Vc  (No habrá arrastre de colchones).

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Verificación de arrastre de los colchones por esfuerzos cortantes Para el revestimiento en el fondo: Calculo de la Tensión de arrastre: b = w  * y * i = 1000 x 1.38 x 0.00563 = 7.77 kg/m Cálculo de la Tensión de arrastre crítica: = 0.10 * (  s -  w  ) * d m c  = 0.10* (2580 – 1000) * 0.20  c  = 31.6 Kg/m c  < (Las piedras de revestimiento no se moverán) b c  Para el revestimiento en la orilla: Calculo de la Tensión actuante: = 0.75 * w  * y * i = 0.75 x 1000 x 1.38 x 0.00563 m = 5.83 kg/m2  m Calculo de la Tensión resistente o critica: s

=

*

c 

=

* 31.6

= 23.17 kg/m2  > s m Por lo tanto el colchón elegido resulta suficiente para la protección del fondo y las orillas. También se verifica que el espesor mínimo recomendado (0.30) es mayor que el diámetro medio (d m = 0.20 m). s

Verificación de las deformaciones en el colchón Para el fondo: C * ’ =

Por las orillas: C * ’ =

En el gráfico que sigue se calcula el parámetro de la deformación en función del coeficiente eficaz de Shields (C * ’ )

Esquema del movimiento de las piedras

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Grafico para calcular el parámetro de deformación

Para

C *’ = 0.0754 (el mayor absoluto) Z = 1.55 x 0.20 = 0.31 m

Esto significa que el espesor de la parte de aguas arriba del colchón se  reduciría en: Z/2 = 0.31/2 = 0.155 y quedara por lo tanto 0.30 - 0.155 = 0.145, tal espesor es suficiente para no exponer el material de base a la acción de erosión de la corriente.

Verificación de estabilidad material base colchón - filtro La velocidad en el lado del colchón base se calcula: V b=

m/s

Donde: nf = 0.02 para filtro de geotextil Para suelos no cohesivos, la velocidad que puede soportar el s uelo sin  ser erosionado (velocidad crítica) es: V c = V c = 5.24 m/seg. V c > Vb Por lo tanto, se puede usar filtro de geotextil como protección a las filtraciones para que este no erosione.

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Protección del pie del talud De acuerdo a los cálculos realizados tenemos que: h soc = 1.90 m (de cálculos anteriores) Por lo tanto, la recomendación técnica es que debemos extender horizontalmente un valor mínimo de 2 (  Z = h soc ) , para nuestro caso tomamos: 2 Z = X 4.00 m

Extensión Horizontal del revestimiento

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