P_Protección longitudinal

Protección de Cauces

Protección de cauces
La protección de un cauce contra socavación consiste
en tomar todas aquellas medidas necesarias con el
fin de hacerlo menos vulnerable a daños durante
crecientes.
Es especialmente importante proteger el cauce y las
estructuras construidas en él para evitar riesgos a la
estabilidad.
Casos de protección:
Estructuras en construcción
Estructuras existentes

Usos de las medidas de protección
Controlar
Demorar
Minimizar
Monitorear
problemas de estabilidad de cauces y de
estructuras
Clasificación:
a) Hidráulicas
b) Estructurales
c) Monitoreo
d) Bioingeniería

Medidas hidráulicas
Limitan la socavación
mediante:
la modificación de las líneas de
corriente y la protección del
lecho y de las bancas del
cauce contra las fuerzas
erosivas del flujo de agua.
1) Estructuras de control fluvial
• Estructuras longitudinales
• Estructuras transversales
• Combinación de estructuras
longitudinales y transversales
2) Otras medidas
• Dragado de cruces
• Cierre de brazos secundarios
• Corte de curvas (meandros)
3) Protección local
• Revestimientos
• Pilas auxiliares y pantallas aguas arriba
• Diques de encauzamiento

Medidas estructurales
Modifican la estructura
para mejorar las
condiciones de
estabilidad de la
cimentación
1) Reforzamiento de la
cimentación de la estructura
Recalces
Encamisados
Profundización
Extensión de la cimentación
Mejoramiento del suelo
2) Modificaciones
Geometría
Reemplazo de elementos parciales
Reemplazo de la estructura

Monitoreo
Recolección continua de
información del cauce y
de la estructura para
alertar sobre fallas o
problemas potenciales
1) Monitoreo visual
2)Monitoreo con
instrumentación
post creciente
3) Monitoreo con
instrumentación
en tiempo real
Instrumentación móvil
Instrumentación fija

Bioingeniería
Estabilización biotécnica
de los cauces en que se
puede combinar el uso
de vegetación con
elementos
estructurales.
Vegetación
La bioingeniería no está
muy bien aceptada para
protección de
estructuras como
puentes, por lo que se
siguen prefiriendo las
soluciones clásicas de
ingeniería.

Selección de la alternativa de protección
Entendimiento del
mecanismo que causa el
problema
Profundidades máximas de
agradación - degradación
Características del río
Parámetros hidráulicos
Materiales y equipos de
construcción disponibles
Importancia de la obra
Tipo de actividades
permitidas en el cauce
Costos
Efectos negativos
Medidas hidráulicas:
Temporales
Medidas estructurales:
Permanentes
Monitoreo:
Preventivo

Objetivo de las medidas hidráulicas
Proteger la estructura principal durante crecientes, a
costa de su propio daño, por lo que si sufren algún
deterioro deben someterse a reparaciones posteriores,
lo que siempre resulta mas barato y fácil de hacer, que
reparar o reconstruir la estructura.
Obras de control fluvial: modifican el flujo con el fin
de controlar la erosión del cauce o facilitar la
depositación de sedimentos en un tramo del río.
Acorazamientos: resisten las fuerzas erosivas causadas
por un patrón adverso del flujo con el fin de dar
protección a los materiales erodables situados debajo
de la coraza.

1. Estructuras longitudinales
o marginales
Son obras para proteger directamente la
banca de los ríos, tanto en curvas como en
tramos rectos.
Evitan el contacto directo de las líneas de
corriente de alta velocidad, con los
materiales de la banca de modo que éstos no
se laven.
Protegen contra migración lateral de la corriente
Adaptado de Ing. Javier Valencia. UNICAUCA, 2003

1. Estructuras longitudinales
o marginales
Se construyen
directamente sobre las
bancas del cauce de un río
o canal, se orientan
paralelamente al flujo y se
extienden hasta el fondo
del cauce,
con el objetivo de que las
líneas de corriente con alta
velocidad, no puedan
arrastrar materiales de las
orillas.
Revestimientos
Defensas
Tablestacas
Pantallas
Muros
Muelles
Protegen contra migración lateral de la corriente

1. Tipos de estructuras longitudinales
o marginales
1.1 REVESTIMIENTO DE TALUDES
1.2 DEFENSAS O RETARDADORES DE VELOCIDAD
1.3 TABLESTACAS
1.4 PANTALLAS
1.5 MUROS
1.6 MUELLES
Protegen contra migración lateral de la corriente
Adaptado de Ing. Javier Valencia. UNICAUCA, 2003

Revestimientos o recubrimientos
Los recubrimientos de taludes son capas de materiales
usados para que la corriente no pueda erodar el
material del talud y del fondo del lecho del río.
Entre estos materiales y el del talud de la banca se
coloca un filtro para evitar que las partículas finas
pasen por las aberturas de la protección.
Evitan que las partículas sean removidas por la
turbulencia y los vórtices de la corriente y por las
fluctuaciones del nivel del agua, especialmente durante
las crecientes.
Adaptado de Ing. Javier Valencia. UNICAUCA, 2003

Tipos de revestimientos
Rígidos
Flexibles
Permeables
Impermeables

Materiales de revestimientos
• Vegetación
• Enrocados
• Losas de concreto
•Gaviones
• Colchacretos
• Bolsacretos

Requisitos de los revestimientos
Los taludes, dependiendo del tipo de material de las bancas, deben tener una pendiente
entre IV:2H y IV:4H con el fin de asegurar la estabilidad tanto del material a proteger
como del protector.
Los revestimientos o cubiertas protectoras de las orillas deben ser porosas para
permitir el drenaje a través de ellas y evitar la presencia de subpresiones que levanten
y dañen la cubierta.
La cubierta debe ser colocada sobre un filtro construido de grava gradada o telas
sintéticas colocado en los sitios donde pueda presentarse movimiento de partículas
hacia el exterior.
Las medidas protectoras deben extenderse hacia el lecho del cauce con el fin de
proteger la pata del talud, especialmente en aquellos casos en que esta erosión sea
agresiva y atente contra la estabilidad de todo el talud.
La clase de revestimiento a usar está también sujeta al tipo de operaciones que son
permitidas en el cauce, por ejemplo, el acceso al río de personas y animales y
consideraciones ecológicas.
Los revestimientos deben ser flexibles, hechos con enrocado o gaviones, para que se
acomoden a asentamientos y deformaciones, lo que no se logra con un revestimiento
rígido de losas de concreto que requieren de gran control en la construcción y durante
su vida útil.

Requisitos de diseño de los revestimientos
Pendiente estable
Drenaje
Materiales resistentes a la erosión
Filtro
Protección de la pata

Zonas a proteger

Protección orilla superior
Vegetación
La experiencia sobre muchas corrientes ha demostrado que la vegetación es inefectiva como
protección de orillas contra erosión, a excepción de la interfase superficie del agua y la orilla
superior, ya que pastos y arbustos ayudan a proteger las bancas contra erosión causada por el
oleaje, alta velocidad superficial de la corriente, y pequeñas fluctuaciones en la elevación del
flujo. La vegetación ayuda a reducir velocidades del agua e induce a la depositación de
partículas contribuyendo a la estabilidad. Cuando las orillas son bajas, los árboles con sistema
de raíces verticales contribuyen a mejorar la estabilidad, pero si las orillas son altas y las raíces
no penetran por debajo de la pata del talud, los árboles pueden contribuir a crear
inestabilidades si existe erosión de la orilla inferior. Se busca que la orilla a ser sembrada tenga
una pendiente estable y menor del IV:2H.

Enrocados, prefabricados
Los enrocados son
protecciones en piedra o
fragmentos de roca que se
colocan en los canales en
tierra y cauces naturales.

Protección con enrocado
Objetivos
• Proteger el canal de la erosión.
• Conservar la forma de la sección transversal del canal, en
especial la de los taludes.
• Proteger estructuras hidráulicas de la acción erosiva de las aguas.
Consideraciones
Existencia o no de roca en las vecindades.
Tipo de suelo del canal o cauce natural.
Características hidráulicas del canal (velocidad del flujo,
profundidad del agua y tipo de flujo).
Comparación económica entre el enrocado y otros tipos de
protecciones.
Peligros que se pueden presentar al no colocar enrocado en los
puntos en que se requiere, tales como pérdidas en cosechas,
destrucción de estructuras, pérdida de vidas humanas, etc.

Protección de la orilla superior con enrocado

Protección con enrocado

Algunos métodos de cálculo
Método modificado de Isbash
W
=
0.0232G V
3
( G −1) cos
3 ϕ
p
p
6
Método del “Bureau de Reclamación”
D
100
=
0.0668V
−1
G p
2
Método de Maynord, Ruff y Abt
D
=
30
0. 3
⎛
⎜⎛
γ
w
hFS
⎜
⎜
⎝⎝
γ
s
−γ
w
⎞
⎟
⎠
0.5
Vt
gh
⎞
⎟
⎟
⎠
2.5

Filtros
Los filtros son usados bajo el enrocado para evitar la pérdida
de partículas finas del suelo que se puede producir después del
paso de una creciente en suelos sin o con poca cohesión, tales
como gravas y arenas finas.
Granulares
Geotextiles
Requisitos básicos: estabilidad y permeabilidad.

Protección de la orilla inferior
Enrocado

Protección de la orilla inferior
Colchones
Excesos
de piedra

Protección de la orilla inferior
Adaptado de Ing. Javier Valencia. UNICAUCA, 2003

Protección de la orilla inferior con tablestaca

Protección de la orilla superior con gaviones
Espesor
[m]
0.30
0.50
1.00
Talud
Menor de 1V:2H
Menor de 1V:1H y mayor de 1V:2H
Mayor de 1V:1H
La protección se logra con una
serie de colchones de gaviones
consistentes en cajones de malla
de alambre rellenos de piedra
colocados sobre la ribera y
apoyados en un muro de pata.

Revestimiento en gaviones
Adaptado de Ing. Javier Valencia. UNICAUCA, 2003

Adaptado de Ing. Javier Valencia. UNICAUCA, 2003

Adaptado de Ing. Javier Valencia. UNICAUCA, 2003

Protección de la orilla inferior con gaviones

Protección de la orilla inferior: gaviones saco

Protección de la orilla inferior: gaviones saco

Protección de la orilla superior: losas de concreto
Adaptado de Ing. Javier Valencia. UNICAUCA, 2003

Losas de concreto: orilla superior e inferior
Adaptado de Ing. Javier Valencia. UNICAUCA, 2003

Losas de concreto: orilla superior e inferior
Adaptado de Ing. Javier Valencia. UNICAUCA, 2003

Revestimientos con estructuras de patas
Jacks

Revestimientos con estructuras de patas
Se construyen en concreto y se usan normalmente como estructuras
de coraza o recubrimiento para los espolones o en taludes.
Tienen mayor aplicación en obras costeras.
Se usan de dos patas (dolos), de tres patas (tribares), de cuatro
patas (tetrápodos), de cinco patas (pentápodos), de seis
(hexápodos) y de ocho (octápodos).
Para su construcción se usan formaletas, se transportan y se
colocan, para lo cual se dejan ganchos de acero. Una pata va
enterrada en el suelo.
Pueden pesar desde algunos kilos hasta 30 toneladas, dependiendo
del tamaño usado.

Tetrápodos, pentápodos, elementos articulados

Colchacretos

Colchacretos
Adaptado de Ing. Javier Valencia. UNICAUCA, 2003

Revestimientos con sacos
Sacos traslapados rellenos de arena y suelo se han usado ampliamente alrededor de
estructuras hidráulicas como medida de protección de emergencia contra avenidas.
Esta protección es de corta vida a no ser que los sacos se rellenen de mezclas de
suelo-cemento o arena-cemento.

Bolsacretos

Adaptado de Ing. Javier Valencia. UNICAUCA, 2003

Adaptado de Ing. Javier Valencia. UNICAUCA, 2003

Adaptado de Ing. Javier Valencia. UNICAUCA, 2003

Revestimientos con llantas usadas
Las llantas se colocan directamente sobre la fundación o sobre una tela filtrante y se amarran con
alambre, cadenas, o cuerdas de material sintético, para formar una esterilla. Para disminuir
problemas de flotación se rellenan con tierra, piedra o concreto.

RÍO PAILA. PUENTE VEREDA LA UNIÓN,
INGENIO LA CABAÑA

Ladera derecha aguas arriba

Curva atacando
estribo izquierdo

Estribo izquierdo, protección con sacos en la pata.

Protección de los estribos con piedra. Estribo derecho estable,
estribo izquierdo atacado por la curvatura del cauce.

Estribo derecho con degradación de materiales.

Cauce con degradación vertical. Mirando hacia aguas abajo

Protección margen izquierda con neumáticos

Protección con neumáticos rellenos de piedra.

Trinchos aguas abajo para estabilización del cauce.
Ancho del cauce ≅ 8m, profundidad ≅ 1.5m

Mirando hacia aguas arriba

Mirando hacia aguas arriba.

Revestimientos con suelo-cemento
En zonas donde el enrocado no sea de fácil consecución, puede resultar más barato el uso de
bloques hechos de una mezcla compacta de suelo, cemento y agua para estabilizar laderas de
ríos y canales. Se usan especialmente cuando las laderas consisten de suelos limosos y
arcillosos y en ríos que experimentan crecientes de corta duración, ya que este tipo de suelos
tiene alta resistencia al corte si están secos, pero muy poca si están saturados.
Es importante tener una transición gradual entre el revestimiento y la zona no protegida lo que
se logra colocando enrocado al pie y extendiéndolo hasta el límite de la socavación esperada.
El revestimiento se comporta como si fuera rígido por lo que hay que prever drenaje para
aliviar presiones hidrostáticas.

Zanjas superiores de piedra
Esta protección consiste en una pequeña zanja de piedra alineada a lo largo de la parte superior
del cauce, ya sea colocada en la superficie del terreno, parcial o totalmente enterrada. La banca se
va erodando en sentido de la zanja hasta que la desestabiliza y la piedra rueda banca abajo
protegiéndola contra más erosión.
La altura de la orilla no es una consideración crítica de diseño, pero sí debe hacerse un estimativo
de la máxima erosión del lecho a lo largo de la orilla para determinar la cantidad de piedra
requerida.

1.2 RETARDADORES DE VELOCIDAD
Son estructuras permeables, comúnmente construidas
en y paralelas a la pata del talud de la orilla para
ofrecer protección en la base, reduciendo las
velocidades laterales por desplazamiento de las líneas
tangenciales de corriente de la banca.
Pueden ser:
• Pilotes: metálicos, de concreto y madera
• Trinchos sencillos
• Trinchos dobles
• Enmallados
• Tetrahedros
• Vehículos viejos y vagones de trenes
Adaptado de Ing. Javier Valencia. UNICAUCA, 2003

1.2 Defensas o retardadores de velocidad
Madera

Adaptado de Ing. Javier Valencia. UNICAUCA, 2003

Adaptado de Ing. Javier Valencia. UNICAUCA, 2003

Defensas en madera

Retardador o defensas con rieles y alambre
Adaptado de Ing. Javier Valencia. UNICAUCA, 2003

Adaptado de Ing. Javier Valencia. UNICAUCA, 2003

Retardador con rieles, cable y alambre
Adaptado de Ing. Javier Valencia. UNICAUCA, 2003

Retardador en tetrahedros de concreto
Adaptado de Ing. Javier Valencia. UNICAUCA, 2003

Automóviles
Adaptado de Ing. Javier Valencia. UNICAUCA, 2003

1.3 TABLESTACAS
Adaptado de Ing. Javier Valencia. UNICAUCA, 2003

Adaptado de Ing. Javier Valencia. UNICAUCA, 2003

Protección con tablestaca metálica
Río Cauca

Protección con tablestaca metálica
Río Cauca

Protección con tablestaca metálica
Río Cauca

Adaptado de Ing. Javier Valencia. UNICAUCA, 2003

Adaptado de Ing. Javier Valencia. UNICAUCA, 2003

1.4 PANTALLAS
Adaptado de Ing. Javier Valencia. UNICAUCA, 2003

Adaptado de Ing. Javier Valencia. UNICAUCA, 2003

Adaptado de Ing. Javier Valencia. UNICAUCA, 2003

Adaptado de Ing. Javier Valencia. UNICAUCA, 2003

1.5 Muros de protección flexibles
Gaviones

Detalle margen izquierda erosionada

RÍO GUENGUE (PADILLA – CAUCA)

Protección de banca de la vía con muro en gaviones, margen
izquierda.

Ancho del cauce ≅ 6m h ≅ 1.5m altura de banca ≅ 5m

MURO DE GAVIONES
Adaptado de Ing. Javier Valencia. UNICAUCA, 2003

MURO DE CONCRETO
Adaptado de Ing. Javier Valencia. UNICAUCA, 2003

Muros de protección rígidos

Muros de protección rígidos

1.6 MUELLES
GRADERIAS
Adaptado de Ing. Javier Valencia. UNICAUCA, 2003

Adaptado de Ing. Javier Valencia. UNICAUCA, 2003