diseño de espigones

1. DISEÑO DE OBRAS HIDRAULICAS
HH 415 G
DEFENSAS RIBEREÑAS - ESPIGONES

2. ESPIGONES O ESPOLONES

3. Desarrollo de la ribera antes del
fenómeno de socavación
Socavación lateral
B
Sistema de Espigones

4. Espigón construidos con cajas de gabiones

5. 1. GENERALIDADES
• Los espigones son obras transversales que avanzan desde la orilla existente hasta la
nueva línea de orilla, para reducir las anchuras excesivas del lecho, provocando la
sedimentación de la zona limitada por ellos
• Siempre se debe tener en cuenta que tales estructuras son obstáculos en el flujo
natural del río por lo que puede haber reacción
• Las ventajas de los espigones sobre las obras longitudinales estriban en que
permiten modificar posteriormente con facilidad el ancho del lecho ; pero en cambio
ofrecen el inconveniente de no formar un lecho regular, ya que constituyen
solamente guías a relativamente grandes distancias, y entre ellas el lecho se forma
libremente
• La razón principal de que se empleen a pesar de este inconveniente, radica en que
implican menos desembolsos
• En ríos de montaña con considerable transporte de sedimentos los espigones no dan
buen resultado
• Estas estructuras han sido muy efectivas en ríos pequeños y medianos.
• Los espigones se usan comúnmente en protección de tramos en curva

6. 1. GENERALIDADES (Continuación)
Los espigones se construyen con plataformas sumergidas , con cestones, con enrocados,
con gaviones, con cajones de piedras, de tierra con taludes protegidos, de concreto,etc.
Algunos tipos de espigones en ríos europeos

7. CLASIFICACION DE LOS ESPIGONES
1. POR SU PERMEABILIDAD
- ESPIGONES PERMEABLES
- ESPIGONES IMPERMEABLES
- ESPIGONES MIXTOS
2. POR SU NIVEL DE CRESTA
- ESPIGONES NO SUMERGIDOS
- ESPIGONES SUMERGIDOS

8. 2. Espigones permeables e impermeables
2.1 Espigones Permeables
Tal como se observa en la figura, los espigones permeables consisten de una o
más filas de caballetes (de acero, madera, concreto). Debido a su espaciamiento
el agua puede pasar, pero se origina un remanso aguas arriba, se incrementan
las pérdidas de energía, haciendo que ocurran sedimentaciones aguas arriba de
los espigones
También son permeables los espigones hechos con enrocados y con
gaviones

9. 2.2 Espigones Impermeables
Los espigones impermeables son construídos de piedra, grava y roca, como diques de
tierra con protección en los taludes, o como estructuras de concreto.
En la figura se observa un espigón impermeable , no sumergible
Profundidad de socavación
esperada
Revestmiento
Llanura de inundación
Nivel del cauce
Protección en la base
Protección en la base
Filtro
Tierra compactada

10. 3. Partes de un Espigón
Las denominaciones de las diferentes partes de un espigón se indican en la figura
• Alrededor del morro ocurren fenómenos de socavación local, por lo tanto se
debe hacer mucho más seguro la protección tanto en el talud, como al pie de
este.
• Los espigones sumergidos necesitan tambien tener protección en la cresta
• El talud en el morro es mayor que los taludes del frente y la espalda del
espigón
Frente
Espalda
cresta
Morro
Arranque

11. 4 Espigones no sumergibles y sumergibles
a. Espigones no sumergibles
Son los más efectivos. Causan mayores profundidades en los fenómenos de socavación local
Tramo 1 Tramo2
Llanura de inundación
b. Espigones sumergibles durante los máximos niveles de agua
Son más baratos, pero causan menos sedimentación, y crean turbulencia durante el
proceso de sumergencia, por lo que las protecciones al pie de los taludes deben ser
de mayor longitud
Socavación Socavación
Inicio de sumergencia Alto grado de sumergencia
Filtro

12. 5. Características del Flujo alrededor de los espigones
Socavación local
a. Espigón con inclinación hacia aguas arriba
Erosión de ribera
b. Espigón con inclinación hacia aguas abajo
Socavación local
Socavación local
c. Espigón normal al flujo
Socavación local
No es recomendable que un espigón sea
perpendicular a una ribera

13. Características del Flujo Alrededor del Estribo de un puente
Impacto del flujo

14. 6 LOCALIZACION EN PLANTA
• Al proyectar una obra de defensa, ya sea respetando la orilla actual, o
bien en una nueva margen (al hacer una rectificación), se requiere
trazar en planta el eje del río, y en las orillas delinear una frontera,
generalmente paralela a dicho eje, a lo cual llegarán los extremos de
los espigones
• La longitud de cada espigón estará dada por la distancia de la orilla
real a esa línea
• La separación entre las nuevas orillas, es decir, el ancho B, estará
dado por el estudio de estabilidad de la corriente que se haya hecho.
Espigones
Línea de frontera
B

15. • Cuando se trata de una rectificación en cauces formados por arenas y limos
conviene, dentro de los posible, que los radios de las curvas, medidos hasta el eje
del río, tengan la longitud r siguiente:
Donde: B ancho medio de la superficie libre en los tramos rectos en metros
• Al proteger una sola curva o un tramo completo, los primeros tres espigones aguas
arriba deben tener longitud variable: el primero será el de menor longitud posible
(igual al tirante) y los otros dos aumentarán uniformemente, de tal manera que
el cuarto ya tenga la longitud del proyecto. La pendiente longitudinal de la
corona debe ser uniforme en todos ellos
B
r
B 8
5
.
2 

B
Espigones
LOCALIZACION EN PLANTA (Continuación)

16. LOCALIZACION EN PLANTA DE
UNA OBRA DE DEFENSA CON
ESPIGONES (Sistema compuesto)
Espigones
Diques guia
a. Curva trazada con
un solo radio
b. Curva formada con tramos que
diferente radio de curvatura

17. Espigón
Longitud de anclaje Longitud de trabajo

18. 7 LONGITUD DE LOS ESPIGONES
• La longitud total de un espigón se divide en una longitud de anclaje o empotramiento
(LA), y en una longitud de trabajo (LT)
• Se recomienda que la longitud de trabajo esté dentro de los siguientes límites:
y < LT < B/4
Donde: B = ancho medio del cauce, en metros y = tirante medio
Los valores de B, y del tirante deben ser los correspondientes al gasto formativo, o
aquel gasto que de permanecer constante a lo largo del año, transportará la misma
cantidad de material de fondo que el hidrograma anual. Algunos autores consideran
como gasto formativo, el gasto máximo que es capaz de pasar por el cauce principal sin
que desborde hacia la planicie
Margen
LA
LT LA= 0.1 a 0.25LT

19. 8 SEPARACION ENTRE ESPIGONES
Se mide en la orilla entre los puntos de arranque de cada uno
Separación en tramos rectos
a. Recomendaciones del Laboratorio de Hidráulica de Delft
metros
Donde:
Co = constante (aproximadamente = 0.6)
y = tirante medio de la corriente
n = Coeficiente de Manning
)
2
/( 2
33
.
1
gn
y
C
S o
p 
LT
SP
a a a

20. 8 Separación entre espigones (continuación)
b. Otras recomendaciones
Sp = 4LT a 4.5LT
Sp = B a 2B
c. En función del ángulo a
Angulo a Separación, SP
70o a 90o 4.5LT a 5.5LT
60o 5LT a 6LT

21. d. Separación en curvas
- Si la curva es regular, la separación recomendable es:
Sp = 2.5Lt a 4Lt
- Si la curva es irregular hay que ajustarse a los diferentes radios
de curvatura
Si la curva es circular , todas las separaciones y longitudes son
iguales
Línea a la que llegan los
Extremos de los espigones
a
a a
90o
90o 90o
b b
b
Espigón
S

22. 9 ELEVACIONES Y PENDIENTES DE LA CORONA
a. Espigones no sumergibles
Los espigones no sumergibles tienen una cresta horizontal sin pendiente. El
borde libre esta generalmente entre 0.5 m a 1 m.
La cresta de un espigón nunca ha de estar más alta que la orilla próxima,
porque de lo contrario las crecidas podrían rodear el arranque, arrastrando tierra
de la orilla antigua.
b. Espigones sumergibles
En este tipo de espigones la cresta es ascendente hacia arriba. Si el morro del
espigón queda por debajo del nivel de estiaje, se le denomina espigón bañado,
y si toda la cresta se encuentra por debajo de dicho nivel , se dice que el
espigón es de tipo sumergido
Se inician a la elevación de la margen , o a la elevación de la superficie libre al
ocurrir el gasto formativo.

23. b. Espigones sumergidos (continuación)
El extremo dentro del cauce puede tener alturas máximas de 0.5 m. Sobre
el fondo actual
La pendiente de la cresta puede estar entre 0.05 a 0.25
Espigón sumergido con revestimiento
A
Cauce inicial
Cauce equilibrado
SECCION LONGITUDINAL
PLANTA
SECCION TRANSVERSAL
So

24. b. Espigones sumergidos (continuación)
Se recomienda una pendiente S uniforme hasta el fondo. El piso C de los
espigones debe construirse primero para evitar erosiones locales durante la
construcción
S
0.5 m
C
LT
LT
Nivel del agua para el
dominante
Posible erosión
Espigón
a. Colocación de un espigón
cuando la margen no esta
muy elevada
b. Colocación de un espigón cuando la margen esta muy elevada

25. 10 TALUDES
a. Taludes de la espalda y del frente del espigón
Los taludes tienen taludes laterales que varian de 1 : 1.25 a 1 : 3,
dependiendo del material de construcción
b. Talud del Morro o extremo del espigón
El talud del morro es mayor que los taludes laterales, varian entre
1 : 2.5 a 1 : 5

26. 11. ORIENTACION DE LOS ESPIGONES
• Los espigones pueden estar dirigidos hacia aguas abajo o aguas arriba,
ó también ser normales a la corriente
• La experiencia ha demostrado que el relleno más rápido tiene lugar en
espigones con inclinación
• Se recomienda orientaciones de espigones hacia aguas arriba en rios
grandes y anchos, y hacia aguas abajo en ríos relativamente angostos

27. 12 ESPIGONES CON PROTECCION DE ENROCADO
a. Características
Tal como se observa en la figura , la sección transversal del enrocado es trapezoidal y
simétrica, y esta constituido de rocas
El talud del morro es mayor que los taludes laterales
Enrocado
Protección al pie del
Talud del morro
Relleno con roca de
Menor diámetro

28. b. Calidad de las rocas
• La roca debe ser sana, dura, de cantera
• Debe ser resistente al agua y a los esfuerzos de corte
• Se recomienda las rocas ígneas como: granito,
granodiorita, dioríta, basalto, riolíta, etc., con densidad
relativa DR > 2
• La mejor forma de la roca es la angular
• La estabilidad del enrocado depende de la forma,
tamaño y masa de las piedras, y de una adecuada
distribución de tamaños
ESPIGONES DE ENROCADO O CON PROTECCION DE ENROCADO

29. c. Tamaño de las rocas
• La estabilidad de una roca es una función de su tamaño, expresada ya
sea en términos de su peso ó diámetro equivalente
• Se han efectuado muchos estudios para determinar el tamaño de las rocas,
entre los que tenemos:
- Fórmula de Maynord
Donde: d50 es el diámetro medio de las rocas, y los valores
recomendados de C1 y C2 se muestran a continuación:
- Valores de C1: - Fondo plano C1 = 0.28
- Talud 1V:3H C1 = 0.28
- Talud 1V:2H C1 = 0.32
- Valores de C2 - Tramos en curva C2 = 1.5
- Tramos rectos C2 = 1.25
- En el extremo de C2 = 2.0
espigones
3
1
50
F
C
y
d
=
gy
V
C
F 2
=

30. c. Tamaño de las rocas (continuación)
• Fórmula de Isbash
Donde: d = diámetro mínimo de las rocas
rr= densidad de las rocas
r = densidad del agua
• Fórmula de Goncharov
gd
V 
= 7
.
1


 −
=
 r
d
y
Log
gd
V 8
.
8
75
.
0
=


31. c. Tamaño de las rocas (continuación)
c1 Fórmula de Levi
c2 Recomendación del U.S.Department of Transportation
Sistema inglés
El tamaño recomendado de la roca es:
Donde: Q = es el ángulo de inclinación del talud
F = es el ángulo de reposo del enrocado
DR = densidad relativa
FS = factor de seguridad
En el siguiente cuadro se muestra valores del factor de seguridad FS
2
.
0
)
(
4
.
1
d
y
gd
V
=

)
/(
001
.
0
5
.
1
1
5
.
0
3
50 K
y
V
d
I
=
5
.
0
2
2
1 ))
/
(
1
( 

−
= sen
sen
K
I
od
C
d 50
50 = sf
sg
o C
C
C = 5
.
1
)
1
/(
12
.
2 −
= DR
Csg
5
.
1
)
2
.
1
/
(FS
Csf =

32. • Recomendación del U.S.Department of Transportation (continuación)
Valores de los factores de seguridad FS
Condición FS
Flujo uniforme, tramos rectos o ligeramente curvos (radio de la
curva / ancho del canal > 30). Mínima influencia de olas y de
impacto de sedimentos y material flotante
1.0 – 1.2
Flujo gradualmente variado, curvas moderadas
(30 > radio de la curva / ancho del canal > 10). Moderada
influencia de olas, y de impacto de sedimentos y material flotante
1.3 – 1.6
Aproximación al flujo rápidamente variado; curvas cerradas
(10 > radio de la curva / ancho del canal. Alta turbulencia, efecto
significativo de impacto de material flotante y de sedimentos.
Inflencia significativa de las olas producidas por el vientos y botes
1.6 – 2.0

33. d . Espesor del enrocado
Simons y Senturk recomiendan que el espesor del enrocado debe ser
lo suficiente para acomodar la roca de mayor tamaño
e. Distribución del tamaño de las rocas
• Recomendaciones de Simons y Senturk
- La Relación tamaño máximo de la roca entre el diámetro d50 debe ser
aproximadamente 2
- La relación entre d50 y d20 debe ser también aproximadamente 2
• Recomendaciones del U.S. Department of Transportation
La graduación de las piedras del enrocado afecta su resistencia a la
erosión. Cada carga del enrocado debe ser razobablemente bien
graduada desde el tamaño más pequeño hasta el tamaño más grande.
En el siguiente cuadro se presenta los límites de la graduación de las
piedras

34. Límites de Graduación de las Rocas (Recomendaciones de U.S.
Department of Transportation)
Rango del tamaño de
roca (pies)
Rango de peso de la
roca (libras)
Porcentaje de
graduación
Menor que
1.5 D50 a 1.7 D50 3.0 W50 a 5.0 W50 100
1.2 D50 a 1.4 D50 2.0 W50 a 2.75 W50 85
1.0 D50 a 1.15 D50 1.0 W50 a 1.5 W50 50
0.4 D50 a 0.6 D50 0.1 W50 a 0.2 W50 15

35. f. Protección al pie del talud
• La socavación al pie del enrocado es uno de los principales
mecanismos de falla
• Por lo tanto se debe proteger la base del talud con enrocado. En la
siguiente figura se muestra un esquema de protección
Máximo nivel del agua
1.5 dg (mínimo)
dg profundidad de socavación general
Cresta protegida en espigones
sumergidos

36. g. Protección al pie del morro
• En en este caso la longitud de protección es mayor
Máximo nivel del agua
2.0 dg (mínimo)
dg profundidad de socavación general
Morro o extremo del espigón

37. CASO DE APLICACION
DEFENSAS RIBEREÑAS ZONA
SECTOR AVISPA
RIO INAMBARI

38. Interoceánica
Proceso acelerado de
socavación lateral
RIO INAMBARI – PROCESO ACELERADO DE SOCAVACION LATERAL

39. SCTOR AVISPA – SITUACION EL 09 OCTUBRE DEL 2009
Interoceánica
11 m

40. 3 m
Aparición de
grietas en la vía
SECTOR AVISPA – SITUACION 31 OCTUBRE DEL 2009

41. Interoceánica
RIO INAMBARI - CONSTRUCCION DE ESPIGONES

42. Interoceánica
RIO INAMBARI
Espigones

43. ESPIGONES EN EL RIO INAMBARI

44. EFECTO DE LOS ESPIGONES EN EL RIO INAMBARI
Extremo del espigón

45. RIO INAMBARI - IMAGEN SATELITAL ZONA DE ESTUDIO 2005

46. SECTOR AVISPA, SE OBSERVA EL FENOMENO DE SOCAVACION LATERAL – FOTO
DESDE EL AVION (ABRIL 2009)
Río Inambari
Sector Avispa
Interoceánica

47. SECTOR AVISPA, SE OBSERVA EL EFECTO DE LOS ESPIGONES DESPUES
DE DOS AÑOS – FOTO DESDE AVION (SETIEMBRE 2011)
Sector Avispa
Interoceánica
Río Inambari

48. SECTOR AVISPA, EFECTO DE LOS ESPIGONES DESPUES DE 5 AÑOS - AÑO 2013

49. SECTOR AVISPA , SE OBSERVA EL EFECTO DE LOS ESPIGONES DESPUES DE 5
AÑOS - AÑO 2013

50. SECTOR AVISPA, EFECTO DE LOS ESPIGONES DESPUES DE 5 AÑOS - AÑO 2013

51. Interoceánica
Proceso acelerado de
socavación lateral
RIO INAMBARI, DURANTE EL PROCESO DE SOCAVACION LATERAL – OCTUBRE 2009

52. ZONA DEL RIO INAMBARI 5 AÑOS DESPUES. MAYO - 2013

53. DEFENSAS RIBEREÑAS ZONA
SECTOR LA PASTORA – PUERTO
MALDONADO
RIO MADRE DE DIOS

54. DEFENSAS RIBEREÑAS EN PUERTO MALDONADO – ESPIGONES COMPUESTOS
Río Madre de Dios

55. CASO: PUENTE DOS DE MAYO
REGION MADRE DE DIOS

56. PUENTE DOS DE MAYO
FENOMENO DE SOCAVACION LATERAL
ESPIGONES

57. 4.10 PROTECCION CONTRA SOCAVACION AL PIE DE ESTRIBOS
DE PUENTES
Se puede evitar la socavación al pie de estribos con dos métodos diferentes
El primero consiste en sustituir el material erosionable del fondo, con un
enrocado de características similares al que se coloca en el morro de un espigón
El segundo consiste en colocar en el extremo de cada estribo un dique de
encauzamiento (o dique guia)

58. DEFINICIÓN TÍPICA DE LA CONTRACCIÓN DEL FLUJO EN UN
PUENTE SOBRE UN RIO CON LLANURAS DE INUNDACION

59. Algunas formas de comportamiento de un flujo de avenida al
pasar por un puente

60. Algunas formas de comportamiento de un flujo de avenida al
pasar por un puente

61. PROTECCION DEL ESTRIBO DE UN PUENTE

62. PROTECCION DEL ESTRIBO DE UN PUENTE

63. PROTECCION DEL ESTRIBO DE UN PUENTE
Abutment = Estribo Scour área = área de socavación

64. Situaciones que se pueden encontrar, y soluciones

65. BIBLIOGRAFIA
1. Bank Protection Method. Brevard Workforce Development Board. Bangladesh Water
Development Board
2. Bridge Piers Apelt – ASCE 1968
3. Design with Geosynthetics. Robert M. Koerner. Edit. Prentice. May, 1999
4. Design of Revetments. K.W. Pilarczyk. Dutch Public Works Department. Hydraulic
Engineering Division. The Netherlands
5. Deslizamientos y Estabilidad de Taludes en Zonas Andinas y Tropicales. Jaime Suárez Díaz.
Colombia
6. Engineering Hydrology. Victor Manuel Ponce. Edit. Prentice Hall. USA.
7. Hidráulica de Canales Abiertos. Richard H. French. Edit. McGraw-Hill
8. Hidráulica de Canales Abiertos. Ven Te Chow. Mac Graw Hill. Bogotá
9. Hidrología en Ingeniería. Germán Monsalve Sáenz. Edit. Alfaomega. Colombia
10. Hydraulic Factors in Bridge Design. Faraday&Charlton. Hydraulic Research. Londres. 1983
11. Ingeniería de Ríos. Hans Bots. Ingeniería Civil. Universidad Católica del Perú
12. Landslides. Ministry of Construction – Japón
13. Manual de Diseño de Obras Civiles. Comisión federal de Electricidad México
14. Practical Rip Rap Design. Maynord S. U.S. Army Engineers. 1978
15. Sediment Transport. Breusers. Delft University. Holanda. 1984
16. Stream Stability at Highway Structures. U.S. Department of Transportation
17. The Principles of River Training for Rivers. Gales R. Inst. Civ. Engrs.