Obras de protección de causes

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Departamento de Ingeniería 
Hidráulica y Sanitaria
Ing. Jesús E. Briceño A.
Jesusbrice@hotmail.com
Jesusbrice@gmail.com
UNIDAD V
mailto:Jesusbrice@hotmail.com
mailto:Jesusbrice@gmail.com
Son obras usadas para controlar la erosión y regular 
el flujo del agua.
Características de los torrentes:
• Pendientes pronunciadas.
• Cuencas altas.
• Precipitación localizada
• Las crecientes son violentas y de corta duración.
• Los sedimentos son de arrastre de fondo.
Partes de un torrente:
• La cuenca
• La garganta
• El cono de 
deyección.
ARGENTINA
ARGENTINA
ARGENTINA
CHILE
CHILE
CÁRCAVA LA BARINESA, EDO. BARINAS
EDO. FALCÓN 
AUSTRIA
JAPÓN
La cuenca contribuyente:
• Es la parte más alta y más extensa del torrente.
• La mayor parte de sedimentos proviene de la cuenca.
• Esta surcada por una serie de zanjones, o cauces
menores muy pendientes.
La garganta:
• Está constituida por un cauce encajonado y profundo.
• La pendiente es elevada y variable, pero menor que los
cauces ramificados de la cuenca.
• Las velocidades del flujo en creciente son muy altas.
Clasificación de los torrentes:
• Torrentes depositantes: son aquellos en los que el
aporte de materiales sólidos al torrente es de tal
magnitud que la energía del flujo se utiliza íntegramente
en el transporte de los mismos hacia aguas abajo.
• Torrentes socavantes: La energía del flujo es suficiente
para trasportar hacia aguas abajo todos los materiales
provenientes de la cuenca, quedando aún una capacidad
de trasporte adicional que tiende a erosionar el fondo y
las márgenes del cauce torrencial.
JAPÓN
AUSTRIA
JAPÓN
JAPÓN
JAPÓN
EDO. TRUJILLO
SEPTIEMBRE 1987 RÍO LIMÓN, MARACAY
JAPÓN
EDO. TRUJILLO
JAPÓN
JAPÓN
AUSTRIA
JAPÓN
PUENTE CAMURÍ, EDO. VARGAS
DICIEMBRE 1999
LOS CORALES, EDO. VARGAS
DICIEMBRE 1999 LOS CORALES, EDO. VARGAS
DICIEMBRE 1999 LOS CORALES, EDO. VARGAS
DICIEMBRE 1999
LOS CORALES, EDO. VARGAS
DICIEMBRE 1999 LOS CORALES, EDO. VARGAS
DICIEMBRE 1999 LOS CORALES, EDO. VARGAS
¡Y FALTAN LOS 
TRONCOS!
¿MECÀNICA 
DE TRONCOS?
DICIEMBRE 1999
DICIEMBRE 1999
Presas de torrentes y sus funciones:
• Ejercen un control del transporte de sólidos.
• Producen la consolidación del fondo del cauce.
• Disminuyen la erosión en las márgenes.
• Evita deslizamientos en laderas inestables.
• Detiene las avalanchas de lodo o lavas torrenciales.
Ing. Luis Miguel Suárez
AUSTRIA
JAPÓN
AUSTRIA
QDA. LA BRUJA, EDO. MÉRIDA
EDO. TRUJILLO
JAPÓN
QDA. SAN JOSÉ, EDO. TÁCHIRA
JAPÓN
CURUCUTÍ 2
Ing. Luis Miguel Suárez
CURUCUTÍ 2
CURUCUTÍ 2
QDA. HONDA, YACAMBÚ
QDA. HONDA, YACAMBÚ
JAPÓN
BRASIL
BRASIL
RÍO MACUTO, EDO. VARGAS
RÍO MACUTO, EDO. VARGAS
RÍO MACUTO, EDO. VARGAS
JAPÓN
Q ≈ 20 m3/seg
QDA. LA ESPERANZA, EDO. LARA
AUSTRIA
EDO. TRUJILLO
20 m
AUSTRIA
EDO. TRUJILLO
JAPÓN
QDA. SAN JOSÉ, EDO. TÁCHIRA
CURUCUTÍ 1, EDO. VARGAS
JAPÓN
AUSTRIA
TEXAS CANADÁ
JAPÓN
AUSTRIA
JAPÓN
AUSTRIA
JAPÓN
JAPÓN
AUSTRIA
JAPÓN
EDO. VARGAS
EDO. VARGAS
EDO. VARGAS
EDO. VARGAS
EDO. VARGAS
Mayo 2001 Diciembre 2001
Febrero 2005
Quebrada Guanape
Diciembre, 2003 Febrero, 2005
Quebrada Guanape
QDA. SAN JULIÁN, EDO. VARGAS
ANTOFAGASTA, CHILE
ANTOFAGASTA, CHILE
ANTOFAGASTA, CHILE
CURUCUTÍ, EDO.VARGAS
CURUCUTÍ, EDO.VARGAS
CURUCUTÍ 1, EDO. VARGAS
CURUCUTÍ 1, EDO. VARGAS
CURUCUTÍ 1, EDO. VARGAS
CURUCUTÍ 1, EDO. VARGAS
DICIEMBRE 1999
CURUCUTÍ 1, EDO. VARGAS
DICIEMBRE 1999 CURUCUTÍ 1, EDO. VARGAS
DICIEMBRE 1999 CURUCUTÍ, EDO. VARGAS
CURUCUTÍ 1
DICIEMBRE 1999 CURUCUTÍ 1
CURUCUTÍ 1
CURUCUTÍ 1
CURUCUTÍ 2
CURUCUTÍ 2
CURUCUTÍ 2
AUSTRIA
CARE
CARE
PRESA NAIGUATÁ 1
TOMA DE HIDROCAPITAL
PRESA NAIGUATÁ 2
NAIGUATÁ 
CLUB PUERTO AZUL
NAIGUATÁ
NAIGUATÁ 1
NAIGUATÁ 1
NAIGUATÁ 2
´
´
´
NAIGUATÁ 2
21
NAIGUATÁ 2
LAS PAILAS 4
LAS PAILAS 4
LAS PAILAS 4
LAS PAILAS 4
LAS PAILAS 3
LAS PAILAS 3
LAS PAILAS 3
LAS PAILAS 2
LAS PAILAS 2
LAS PAILAS 2
LAS PAILAS 2
LAS PAILAS 2
LAS PAILAS 1
LAS PAILAS 1
DISPOSITIVO CLAUZEL
VENEZUELA
JAPÓN
JAPÓN
JAPÓN
JAPÓN
DICIEMBRE 1999 EDO. VARGAS
DICIEMBRE 1999
EDO. VARGAS
JAPÓN
JAPÓN
Aspectos hidrológicos:
Caudales para el cálculo de la presa:
a. Caudal máximo de la creciente de diseño del
aliviadero.
b. Caudal de estiaje del cauce, se requiere para el
dimensionamiento de los mechinales y para el manejo
del flujo durante la construcción de la obra.
Precipitación:
• Duración, Intensidad y frecuencia de la lluvia: Cálculo de
las curvas de Intensidad-Duración-Frecuencia (IDF).
• Variación de la lluvia con el área: Método del promedio
aritmético, método de los polígonos de Thiessen y método
de las Isoyetas.
Escorrentía:
• Cálculo del coeficiente de escorrentía.
• Tiempo de concentración.
• Periodo de Retorno.
• Hidrogramas de creciente.
Cálculo del caudal de diseño del aliviadero:
• Método directo: se seleccionan los registros de los
caudales máximos anuales del río en el sitio de presa
y se determina de manera directa la curva de
frecuencias de los caudales máximos.
• Método Racional: Q = CIA, donde C es el coeficiente
de escorrentía, I es la intensidad de la lluvia y A es el
área de la cuenca.
• Método de Chow
• Método del Hidrograma Triangular.
ASPECTOS SEDIMENTOLOGICOS
Origen de los 
sedimentos:
• La erosión de la 
cuenca.
• La erosión del cauce.
• Deslizamientos del 
terreno.
• Aludes y glaciares.
• Cenizas volcánicas.
ASPECTOS SEDIMENTOLOGICOS
Transporte de los sedimentos: Las corrientes
naturales de agua transportan materiales sólidos
según diferentes mecanismos:
a. Transporte en solución
b. Transporte en suspensión
c. Arrastre de fondo
ASPECTOS SEDIMENTOLOGICOS
PENDIENTE DE COMPENSACIÓN
Al construirse en un cauce una presa de retención de
sedimentos y una vez producida la colmatación de la
misma, deberá ajustarse la pendiente del sedimento a
las nuevas condiciones impuestas por la obra, las cuales
son:
- Implantación de una barrera fija en el cauce.
- Formación de un nuevo lecho sobre los sedimentos
retenidos por la obra, con secciones hidráulicas de
mayor anchura.
ASPECTOS SEDIMENTOLOGICOS
MÉTODOS DE ESTIMACIÓN DE LA PENDIENTE DE COMPENSACIÓN:
Fórmula de Romiti: La pendiente de compensación viene expresada 
por:
Siendo:
S: Pendiente original del cauce en 
el tramo de la presa.
Dmáx: Tamaño máximo de las 
partícula del cauce (m)
dc: tamaño más común (d50) de las partículas del cauce (m)
Bb: ancho original del cauce en creciente (m)
Bbc: ancho del cauce en creciente después de la colmatación de la 
presa. Se toma igual a la longitud de la cresta de la presa. 
ASPECTOS SEDIMENTOLOGICOS
MÉTODOS DE ESTIMACIÓN DE LA PENDIENTE DE COMPENSACIÓN:
Experiencia Japonés: La experiencia Japonesa en labores de 
corrección de cauces torrenciales permite estimar la pendiente 
de compensación de la manera siguiente:
Siendo:
: ángulo correspondiente a la 
pendiente original del cauce (°)
c: ángulo correspondiente a la 
pendiente de compensación (°)
ASPECTOS SEDIMENTOLOGICOS
MÉTODOS DE ESTIMACIÓN DE LA PENDIENTE DE COMPENSACIÓN:
Experiencia Italiana: Según la experiencia italiana, basada en la
medición de la pendiente de compensación en una serie de
torrentes, se tiene que:
Experiencia Norteamericana: En los estados unidos, en base a 
observaciones de campo, se recomienda utilizar:
Método de cálculo recomendado: Se recomienda estimar el 
valor de la pendiente de compensación de manera práctica, 
utilizando la ecuación:
SSc 65,0LA PENDIENTE DE COMPENSACIÓN
ccbSSb  S
b
b
S
c
c 
FORMULA DE E. THIERY
SSc 65,0
65,0
cb
b
bbc 54,1
S
b
b
S
c
c 
cbb  SSc 
cbb
S
b
b
S
c
c  SSc 
cb S
b
b
S
c
c  0cS
Orden de construcción de las 
presas:
a. Comenzar el escalonamientocon la construcción
de la presa situada más aguas abajo
b. Una vez colmatada ésta primera obra, se
construye la segunda hacia aguas arriba.
c. Así sucesivamente hasta completar el
escalonamiento en el transcurso de varios años.
Etapas de funcionamiento:
a. Antes de la colmatación:
Etapas de funcionamiento:
b. Después de la Colmatación:
FORMAS DE DETENER UNA LAVA TORRENCIAL
a.- La pendiente se hace menor a 10 grados.
b.- La pendiente se reduce a la mitad o menos.
c.- El ancho aumenta a más del doble. 
VERTEDEROS:
• Los vertederos o aliviadero está ubicado generalmente
sobre la presa y cumple la función de dar salida a los
caudales de las crecientes.
• El caudal de diseño corresponde al pico de la creciente
calculada mediante la elaboración de un estudio
hidrológico.
• Los diseños más utilizados consisten en vertederos
trapeciales o rectangulares, situados sobre la presa y
centrados sobre el cauce, con caída libre hacia aguas
abajo.
• También es posible utilizar un vertedero curvo para
centrar el flujo.
VERTEDEROS
VERTEDEROS
VERTEDEROS:
Capacidad del Vertedero: Para un aliviadero
rectangular, despreciando la velocidad de
aproximación, el caudal Q viene expresado:
Siendo: 
Le: longitud efectiva del aliviadero 
(m)
h: carga aguas arribas del 
remanso.
Le = L – 2 K h
LONGITUD EFECTIVA
hKLLe **2
CIPOLETTI
2
3
)(**838,1 hLQ e
PARED DELGADA
Disipación de Energía:
La lámina de agua que vierte sobre la presa tiene una energía 
que es función de la altura de la caída y del caudal.
TRAYECTORIA DEL CHORRO
g
y
Vx
*2
*
3
2
g
q
d 
g
H
Vxi
*2
*
g
hH
Vx j
)(*2
*


)(**21 hHgV 
SOCAVACION AL PIE DE PRESA
32,0
90
57,020,0 *
*75,4
d
qY
TWS 
PROTECCION CONTRA LA SOCAVACION
DISIPADOR DE ENERGIA
bLxL rjc 
2*5 YLr 
)(**21
1
hHg
q
V
q
Y


 1*81*
2
2
1
1
2  F
Y
Y
1
1
1
* yg
V
F 
222 hYH 
Proyecto de Mechinales:
Los Mechinales o barbacanas son pequeñas aberturas que 
se dejan en el cuerpo de la presa y que cumplen las 
siguientes funciones:
a. Aliviar parcialmente la presión hidrostática al permitir el 
drenaje del agua, tanto antes como después de la 
colmatación del embalse.
b. Permitir el paso del flujo durante la construcción de la 
presa.
c. Vaciado del embalse después de la ocurrencia de una 
creciente.
d. Evitar la interrupción del flujo durante el llenado del 
embalse.
Proyecto de Mechinales:
Proyecto de Mechinales:
Disposición de los Mechinales:
Se recomienda colocar la primera fila de mechinales a
cota de fondo del cauce, obteniendo así las siguientes
ventajas:
a. Durante la etapa de construcción de la obra se da
salida a los caudales de verano, evitando el
embalsamiento aguas arriba.
b. Se propicia una máxima reducción yo eliminación de
la subpresión que pudiera tener lugar en la base de la
presa.
Para facilitar el flujo y disminuir la tendencia a la
sedimentación en el interior de las barbacanas, es
recomendable darles una pendiente longitudinal no
menor del 3% hacia aguas abajo.
Proyecto de Mechinales:
Cálculo del caudal:
La ecuación que relaciona el caudal con la carga
hidráulica es:
Siendo:
Q: Caudal (m3/ seg)
Cd: Coeficiente de descarga
A: Área de la sección de flujo (m2)
g=9.81 m/ seg2 H: carga hidráulica
Verificación de la posibilidad de 
tubificación
Cuando la presa está fundada sobre suelos granulares permeables
pueden presentarse problemas de erosión interna en el material de la
fundación, a causa del flujo que se infiltra bajo la presa y emerge
agua debajo de la misma. Esto ocurre cuando existe alguna de las
siguientes condiciones o una combinación de ellas:
a. Carga hidráulica en el embalse elevada
b. La carga hidráulica se mantiene el tiempo necesario.
c. El material de la fundación es: Permeable, Formado por suelos
granulares finos( arenas, limos) o No cohesivo.
d. El recorrido de las filtraciones bajo la base de la presa es
relativamente corto.
Verificación de la posibilidad de 
tubificación
El método de Lane se
adapta especialmente
a la presas pequeñas y
es utilizado a nivel
mundial.
Q = 20 m3/seg
QUEBRADA LA ESPERANZA, 
EDO. LARA
QUEBRADA LA ESPERANZA, 
EDO. LARA
OBJETIVOS:
1.- Fuerzas actuantes.
2.- Etapas de carga.
3.- Cálculo de la estabilidad.
Proyectos De Presa De Gravedad
FUERZAS ACTUANTES
FUERZAS
CASOS DE CARGAS
2
* 2H
Eh


CASO DE CARGA A
2*50,0 HEh 
CASO DE CARGA B
1.- EMPUJE HIDROSTATICO 
(INFILTRACION):
70,0*
2
* 2H
Eh

 )*5,0(*70,0
2HEh 
CASO DE CARGA B
1.- EMPUJE HIDROSTATICO
(MECHINALES):
CASO DE CARGA B
1.- EMPUJE DEL SEDIMENTO:
2***
2
1
HKE sedased  )
2
º45(*2

 tgKa
El peso unitario del sedimento es el sumergido.
º37 25,0aK
3/16,1 mtonb 
)*50,0(*30,0 2HEsed 
EMPUJE TOTAL DEL CASO B:
)*50,0(*30,0)*50,0(*70,0 22 HHE 
2*50,0 HE 
EMPUJE AGUA EMPUJE SEDIMENTO
CASO DE CARGA C
2***
2
1
HKE sedased 
º37 25,0aK
3/00,2 mtonh 
)*50,0(*50,0 2HE 
El peso unitario del sedimento es el humedo.
CONCLUSION
1.- CASO A:
2.- CASO B:
3.- CASO C:
2*50,0 HE 
2*50,0 HE 
)*50,0(*50,0 2HE 
El caso más desfavorable entre las combinaciones
mostradas, corresponde al diagrama triangular de
presiones hidrostáticas (Caso A).
Se exceptúan los casos de fundación impermeable y el de
lavas torrenciales.
sedh EEE  )*50,0(*30,1)*50,0(*30,0*50,0
222 HHHE 
FUERZAS EN LAS ALAS Y SECCION 
VERTEDORA
FUERZAS
**)
2
( Hh
H
Eh 
)*2(*3
)*3(*
hH
hHH
G



2
H
3
H
h*
H*
H
**bhPa 
**1 ahPa 
*
2
*
2
Ha
Pa 
A
Pa
Pa1
Pa2
a b
FUERZAS
2
** BH
U


FUERZAS
FUERZAS
g
a
K s
WKS hh *
WKS vv *
2
h
v
K
K 
FUERZAS
2***555,0 HKSe 
H
H
L *42,0
*3
*4


FUERZAS
ESFUERZOS EN LA BASE
I
XM
B
R cv
*2
*

H=B
B=1,00
12
* 3HB
I 
eRM vc *
12
*1 3B
I 







B
e
B
Rv *61*
ESFUERZOS EN LA BASE
COMPRESION
COMPRESION
TRACCION
COMPRESION COMPRESION
TRACCION
W=43.5 ton
Ev=2.25 ton
Pa=4 ton
Eh=22.5 ton
Rv=49.75 ton
EJEMPLO
FACTOR DE SEGURIDAD AL 
VOLCAMIENTO



Ma
Mr
FSv
 B. punto al respecto sresistente momentos los de Suma :Mr
 B. punto al respecto actuantes momentos los de Suma :Ma
50,1vFS
W=43.5 ton
Ev=2.25 ton
Pa=4 ton
Eh=22.5 ton
Rv=49.75 ton
FACTOR DE SEGURIDAD AL 
DESLIZAMIENTO
B
Fa

 actuantes. eshorizontal fuerzas las de Suma :Fa
 s.resistente eshorizontal fuerzas las de Suma :Fr
1.- DESLIZAMIENTO SOBRE UNA JUNTA (MONOLITICA):



Fa
Fr
FSd
Si no se disponen de ensayos, se puede tomar para 
la mampostería una resistencia al corte de 5 
kg/cm2
W=43.5 ton
Ev=2.25 ton
Pa=4 ton
Eh=22.5 ton
Rv=49.75 ton
FACTOR DE SEGURIDAD AL 
DESLIZAMIENTO
 FnfFf *
roce. de Fuerza :fF
roce. de eCoeficient :f
2.- DESLIZAMIENTO SOBRE UNA JUNTA (FISURADA):


Fa
F
FS
f
d
 roce. de superficie la a normales fuerzas las de Suma :Fn
W=43.5 ton
Ev=2.25 ton
Pa=4 ton
Eh=22.5 ton
Rv=49.75 ton
FACTOR DE SEGURIDAD AL 
DESLIZAMIENTO
 FnfFf *
roce. de Fuerza :fF
fundación. la de estratos entre o fundación,-presa roce de eCoeficient :f
3.- DESLIZAMIENTO SOBRE LA FUNDACION:



Fa
BCF
FS
f
d
*
 analizada. contacto de superficie la a normales fuerzas las de Suma :Fn
fundación. la de oconsiderad estrato elen o fundación, lay presa la entreCohesión :C
unitario. ancho de presa, la de base la de Area :B
 es.horizontal fuerzas las de suma :Fa
PROPIEDADES MEDIAS DE ALGUNOS MATERIALES DE FUNDACION
W=43.5 ton
Ev=2.25 ton
Pa=4 ton
Eh=22.5 ton
Rv=49.75 ton
MEJORAS PARA LA RESISTENCIA AL DESLIZAMIENTO
CARGAS ADMISIBLES EN LA FUNDACION
CARGAS ADMISIBLES EN LA FUNDACION
SX v *40,0
SXm *70,0
)(*50,0)(*30,0 hHShH 
CARGAS ADMISIBLES EN LA FUNDACION
ESTABILIDAD DE LAS ALAS
hb *70,0
GRAFICAS PARA PREDIMENSIONADO
PRESA NAIGUATA 1
PRESA NAIGUATA 1