DISEÑO DE OBRAS DE CONTROL DE EROSIÓN

7/23/2019 DISEO DE OBRAS DE CONTROL DE EROSIN

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MEMORIA DE CLCULON

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CLIENTE: HOJA 1 DE 10PROYECTO: RIO GRANDE

AREA: TRAMO II

TITULO: DISEO DE OBRAS DE CONTROL DE EROSIN PARA EL CRUCE DELA QUEBRADA SAN LORENZO

INDICE DE REVISIONES

REV DESCRIPCION / HOJAS REVISADAS

0 PARA APROBACIN

A ANULADO

Este documento se anula por cambio de proyecto de cruce a cielo abierto a cruce por perforacinhorizontal dirigida.

REV. 0 REV. A REV. B REV. C REV. D REV. E REV. F REV. G REV. HFECHA 09/05/2002 21/07/2002

EMITIDO ING. V.C. V.C.

REVISADO SSMA E.B. E.B.

REVISADO QAQC M.T. M.T.

APROBADO GP D.E. D.E.LA INFORMACION CONTENIDA EN ESTE DOCUMENTO ES DE PROPIEDAD DE TRANSIERRA S.A. Y NO PUEDE SER UTILIZADA PARA FINES DIFERENTES DE LOS AQU INDICADOSESTE FORMULARIO FUE DISEADO DE ACUERDO CON EL STANDARD DE PETROBRAS N-381 REV. F


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APROYECTO:

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TITULO: DISEO DE OBRAS DE CONTROL DE EROSION PARA EL CRUCE DE LAQUEBRADA SAN LORENZO

1. Objetivo

Definir las estructuras necesarias para controlar los procesos de erosin hdrica en el cruce delgasoducto Gasyrg por la Quebrada San Lorenzo, y de esta forma asegurar la estabilidad y seguridad dela caera durante su operacin.

2. Documentos de referencia

2.1. E-RL-7010.01-6521-948-CKJ-002 Estudios geotcnicos Realizados para el cruce de laQuebrada San Lorenzo.

2.2. E-RL-7010.01-6521-948-CKJ-003 Estudios complementarios para el cruce de la Quebrada SanLorenzo.

2.3. E-DE-7010.01-6521-948-CKJ-005 Proyecto ejecutivo Cruces Especiales Quebrada SanLorenzo.

2.4. E-DE-7010.01-6521-275-CKJ-008 Ubicacin de obras de Control de Erosin para el cruce de la

Quebrada San Lorenzo.2.5. E-DE-7010.01-6521-275-CKJ-014 Control de Erosin en el cruce de la Quebrada San Lorenzo.2.6. E-DE-7010.01-6521-275-CKJ-021 Control de Erosin en el cruce de la Quebrada San Lorenzo

-Obras Complementarias.

3. Antecedentes

En las proximidades del rea donde el GASYRG tiene proyectado cruzar la Quebrada San Lorenzo, lapresencia del YABOG ofrece evidencias palpables del comportamiento y la accin de la erosin hdricaen el lugar.En funcin de la observacin directa se puede deducir que el YABOG, expuesto unos 12 metros porencima del nivel actual del lecho, fue instalado como un cruce subterrneo en oportunidad de su

construccin (no existen rastros de ninguna estructura de soporte y se observan restos del revestimientoanticorrosivo sobre el cao actualmente expuesto).Esta situacin refleja un cambio notable ocurrido a lo largo de la quebrada producto de una intensaerosin hdrica en marcha que produjo, entre otras consecuencias, la destruccin del camino deservidumbre de TRANSREDES.La erosin, predominantemente de fondo, produjo un brusco cambio del nivel de base, coadyuvada porlas caractersticas del suelo que conforma el lecho de la quebrada.A partir del anlisis de fotografa area y restitucin cartogrfica (IGM 1960) y la captacin remota deimgenes (Landsat TM 1989 1994 -2001), se pudo determinar que el cono de deyeccin se encontrabaaguas arriba del cruce del gasoducto YABOG, encontrndose actualmente 7 kilmetros aguas abajo deeste emplazamiento. Por otra parte el pie de monte se encuentra a unos 16 kilmetros aguas arriba del

punto de inters para el proyecto de cruce. La pendiente segn los datos del relevamiento es del 0.5%constante en la zona del cruce y de aumenta gradualmente hacia aguas arriba.

Estas condiciones se generaron como producto de las crecidas de carcter extraordinario registradas enlos aos 1972 y 1982, segn testimonio de los pobladores entrevistados durante la investigacinrealizada a los efectos de obtener antecedentes especficos.

4. Evaluacin Crtica

La Quebrada San Lorenzo conserva la potencialidad de generar avenidas como consecuencia de lascondiciones climticas, y evidencia una relativa conservacin del ancho del cauce como contrapartida dela manifiesta erosin de fondo.Las estructuras de control de erosin debern contemplar estos aspectos teniendo en cuenta los

resultados del estudio hidrometeorolgico realizado para soporte del diseo, que estableci un caudal de133 m3/s para una recurrencia de 50 aos, y de 143 m3/s para una recurrencia de 100 aos.


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Se recomienda la construccin de un dique pesado de hormign ciclpeo, para control de la erosin defondo sobre el sitio de emplazamiento del nuevo cruce del gasoducto GASYRG. Su ubicacin se

encuentra determinada en el documento E-DE-7010.01-6521-275-CKJ-008 en conjunto con las obrasaccesorias para control de erosin necesarias aguas abajo del cruce con el fin de encauzar el flujo ymantener inalterada la cota actual del cauce.

Las estructuras se inscribirn en el cauce evitando provocar alteraciones en el libre escurrimiento de lasaguas que pudieran intensificar la accin erosiva de las aguas. La estructura principal sobre el fondo delcauce y laterales inferiores tendr una extensin longitudinal al cauce de aproximadamente 50 metros,ubicndose el 30% de la misma aguas arriba del eje de la caera y el resto aguas abajo. La funcin deesta estructura ser controlar la erosin lateral y de fondo sobre el sitio del cruce y minimizar la accinhidrodinmica de escorrenta sobre la caera del cruce.

La estructura secundaria ser instalada 200 metros aguas abajo de la estructura principal (lugar delcruce de la caera), servir para controlar que la erosin retrgrada de fondo no avance sobre el cauce

en el punto de emplazamiento del cruce, y ser fusible anticipando la necesidad de realizar trabajos demantenimiento y control adicionales ante su exposicin prematura.

5. Descripcin de La Obra

Muro (Contrafuerte de Hormign)

La estructura principal estar formada por un muro (contrafuerte, paramento o dique) alineado con ladireccin de la caera y transversalmente al cauce, el cual se ubicar 5 metros aguas abajo del eje delgasoducto. Su funcin es anclar la estructura superficial impidiendo su desplazamiento axial, actuandocomo dique de contencin del suelo aguas arriba de su posicin impidiendo el desplazamiento lateral dela caera.

Para controlar la accin erosiva que provocar la diferencia de densidades entre esta estructura y elmedio, sta ser complementada por colchonetas de piedra encanastada y arriostradas mediantedentellones de gaviones, para impedir el arrollamiento que produce la accin hidrodinmica de lacorriente. Este esquema si bien de concepcin simtrica tendr diferentes proporciones, teniendo unamayor extensin aguas abajo completndose con una estructura superficial tipo rip-rap que actuar comoelemento de transicin entre la estructura principal y el suelo natural del cauce.

La estructura ser montada sobre el sustrato, utilizando polymeros geosintticos tejidos agujados enforma de mantas, que actuarn como refuerzo estructural, de separacin y filtrado de finos para evitar elsifonamiento de los suelos de apoyo.

Las barrancas sern protegidas mediante muros escalonados de gaviones hasta 5 metros de alturasobre el nivel previo de referencia del terreno en los lugares de las obras.

Estas cotas de proteccin son suficientes y adecuadas para controlar los niveles mximos de crecidaprevistos para una recurrencia de 50 aos con mas una revancha mayor a 0.50 metros para seguridaddel diseo.

La estructura complementaria diseada para ser instalada aguas abajo ser colocada a 200 metros de laestructura principal y su configuracin ser similar a sta. En vez de contar con el muro o contrafuerte dehormign ciclpeo, esta funcin ser ejercida por una pantalla de tablestacas de acero del tipo Larseninstaladas por el mtodo de inca hasta 8 metros de profundidad. Las tablestacas sern coronadas porgabiones de forma rectangular alineados a ambos lados, el espacio entre estos y las tablestacas serrellenado con hormign. La estructura tendr un largo total de 35 metros, un 30% aguas arriba de lastablestacas y el 70 % aguas abajo. El control de erosin superficial se realizar por medio de colchonetasde piedra encanastada y dentellones de fijacin en los extremos en estructuras de gabiones. Aguasabajo la estructura colchoneta-dentelln rematar en un rip-rap profundo, para absorber la energa que

provoca erosin en el extremo de la cobertura de gaviones y colchonetas, coadyuvando la transicin de


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la estructura artificial con el material granular del lecho de la quebrada, que al embeber las rocas en elsuelo conformar una coraza protectora contra la erosin localizada al pie de la construccin.

6. Memoria de clculo de las estructuras antierosin.

6.1. Proteccin del fondo del cauce.

El elemento protector contra la socavacin de fondo en la proximidad al cruce del ducto es el umbral odique enterrado de hormign ciclpeo transversal al cauce y perpendicular al eje de flujo. Un elementorgido, causa turbulencias locales y erosin intensa aguas abajo del sitio de ubicacin, por lo que esnecesario evitar estas secuelas a fin de proteger el ducto de un eventual descubrimiento.

La profundidad de fundacin de 3.5 m por debajo del nivel del aluvin del lecho de la quebrada protegerel cao, en tanto y en cuanto este elemento este a su vez resguardado de las erosiones que el mismogenera y las que quebrada desarrolla en rgimen natural en que se encuentra en esta seccin.

La medida propuesta para evitar la erosin del aluvin alrededor del umbral y por ende del cao delgasoducto es de revestir el lecho de la quebrada con colchonetas de gaviones (ver plano N 2) y lasladeras por muros escalonados de gaviones.

La colchoneta se la verifica al sifonamiento de finos, determinando la longitud requerida, en funcin altipo de suelo y altura de cada del flujo.

6.1.1.Verificacin al sifonamiento del suelo de apoyo a la colchoneta

El vaco generado por la corriente produce erosin de fondo en la zona de contacto de una obra rgidacon el terreno natural, provocando fuga de finos. Esto se evita con una colchoneta de gaviones que sirvede transicin entre la estructura rgida y el material de fondo del cauce.Para determinar la longitud necesaria de la colchoneta, se asimila esta situacin a la de un resalto

hidrulico, utilizando el modelo de Blich:

L > AH x C

AH: Desnivel entre las superficies libres, adoptado 1.5mC: Coeficiente dependiente del suelo (para arena fina =15)L: Longitud del revestimiento necesario para mitigar el efecto de sifonamiento en colchonetassometidas a las acciones de carga piezometrica, que puede darse en la obra al descender el nivel dellecho de la quebrada en el tramo aguas abajo de la obra, situacin que ser adsorbida por la flexibilidaddel sistema de gaviones.

L = 15x1.5 = 22.5mL Adoptado = 24m

Adems del largo requerido es necesario determinar el espesor de este elemento para que no seproduzca erosin en el suelo de apoyo. Segn Abaco de Maccaferri (Grafico N 1: Dimensionamiento delos revestimientos en colchonetas, es funcin de la velocidad del flujo) para velocidad critica de 5 m/s ylimite de 6.4m/s se recomienda un espesor de colchn de 30cm de espesor, relleno de rocas de 100mma 200mm.

El elemento protector del fondo estar compuesto por colchonetas 4x2x0.3m de 4 celdas, apoyadassobre geotextil punzado de 190 gr/m2 como mnimo y rematado con dentellones de gaviones 2x1x1 alfinal de la colchoneta, y entre las colchonetas y el muro de hormign.

6.1.2.Proteccin de las mrgenes.

La proteccin de las mrgenesen el sector revestido tanto aguas arriba (que recubrir el cao de gas)como aguas abajo del umbral de hormign, se har mediante un muro de gaviones de 5 metros de altura


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y 5 metros de base con paramento vertical hacia la ladera y escalones con cara al canal formando unngulo de con un ngulo de 45 grados, que corre desde el inicio del revestimiento de fondo hasta el iniciodel rip rap ( ver plano N 2 ).

El muro de gaviones se calcula verificando la situacin de estabilidad para un muro de contencin.

Dado que el concepto de este sistema de defensa contra erosin es de lastrar el suelo de un sector de laquebrada para contraponerse a la accin de una correntada el peso del lastre es importante.

El muro de contencin propuesto se verifica siguiendo las recomendaciones de Maccaferri, basadas enla teora de Coulomb:

La superficie de rotura es plana La fuerza de rozamiento interno se distribuye en forma uniforme a lo largo de la superficie de rotura La cua del terreno entre la superficie de rotura y el muro se la considera indeformable Se desarrolla un esfuerzo de rozamiento entre el muro y el suelo de contacto, lo cual hace que la

recta de accin del empuje activo se incline un ngulo respecto a la normal al paramento interiordel muro

La rotura se analiza como bidimensional tomando una franja unitaria de muro considerando laestructura como continua e infinita.

Este clculo se basa en los resultados del estudio geotcnico.

Carga admisible para el terreno del pozo S2: A un metro de profundidad la tensin admisible esde 1,2Kg/cm2

Angulo de friccin interna: 28 grados y el peso especifico es de 1.6g/cm3. El ngulo de friccin muro terreno: 0,9 x ngulo de friccin interna. Peso especfico del muro: 1.5 t/m3.

El ngulo de los taludes de relleno y de corte ser igual al ngulo de friccin interna, para garantizar laestabilidad de estos ante escorrentias superficiales, o avenidas extraordinarias y posible saturacin delsuelo.

6.1.3. Verificacin del gavin al vuelco, al desplazamiento y a la fatiga del suelo

DATOS DEL MURO DATOS DEL TERRENO

Altura[m]

BaseMayor

[m]

BaseMenor

[m] Descripcin Cantidad Unidad

5 5 1

PESO ESPECIFICO

TERRENO gama 1,6 Ton/m3PESO ESP MURO

Ton/m3 1,65 CARGA ADMISIBLE Ks 1,2 Kg/cm2

ANGULO DEFRICCION MURO

TERRENO25,2

ANGULO TALUDRELLENO

28

ANGULO DEFRICCION DEL

SUELO

28


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COEFICIENTEDE EMPUJE

LATERAL Ka

0,862

6.1.4. Empujelateral y sus componentes

Pa 17,23 TonPa

Horizontal 15,59 TonPa Vertical 7,34 Ton

Centro de gravedaddesde el fulcro

3,28 M

Verificacin al vuelco del muro de contencin

4,249 Momento resistente / momento deempuje

Control dedeslizamiento Cantidad Unidad

Carga verticalN 29,84 Ton

Carga lateralT 15.59 TonCoeficiente de

friccinf 0,6

N x f / T 1,54

Verificacin de tensin de apoyo en la baseExcentricidad - 0,33

Esfuerzo menor 3,60 Ton/m

2

Esfuerzo mayor 8,33 Ton/m2

Esfuerzo Admisible 12 Ton/m2

6.2. Muro enterrado de hormign ciclpeo (Umbral de H C)

Para control de la erosin general y de fondo originada por la accion de las crecientes se decide construirun muro de HC transversal al eje del cauce cuya cresta est enrasada a nivel del fondo del cauce.Este muro se fundar a 3,5 m de profundidad desde la superficie actual del canal. Los esquemas yplanos adjuntos detallan aspectos constructivos.

6.2.1.Funcin del muro


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Debido a que se carece de informacin sobre la hidrodinmica y los registros de escurrimiento del cauce,se toman las medidas precautorias para posibles condiciones extremas de socavacin y desequilibrios

contra los cuales el muro actuara como anclaje, y en condicin extrema como ncleo de vertedero.Por otra parte, las condiciones del terreno no son las ms auspiciosas, por lo que se define esta obracomo mitigador de efectos de erosiones de fondo y laterales brindadndo estabilidad al sector.

6.2.2.Especificaciones mnimas para la construccin.6.2.2.1. Recomendaciones para el H C

Estar constituido por piedra desplazadora y hormign simple, cuidando los siguientes aspectos:

La relacin agua cemento para la preparacin de la mezcla de hormign simple, no debe sermayor a 0.6.

El diseo de mezcla del hormign simple que servir de matriz receptora de la piedradesplazadora, responder a la frmula volumtrica: 1:2:3 (Cemento, Arena, ripio)

El porcentaje de piedra desplazadora no debe superar el 60% del volumen total.

6.2.2.2. Materiales

La piedra desplazadora debe estar constituida de materiales no friables, seleccionando piedramaciza y desechando rocas calcreas y conglomerados deleznables.

Los agregados deben cumplir las condiciones especificadas para el hormign estructural en lasnormas bolivianas para el hormign o las normas ASTM correspondientes.

Se esperan resistencias a los 28 das de 240 Kg/cm2 para garantizar que la estructura seamonoltica.

6.2.2.3. Proceso Constructivo

El vaciado del H se har en capas de no ms de 40cm de altura, sobre las que se colocarn laspiedras desplazadoras limpias y lavadas previamente para garantizar adherencia.

El hormign debe ser vibrado o compactado por medio de varillas que permitan su penetracinen las oquedades.

Si se opta por vaciados ms rpidos deben tomarse precauciones con la temperatura defraguado a fin de no generar fisuras.

Cuando se interrumpa el vaciado deben tomarse las previsiones necesarias para asegurar elcontacto entre capas.

Al concluir la construccin del muro, los rellenos posterior y anterior debern ser compactados.La compactacin se har con equipo manual y cuidando que el relleno a medida que se vacolocando a ambos lados del muro mantenga al mismo nivel para evitar la inclinacin del muro.

6.2.2.4. Consideraciones

Todos los clculos de estabilidad de los muros de gaviones y del muro umbral enterrado, se basan en elclculo de muros de gravedad. Los primeros de acuerdo con las especificaciones de fabricante dematerial para gaviones MACCAFERRI, en su publicacin Obras de contencin y el segundoconsiderando el clculo de estabilidad por gravedad de muros de hormign ciclpeo.

Los principales valores para este equilibrio se obtuvieron de aplicar los siguientes criterios y formulas.

El empuje activo del terreno sobre el muro es:

Pa= Ka x 0.5 x peso especifico del terreno x H 2

H es la altura del muro,


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( )

( ) ( )

( ) ( )( )

( ) ( )( )

2

5.0

5.0

2

2

1

+

+

+

+=

ebsendbsen

efsendfsen

dbsenbsen

fbsenKa

donde:

b: ngulo entre pared posterior del muro con la horizontald: ngulo de rozamiento entre muro y terrenof: ngulo de rozamiento interno del relleno detrs del muroe: ngulo de inclinacin del talud detrs del muro

Este empuje activo se descompone en sus componentes vertical y horizontal tomando en cuenta elngulo de friccin muro/suelo.

Las condiciones de seguridad de la estructura se verifican al evaluar su resistencia al deslizamiento, suresistencia al vuelco y el nivel de presin que ejerce la estructura sobre el suelo.

Para esto, se calcula la resistencia al deslizamiento verificando la relacin entre la componente delempuje lateral activo y la fuerza de friccin resistente en la base del dique o muro. Se asume uncoeficiente de friccin suelo muro de 0.6, considerando adems por el lado de la seguridad que el muroo dique no est empotrado en el suelo. La carga normal incluye el peso del muro y la componentevertical del empuje activo. La relacin entre estos valores es mayor que 1.5.

La relacin entre los momentos estabilizantes y los momentos que generan vuelco. Los momentos secalculan con relacin al extremo inferior del pie del dique que no esta en contacto con el relleno (extremode aguas abajo)

Las fuerzas que generan momentos estabilizantes son el peso propio de la estructura aplicado en elcentroide de la misma y la componente vertical del empuje activo (Pa) aplicada a nivel de la pared decontacto entre muro y relleno. La fuerza que genera el vuelco es la componente horizontal del empujeactivo.

La relacin entre el momento estabilizante y el momento volcador debe ser mayor que 1.4 para sersatisfactoriamente segura.

Con relacin a los esfuerzos aplicados sobre el terreno de fundacin, se calcula la excentricidad de laaplicacin de la resultante con relacin al centro de la base del muro.

( )

( )voEmpujeActiertCompoenteVPesoMuro

uelcoMomentoDeVsistenteMomentobase

dadExcentrici.

Re2

+

=

Las tensiones sobre el terreno son las siguientes:

S1 = (Base/ (peso muro + componente vertical de empuje activo) ( 1 + 6* Exc/ Base)S2 = (Base/ (peso muro + componente vertical de empuje activo) ( 1 - 6* Exc/ Base)

Los valores S1 y S2 deben ser menores que la carga admisible del terreno.

Todos estos clculos se hacen para una seccin de longitud unitaria.


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Para el dique enterrado o umbral se aplicaron los mismos principios de equilibrio, para tener en cuentauna posible desaparicin parcial del fondo de canal aguas abajo.

El peso de los gaviones se calcula en base a una estructura de piedras de tamao uniforme congravedad especfica de 2.5 Ton/m3, que por la relacin de vacos deriva en un peso especfico aparentede 1.65 Ton / m3.

El peso del muro de HC, se calcula en 2.2 Ton/m3.

6.2.2.5. Clculos

Datos del Muro enterradoDimensiones [m] Caractersticas del terreno

AlturaBaseMayor

BaseMenor Descripcin Cantidad Unidad

3.5 2.2 0.4 Peso Especfico 1.6 Ton/ m3

Peso especfico delmuro Ton/m3 2 Carga Admisible Ks 0.85 Kg/cm2

Angulo de friccinmuro-terreno 25.2

Angulo de friccininterna 28

Coeficiente deempuje Ka 0.3185

Cargas suponiendo erosin frontal.

EmpujedelrellenosPa 3.12 Ton

PaHorizontal 2.82 TonPaVertical 1.33 Ton

Verificacin al deslizamientoCarga Normal 10.43 TonEmpujeHorizontal 2.82 TonCoeficiente defriccin 0.5Friccin /Empuje 1.85 Verifica


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Momentos

Por Componente de

empuje horizontal delterreno (1) 3.29 Ton-mPor componente deempuje vertical delterreno (2) 2.92 Ton-mPOR PESO PROPIODEL MURO (3) 13.16 Ton-m

Verificacin al vuelco

4.88Momento Resistente /Momento de Empuje

((2)+(3))/ (1)

CompresinExcentricidad -0.126 M

Esfuerzo 1 3.11 T/m2

Esfuerzo 2 6.37 T/m2

EsfuerzoADMISIBLE

8.5Verifica T/m2

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