diseño de revestimientos de canales y cursos de agua jr [modo de compatibilidad] (1)

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DISEÑO DEDISEÑO DEREVESTIMIENTOS DEREVESTIMIENTOS DECANALES Y CURSOS DECANALES Y CURSOS DEAGUAAGUA

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SumarioSumario11..11 CriteriosCriterios generalesgenerales dede diseñodiseño

11..22 FuncionesFunciones yy característicascaracterísticas dede loslos revestimientosrevestimientos dede losloscursoscursos dede aguaagua canalizadoscanalizados

11..33 TiposTipos dede revestimientorevestimiento

22..11 CaracterísticasCaracterísticas dede loslos revestimientosrevestimientos flexiblesflexibles concon gavióngavióntipotipo colchóncolchón oo cajacaja

22..11..11 DescripciónDescripción deldel gavióngavión tipotipo colchóncolchón22..11..22 MedidasMedidas dede loslos gavionesgaviones tipotipo colchóncolchón22..11..33 DescripciónDescripción deldel gavióngavión cajacaja22..11..44 MedidasMedidas dede loslos gavionesgaviones cajacaja

22..22 ImpermeabilizaciónImpermeabilización

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SumarioSumario3.1 Cálculo hidráulico3.1 Cálculo hidráulico de un canal abiertode un canal abierto3.2 Valores de los factores de rugosidad de las soluciones3.2 Valores de los factores de rugosidad de las soluciones

con gavionescon gaviones3.3 Tipos de secciones y características hidráulicas3.3 Tipos de secciones y características hidráulicas3.4 Dimensionamiento de un revestimiento en gaviones tipo3.4 Dimensionamiento de un revestimiento en gaviones tipo

colchoncolchon o cajao caja3.4.1 Estabilidad del revestimiento en términos de3.4.1 Estabilidad del revestimiento en términos de

tensióntensiónde arrastrede arrastre

3.4.2 Estabilidad del revestimiento en términos de3.4.2 Estabilidad del revestimiento en términos develocidadvelocidad

3.4.3 Evaluación de las deformaciones3.4.3 Evaluación de las deformaciones3.4.4 Velocidad residual en el fondo, uso de filtros3.4.4 Velocidad residual en el fondo, uso de filtros

3.5 Proceso de cálculo y verificación de los revestimientos3.5 Proceso de cálculo y verificación de los revestimientosen gaviones tipoen gaviones tipo colchoncolchon y cajay caja

3.6 Orientaciones rápidas de diseño3.6 Orientaciones rápidas de diseño4.1 Obras en Perú4.1 Obras en Perú

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IntroducciónIntroducción

EnEn primerprimer lugarlugar seráserá examinadoexaminado rápidamenterápidamente elelcálculocálculo tradicionaltradicional parapara definirdefinir laslas característicascaracterísticasdeldel flujoflujo enen unun cursocurso dede aguaagua considerandoconsiderando lalapresenciapresencia dede laslas distintasdistintas solucionessoluciones propuestaspropuestas..

PosteriormentePosteriormente seráserá examinadoexaminado comocomo dimensionardimensionarloslos distintosdistintos revestimientosrevestimientos separadamenteseparadamente oo enenconjuntoconjunto..

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Criterios generales deCriterios generales dediseñodiseño

ElecciónElección deldel trazadotrazado planimétricoplanimétrico yy altimétricoaltimétrico yydimensionamientodimensionamiento dede lala secciónsección transversaltransversal..

DefiniciónDefinición geométricageométrica dede lala secciónsección..

CálculoCálculo deldel áreaárea dede lala secciónsección transversaltransversal enen funciónfunción dede lalapendiente,pendiente, deldel caudalcaudal yy dede lala rugosidadrugosidad deldel caucecauce..

VerificaciónVerificación dede lala velocidadvelocidad mediamedia deldel aguaagua..

(En(En general,general, parapara caucescauces naturales,naturales, sese consideraconsidera comocomo límitelímitemínimomínimo lala velocidadvelocidad dede 00..11 -- 00..55 m/m/segseg queque dependedepende deldel tipotipodede materialmaterial enen suspensiónsuspensión y,y, comocomo límitelímite máximo,máximo, 00..33 -- 33..00m/m/segseg queque dependedepende deldel tipotipo dede materialmaterial constituyenteconstituyente elelcaucecauce.. DeDe aquíaquí lala necesidad,necesidad, enen algunosalgunos casos,casos, dede ununrevestimientorevestimiento queque permitapermita mayoresmayores velocidadesvelocidades deldel aguaagua..))

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Funciones y característicasFunciones y característicasde los cursos de aguade los cursos de aguacanalizadoscanalizados

La realización de un correcto revestimiento del cauce permite:La realización de un correcto revestimiento del cauce permite:

Reducir las fugas de agua hacia el terrenoReducir las fugas de agua hacia el terreno

Reducir la infiltración de agua del terreno hacia el canalReducir la infiltración de agua del terreno hacia el canal

Mejorar la estabilidad de los taludes en las márgenesMejorar la estabilidad de los taludes en las márgenes

Proteger las márgenes y el fondo de la erosiónProteger las márgenes y el fondo de la erosión

Prefijar la rugosidad del caucePrefijar la rugosidad del cauce

Reducir el mantenimientoReducir el mantenimiento

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Funciones y característicasFunciones y característicasde los cursos de aguade los cursos de aguacanalizadoscanalizados

LaLa correctacorrecta elecciónelección dede lala soluciónsolución eses determinadadeterminada porpor factoresfactorestécnicos,técnicos, económicoseconómicos yy dede usouso.. LosLos problemasproblemas queque hayhay queque tenertenercuentacuenta sonson múltiplesmúltiples yy variadosvariados:: filtración,filtración, estabilidadestabilidad yyerosionabilidaderosionabilidad dede loslos taludes,taludes, mantenimiento,mantenimiento, uso,uso, etcetc.. LasLasconsecuenciasconsecuencias dede lala elecciónelección aa vecesveces sonson favorablesfavorables enen algunosalgunosaspectosaspectos yy desfavorablesdesfavorables enen otrosotros porpor lolo cualcual puedenpueden serser necesariasnecesariassolucionessoluciones dede compromisocompromiso.. UnUn aspectoaspecto importanteimportante aa serser consideradoconsideradoeses lala experienciaexperiencia dede obrasobras similaressimilares..LaLa finalidadfinalidad dede esteeste cursocurso eses permitirpermitir elel correctocorrecto dimensionamientodimensionamientodede canalescanales revestidosrevestidos concon gavionesgaviones tipotipo colchóncolchón yy caja,caja, soluciónsolución yayaexperimentadaexperimentada aa lolo largolargo dede décadasdécadas..

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Tipos de revestimientoTipos de revestimiento

ElEl revestimientorevestimiento másmás usualusual eses elel naturalnatural..

SiSi elel terrenoterreno eses demasiadodemasiado permeable,permeable, parapara reducirreducir laslaspérdidaspérdidas puedepuede serser suficientesuficiente revestirrevestir elel caucecauce concon unaunacamadacamada dede arcillaarcilla.. SiSi eses requeridarequerida unauna impermeabilizaciónimpermeabilizacióntotal,total, actualmenteactualmente sese recurrerecurre aa laslas GeomembranasGeomembranasimpermeablesimpermeables..

PorPor lolo contrario,contrario, sisi elel terrenoterreno eses arcilloso,arcilloso, eses posibleposible protegerprotegerlaslas orillasorillas concon unauna camadacamada dede materialmaterial granulargranular.. UnaUna soluciónsoluciónmásmás moderna,moderna, yaya utilizadautilizada concon éxitoéxito enen muchosmuchos paísespaíses eses lalautilizaciónutilización dede GeomantasGeomantas,, concon oo sinsin mallamalla metálica,metálica, saturadassaturadasconcon pedriscopedrisco..

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OtroOtro revestimientorevestimiento muymuy usadousado enen elel pasadopasado yy hoyhoy solamentesolamenteenen casoscasos esporádicos,esporádicos, eses elel revestimientorevestimiento concon piedrapiedra suelta,suelta,tambiéntambién conocidoconocido comocomo enrocadoenrocado oo riprip--raprap..EnEn áreasáreas urbanasurbanas eses másmás usadousado elel revestimientorevestimiento conconhormigón,hormigón, armadoarmado oo simple,simple, oo concon piedraspiedras colocadascolocadasmanualmentemanualmente unauna juntajunta aa lala otraotra concon oo sinsin elel auxilioauxilio dedeargamasaargamasa..OtraOtra soluciónsolución usadausada localmentelocalmente eses aquellaaquella formadaformada porporcontenedorescontenedores sintéticos,sintéticos, enen generalgeneral GeotextilesGeotextiles,, llenadosllenados conconarenaarena oo morteromortero..

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LaLa soluciónsolución queque haha dada óptimosóptimos resultadosresultados enen laslas variasvariassituacionessituaciones enen laslas cualescuales haha sidosido aplicada,aplicada, eses aquellaaquella enengavionesgaviones tipotipo colchóncolchón oo cajacaja.. SusSus característicascaracterísticas másmásimportantesimportantes sonson lala integraciónintegración ambiental,ambiental, lala permeabilidad,permeabilidad, lalaflexibilidad,flexibilidad, elel bajobajo costo,costo, lala posibilidadposibilidad dede trabajartrabajar conconpequeñospequeños tirantestirantes dede aguaagua y/oy/o enen aguasaguas profundas,profundas, elel usouso dedemanomano dede obraobra nono calificada,calificada, lala posibilidadposibilidad dede serserimpermeabilizadosimpermeabilizados yy lala facilidadfacilidad parapara revestirlosrevestirlos concon morteromortero ooconcretoconcreto..

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Características de losCaracterísticas de losrevestimientos flexibles enrevestimientos flexibles engaviones tipo colchón o cajagaviones tipo colchón o caja

Descripción del Gavión Tipo colchónDescripción del Gavión Tipo colchónElEl gavióngavión tipotipo colchóncolchón eses unauna estructuraestructura metálica,metálica, enen formaforma dedeparalelepípedo,paralelepípedo, dede grandegrande áreaárea yy pequeñopequeño espesorespesor.. EsEs formadoformado porpordosdos elementoselementos separados,separados, lala basebase yy lala tapa,tapa, ambosambos producidosproducidos conconmallamalla hexagonalhexagonal dede dobledoble torsióntorsión.. ElEl pañopaño queque formaforma lala basebase esesdoblado,doblado, durantedurante lala producción,producción, parapara formarformar loslos diafragmas,diafragmas, unouno aacadacada metro,metro, loslos cualescuales dividendividen elel colchóncolchón enen celdasceldas dedeaproximadamenteaproximadamente dosdos metrosmetros cuadradoscuadrados.. LaLa redred eses producidaproducida conconalambresalambres dede aceroacero dede bajobajo contenidocontenido dede carbono,carbono, revestidorevestido concon ununaleaciónaleación dede zinczinc ((9595%%)) yy aluminioaluminio ((55%%)) queque confiereconfiere unauna protecciónproteccióncontracontra lala corrosióncorrosión dede porpor lolo menosmenos cincocinco vecesveces lala ofrecidaofrecida porpor eleltripletriple zincadozincado tradicionaltradicional..

1212

Características de losCaracterísticas de losrevestimientos flexibles en gaviónrevestimientos flexibles en gavióntipo colchón o cajatipo colchón o caja

Descripción del gavión tipo colchónDescripción del gavión tipo colchónParaPara conferirconferir lala adecuadaadecuada resistenciaresistencia yy flexibilidad,flexibilidad, laslasdimensionesdimensiones deldel huecohueco dede lala redred sonson aproximadamenteaproximadamente 1010xx1212centímetros,centímetros, yy elel diámetrodiámetro dede loslos alambresalambres metálicosmetálicos eses dede 22..77mmmm (alambre(alambre concon revestimientorevestimiento GalfanGalfan)) yy 22..44 mmmm (alambre(alambreplastificado)plastificado) debidodebido aa que,que, cuandocuando estánestán enen contactocontacto concon elelagua,agua, loslos alambresalambres debendeben serser siempresiempre revestidosrevestidos concon materialmaterialplástico,plástico, lolo cualcual confiereconfiere unauna protecciónprotección definitivadefinitiva contracontra lalacorrosióncorrosión..

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Medidas de los gaviones tipo colchónMedidas de los gaviones tipo colchón

LosLos dimensionesdimensiones dede loslos colchonescolchones RenoReno sonson estandardizadasestandardizadas..ElEl largo,largo, siempresiempre múltiplomúltiplo dede unun metro,metro, varíavaría dede cuatrocuatro aa seisseismetros,metros, elel anchoancho eses siempresiempre 22 metrosmetros yy elel espesorespesor 00..3030metrosmetros.. AA pedidopedido puedenpueden serser fabricadosfabricados colchonescolchones dedemedidasmedidas diferentesdiferentes..

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Descripción del gavión cajaDescripción del gavión cajaElEl gavióngavión cajacaja eses unauna estructuraestructura metálica,metálica, enen formaforma dedeparalelepípedo,paralelepípedo, cuyascuyas trestres medidasmedidas sonson deldel mismomismo ordenorden dedemagnitudmagnitud.. EsEs formadoformado porpor unun únicoúnico elementoelemento producidosproducidos conconmallamalla hexagonalhexagonal dede dobledoble torsióntorsión que,que, oportunamenteoportunamentedoblado,doblado, formaforma lala base,base, lala tapa,tapa, laslas cuatrocuatro paredesparedes lateraleslaterales yyloslos diafragmasdiafragmas.. LaLa redred eses producidaproducida concon alambresalambres dede aceroacerodede bajobajo contenidocontenido dede carbono,carbono, revestidorevestido concon unun aleaciónaleación dedezinczinc ((9595%%)) yy aluminioaluminio ((55%%)) queque confiereconfiere unauna protecciónprotección contracontralala corrosióncorrosión dede porpor lolo menosmenos cincocinco vecesveces lala ofrecidaofrecida porpor eleltripletriple zincadozincado tradicionaltradicional..

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Descripción del gavión cajaDescripción del gavión cajaParaPara conferirconferir lala adecuadaadecuada resistenciaresistencia yy flexibilidad,flexibilidad, laslas

dimensionesdimensiones deldel huecohueco dede lala redred sonson aproximadamenteaproximadamente 1010xx1212centímetros,centímetros, yy elel diámetrodiámetro dede loslos alambresalambres metálicosmetálicos eses dede 22..77mmmm (alambre(alambre concon revestimientorevestimiento GalfanGalfan)) yy 22..44 mmmm (alambre(alambreplastificado)plastificado) debidodebido aa que,que, cuandocuando estánestán enen contactocontacto concon elelagua,agua, loslos alambresalambres debesdebes serser revestidosrevestidos concon materialmaterial plástico,plástico,lolo cualcual confiereconfiere unauna protecciónprotección definitivadefinitiva contracontra lala corrosióncorrosión..

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Medidas de los gaviones cajaMedidas de los gaviones caja

LosLos dimensionesdimensiones dede loslos gavionesgaviones cajacaja sonson estandardizadasestandardizadas..ElEl largo,largo, siempresiempre múltiplomúltiplo dede unun metro,metro, varíavaría dede unouno aa seisseismetros,metros, concon lala excepciónexcepción deldel dede 11..55 m,m, elel anchoancho eses siempresiempre 11metrometro yy elel alturaaltura puedepuede serser 00..5050 oo 11..0000 metrosmetros.. AA pedidopedidopuedenpueden serser fabricadosfabricados gavionesgaviones cajacaja dede medidasmedidas diferentesdiferentes..

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ImpermeabilizaciónImpermeabilización

EsEs posibleposible impermeabilizarimpermeabilizar loslos revestimientosrevestimientos enen colchonescolchonesRenoReno concon geomembranasgeomembranas.. EnEn esteeste casocaso lala membranamembranaimpermeable,impermeable, normalmentenormalmente dede HPDEHPDE dede 11..55 aa 22..00 mmmm dedeespesor,espesor, eses colocadacolocada porpor debajodebajo deldel revestimientorevestimiento.. ElEl únicoúnicocuidado,cuidado, parapara evitarevitar perforacionesperforaciones durantedurante lala instalacióninstalación ooposteriormente,posteriormente, eses colocarcolocar unun geotextilgeotextil nono tejidotejido entreentre elel suelosueloyy lala geomembranageomembrana yy entreentre estaesta yy elel colchóncolchón.. DeDe estaesta maneramanerasese mantendrámantendrá lala estanqueidadestanqueidad deldel canalcanal..

2020

Cálculo hidráulico de un canal abiertoCálculo hidráulico de un canal abierto

AA seguirseguir resumiremosresumiremos loslos criterioscriterios fundamentalesfundamentales dede cálculocálculo deldel flujoflujoenen loslos canalescanales abiertosabiertos yy recordaremosrecordaremos laslas fórmulasfórmulas parapara solucionarsolucionarloslos problemasproblemas hidráulicoshidráulicos másmás elementaleselementales.. ParaPara mayoresmayores detallesdetallessobresobre loslos temastemas queque seránserán tratados,tratados, remitimosremitimos aa laslas publicacionespublicacionesespecializadasespecializadas..

ElEl flujoflujo deldel aguaagua enen unun cursocurso dede aguaagua puedepuede clasificarseclasificarse enen distintasdistintasformasformas::

-- FlujoFlujo permanente,permanente, cuandocuando laslas característicascaracterísticas dede velocidad,velocidad,densidaddensidad yy presiónpresión nono mudanmudan enen elel tiempotiempo

-- FlujoFlujo nono permanente,permanente, cuandocuando talestales característicascaracterísticas varíanvaríandede puntopunto aa puntopunto y,y, enen elel mismomismo punto,punto, concon elel tiempotiempo

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EnEn particularparticular elel escurrimientoescurrimiento permanentepermanente puedepuede presentarsepresentarse enendistintasdistintas formasformas::FlujoFlujo permanentepermanente enen unun canalcanal concon secciónsección prismática,prismática, eses decirdecircuandocuando elel caucecauce eses formadoformado porpor laslas generatricesgeneratrices dede unun cilindrocilindro::FlujoFlujo permanentepermanente enen unun canalcanal concon secciónsección gradualmentegradualmente variable,variable, esesdecirdecir enen elel cualcual lala geometríageometría dede laslas seccionessecciones mudamuda paulatinamente,paulatinamente,seasea enen lala distanciadistancia entreentre laslas orillasorillas queque enen lala profundidadprofundidad;;FlujoFlujo permanentepermanente enen unun canalcanal cuyacuya secciónsección mudemude abruptamenteabruptamentedebidodebido aa obstáculosobstáculos (soleras,(soleras, diques,diques, espigones,espigones, pilaspilas dede puente,puente,etcetc..))FlujoFlujo permanentepermanente enen unun canalcanal concon variaciónvariación dede caudalcaudal aa lolo largolargo deldeltrechotrecho examinadoexaminado debidodebido aa lala presenciapresencia dede obrasobras dede tomatoma oo dederestituciónrestitución..

2222


SeaSea enen loslos cursoscursos dede aguaagua naturalesnaturales oo enen loslos canales,canales, aamenudomenudo sese hacehace referencia,referencia, enen lala fasefase dede diseño,diseño, aa lalacondicióncondición dede flujoflujo uniforme,uniforme, eses decirdecir flujoflujo permanentepermanente conconcaudalcaudal constanteconstante enen todastodas laslas secciones,secciones, caucecauce prismáticoprismáticoconcon pendientependiente constanteconstante yy enen elel sentidosentido deldel flujoflujo yy superficiesuperficiedeldel aguaagua paralelaparalela alal fondofondo.. EstoEsto eses lícitolícito cuandocuando elel caucecauceexaminadoexaminado nono seasea muymuy diferentediferente dede unun caucecauce prismáticoprismático yy nonosientasienta lala influenciainfluencia dede variacionesvariaciones dede secciónsección aguasaguas arribaarriba ooaguasaguas abajoabajo;;LaLa situaciónsituación deldel flujoflujo uniformeuniforme eses representadarepresentada enen lala figurafiguraqueque sigue,sigue, enen lala cualcual sonson mostradasmostradas unauna secciónsección genéricagenéricatransversaltransversal yy elel perfilperfil longitudinallongitudinal deldel tramotramo consideradoconsiderado

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Perfil logitudinal Sección a - a

Plano horizontal de referencia

1: Línea Energia total 2: Superficie del agua 3: Perfil del fondo

2424

Cálculo hidráulico de un canal abiertoCálculo hidráulico de un canal abiertoA seguir serán usados los siguientes símbolos que caracterizan el flujo:

y : profundidad máxima delagua en la secciión [m]

C : perímetro del perfil mojado [m]

A : área de la sección mojada [m2]

B : ancho de la superficie del agua [m]

R = A/C : radio medio de la sección [m]

L’ : largo del canal [m]

l =L’ cos : largo de la proyección del canal sobre un plano horizontal[m]

M : cota del fondodel canal en la sección aguas arriba [m s.n.m]

z : cota del fondo en la sección a-a [m s.n.m]

V : cota del fondo del canal en la sección aguas abajo [m s.n.m]

: angulo de inclinación del fondo

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EnEn elel casocaso dede flujoflujo uniformeuniforme podemospodemos asimilarasimilar iihh == iiww == iiff..EnEn adelanteadelante nono sese haráhará distincióndistinción entreentre pendientependiente deldel fondo,fondo,línealínea dede energíaenergía yy superficiesuperficie dede aguaagua yy sese consideraráconsideraráúnicamenteúnicamente lala pendientependiente ii.. CasiCasi siempresiempre elel ánguloángulo dede lalapendientependiente eses tantan pequeñopequeño queque puedenpueden serser confundidosconfundidos sensenconcon tgtg yy ll concon L’L’..

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La ecuación del flujo uniforme puede ser escrita en la forma :La ecuación del flujo uniforme puede ser escrita en la forma :

vv22(3.1.1)(3.1.1) ii == ———— ————

44 RR 22 gg

dondedonde::ii == pendientependiente dede lala línealínea dede energía,energía,

== factorfactor dede resistenciaresistencia queque dependedepende deldel radioradio hidráulico,hidráulico, dedelaslas

dimensionesdimensiones mediasmedias dede lala rugosidadrugosidad yy deldel númeronúmero dedeReynolds,Reynolds,vv == velocidadvelocidad media,media,RR == radioradio hidráulicohidráulicogg == aceleraciónaceleración dede gravedadgravedad

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Mucho más usada en los canales abiertos es la fórmula deMucho más usada en los canales abiertos es la fórmula deChezyChezy, la cual se expresa generalmente como:, la cual se expresa generalmente como:

(3.1.2)(3.1.2) vv == (( R i )R i ) 1/21/2

donde:donde:vv = velocidad media,= velocidad media,

= factor de resistencia,= factor de resistencia,RR = radio hidráulico= radio hidráulicoii = pendiente de la línea de energía.= pendiente de la línea de energía.

2828


ElEl factorfactor puedepuede serser calculadocalculado concon variasvarias fórmulas,fórmulas, laslas másmásusadasusadas sonson lala dede BazinBazin yy dede ManningManning--StricklerStrickler queque permitenpermitenelel cálculocálculo enen funciónfunción deldel RadioRadio mediomedio ((RR)) yy deldel coeficientecoeficiente dederugosidadrugosidad (( yy cc oo nn respectivamente)respectivamente) queque dependedepende dede lalanaturalezanaturaleza deldel caucecauce..

8787(3.1.3)(3.1.3) == ————————————

1 +1 + // RR1/21/2

(3.1.4)(3.1.4) == cc RR1/61/6 == RR1/61/6//nn

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Valores de los factores de rugosidad de las soluciones con gavionesValores de los factores de rugosidad de las soluciones con gaviones

ElEl coeficientecoeficiente dede rugosidadrugosidad aa serser usadousado enen laslas fórmulasfórmulas((33..11..33)) yy ((33..11..44),), puedepuede serser seleccionadoseleccionado enen lala tablatabla quequesigue,sigue, queque relacionarelaciona loslos valoresvalores mediosmedios dede loslos coeficientescoeficientes ,,cc yy nn..ElEl coeficientecoeficiente dede rugosidadrugosidad nn puedepuede serser calculadocalculado concon lalafórmulafórmula::

(3.2.1)(3.2.1) nn == dd90901/61/6 / 26/ 26

donde:donde:

dd9090 eses elel diámetrodiámetro dede lala aberturaabertura deldel tamiztamiz queque permitepermite elelpasopaso deldel 9090%% deldel materialmaterial queque constituyeconstituye lala superficiesuperficie deldelcauce,cauce, expresadoexpresado enen metrosmetros..

3030

Valores de los coeficientes de rugosidadValores de los coeficientes de rugosidad

Natureza del cauce

Canales revestidos con colchones Reno selladoscuidadosamente con almáciga bituminosa hidráulica...........

Canales revestidos con colchones Reno y gavionessellados con almáciga bituminosa hidráulica ......................

Canales revestidos con colchones Reno y gavionesconsolidados hasta la superficiecon almáciga bituminosahidráulica...............................................................................

Canales revestidos con colchones Reno y gavionesconsolidados internamente con almáciga bituminosahidráulica...............................................................................

Canales revestidos con colchones Reno llenados conpiedras bien seleccionadas y colocados con muchocuidado..................................................................................

Canales revestidos con colchones Reno llenados conpiedras bien seleccionadas y colocados sin muchocuidado..................................................................................

Canales revestidos con colchones Reno llenados conpiedras no seleccionadas y colocados con mucho cuidado.

Canales revestidos con gaviones llenados con piedras bienseleccionadas y colocados cuidadosamente........................

Canales revestidos con gaviones llenados con piedras bienseleccionadas y colocados sin mucho cuidado....................

Canales en tierra en malas condiciones de mantenimiento,maleza en el fondo y en las orillas o depósitos irregularesde piedras y grava o irregulariedades profundas. Canalesde tierra realizados con máquinas y sin mantenimiento.......

0.36

0.46

0.76

0.90

1.00

1.26

1.46

1.36

1.61

1.75

63

58

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47

45

40

37

38

35

33

0.0158

0.0172

0.200

0.215

0.222

0.025

0.027

0.026

0.0285

0.0303

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Valores de los factores de rugosidad de las soluciones MaccaferriValores de los factores de rugosidad de las soluciones Maccaferri

LaLa ecuaciónecuación ((33..22..11)) eses unauna fórmulafórmula teórica,teórica, válidaválida parapara caucescauces dede arenaarena yy gravagrava.. PuedePuede tambiéntambién serser usadausada

parapara loslos gavionesgaviones tipotipo colchóncolchón yy caja,caja, comocomo fuefue verificadoverificado enen distintosdistintos ensayosensayos.. EnEn elel casocaso dede

revestimientosrevestimientos concon gavionesgaviones tipotipo colchóncolchón yy cajacaja realizadosrealizados concon muchomucho cuidado,cuidado, dondedonde lala superficiesuperficie eses másmás

regular,regular, lala fórmulafórmula ((33..22..11)) sobresobre evalúaevalúa lala rugosidadrugosidad..

LaLa ecuaciónecuación ((33..22..11)) debedebe serser usadausada sinsin perderperder dede vistavista loslos valoresvalores dede loslos coeficientescoeficientes dede rugosidadrugosidad sugeridossugeridos

porpor lala experienciaexperiencia yy ensayosensayos específicos,específicos, mostradosmostrados enen lala tablatabla anterioranterior..

EnEn elel cálculocálculo eses necesarionecesario hacerhacer referenciareferencia nono aa lala situaciónsituación actualactual deldel cursocurso dede aguaagua sinosino aa aquellaaquella naturalnatural

oo esperadaesperada.. DebeDebe serser prestadaprestada muchamucha atenciónatención alal crecimientocrecimiento dede lala vegetaciónvegetación que,que, dependiendodependiendo deldel tipotipo yy

altura,altura, puedepuede hacerhacer variarvariar muchomucho elel coeficientecoeficiente dede rugosidadrugosidad..

3232

Tipos de secciones y características hidráulicasTipos de secciones y características hidráulicas

LasLas pendientespendientes dede laslas márgenesmárgenes dede loslos canales,canales, aa menosmenos queque seansean usadasusadas estructurasestructuras dede contención,contención, debendeben

serser establesestables.. EnEn funciónfunción deldel tipotipo dede terrenoterreno sese aconsejanaconsejan pendientespendientes dede laslas orillasorillas dentrodentro dede loslos valoresvalores

indicadosindicados enen lala tablatabla queque siguesigue.. ParaPara loslos colchonescolchones RenoReno sese sugieresugiere adoptaradoptar pendientespendientes dede hastahasta 11//11..55,, enen

casocaso dede pendientespendientes mayoresmayores sese aconsejaaconseja anclarlosanclarlos..

LaLa formaforma másmás usualusual dede lala secciónsección transversaltransversal dede loslos canalescanales eses lala trapeciatrapecia..

Clase Natureza del terreno Pendiente del talud

Terrenos arcillosos muy compactos .............................................

Terrenos arenosos/arcillosos de media compacidad ...................

Terrenos limosos/arcillosos y arenosos/arcillosos de pocacompacidad ...................................................................................

Terrenos arenosos finos no cohesivos, terrenos vegetales yturbas ............................................................................................

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3333

Tipos de secciones y características hidráulicasTipos de secciones y características hidráulicas

LasLas característicascaracterísticas geométricasgeométricas ee hidráulicashidráulicas A/yA/y22,, C/yC/y yy R/yR/yparapara esteeste tipotipo dede secciónsección puedenpueden serser fácilmentefácilmente calculadas,calculadas,enen funciónfunción dede lala pendientependiente dede laslas márgenesmárgenes definidadefinida yy porpor loslosposiblesposibles valoresvalores dede b/yb/y,, utilizandoutilizando loslos apósitosapósitos diagramasdiagramas..

LosLos elementoselementos geométricosgeométricos ee hidráulicoshidráulicos fundamentalesfundamentalesrelativosrelativos aa laslas seccionessecciones dede canalescanales parapara laslas cualescuales sonsonusualmenteusualmente empleadosempleados loslos revestimientosrevestimientos enen colchonescolchones RenoRenoyy gaviones,gaviones, sonson fácilmentefácilmente calculablescalculables..

3434

Dimensionamiento de un revestimiento con gaviones tipo colchónDimensionamiento de un revestimiento con gaviones tipo colchón

o cajao caja

EstabilidadEstabilidad deldel revestimientorevestimiento enen términostérminos dede tensióntensión dedearrastrearrastre..ElEl dimensionamientodimensionamiento dede loslos revestimientosrevestimientos enen colchonescolchonesReno,Reno, tienetiene queque tomartomar enen cuentacuenta algunosalgunos factoresfactores típicostípicos dedeestaesta soluciónsolución.. ElEl movimientomovimiento dede laslas piedras,piedras, elel lecholecho dede estasestasestarestar confinadasconfinadas porpor lala red,red, lala flexibilidadflexibilidad dede esta,esta, elel flujoflujo dedeaguaagua dentrodentro dede loslos colchones,colchones, etcetc..

PorPor esteeste motivomotivo laslas empresasempresas fabricantes,fabricantes, desdedesde loslos añosaños 7070estudiaestudia elel comportamientocomportamiento dede estaesta soluciónsolución parapara ofrecerofrecer ununsistemasistema dede calculocalculo confiableconfiable yy seguro,seguro, basadobasado sobresobre loslosresultadosresultados dede pruebaspruebas realizadasrealizadas enen distintosdistintos laboratorioslaboratorios alalrededorrededor deldel mundomundo yy laslas teoríasteorías tradicionalestradicionales dede cálculocálculo..

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3535

DimensionamientoDimensionamiento de unde un revestimiento con gaviones tipo colchónrevestimiento con gaviones tipo colchón

o cajao cajaEstabilidadEstabilidad deldel revestimientorevestimiento enen términostérminos dede tensióntensión dede arrastrearrastre..

EntreEntre loslos laboratorioslaboratorios queque hanhan llevadollevado aa cabocabo estasestas pruebaspruebas::HydraulicHydraulic LaboratoryLaboratory,, EngineeringEngineering ReserarchReserarch Center,Center, ColoradoColorado StateStateUniversityUniversity (Fort(Fort Collins)Collins) –– UU..SS..AA.. yy LaboratorioLaboratorio dede HidráulicaHidráulica deldelInstitutoInstituto NacionalNacional dede CienciaCiencia yy TécnicaTécnica HídricasHídricas dede EzeizaEzeiza,, CapitalCapitalFederalFederal -- ArgentinaArgentina (INCHYT)(INCHYT)..LasLas pruebaspruebas hanhan sidosido realizadasrealizadas enen variasvarias escalas,escalas, desdedesde lala realrealhastahasta 11::1010,, hanhan sidosido verificadosverificados elel coeficientecoeficiente dede rugosidadrugosidad nn dededistintosdistintos tipostipos dede revestimiento,revestimiento, laslas velocidadesvelocidades yy presionespresiones enen lalasecciónsección dede flujoflujo y,y, debajodebajo dede loslos colchonescolchones Reno,Reno, laslas condicionescondiciones dedeestabilidadestabilidad yy dede primerprimer movimientomovimiento dede laslas piedraspiedras dede relleno,relleno, laslasdeformacionesdeformaciones deldel revestimientorevestimiento enen condicionescondiciones hidráulicashidráulicas muymuyseveras,severas, etcetc..

3636

Pruebas RealizadasPruebas Realizadas

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3737

Dimensionamiento de un revestimiento con gaviones tipo colchónDimensionamiento de un revestimiento con gaviones tipo colchón

o cajao caja

AntesAntes deldel dimensionamientodimensionamiento dede loslos revestimientos,revestimientos, esesentoncesentonces necesarionecesario explicarexplicar enen detalledetalle cualescuales sonson laslascaracterísticascaracterísticas yy elel comportamientocomportamiento dede loslos revestimientosrevestimientos enencolchonescolchones RenoReno enen mallamalla hexagonalhexagonal dede dobledoble torsióntorsión..EnEn generalgeneral sese definedefine comocomo estableestable unun revestimientorevestimiento dedepiedras,piedras, seansean estasestas sueltassueltas ((riprip--rap)rap) oo confinadasconfinadas enenelementoselementos metálicosmetálicos (colchones(colchones oo caja),caja), cuandocuando nono seseproduceproduce elel movimientomovimiento dede laslas piedraspiedras..

LaLa condicióncondición dede primerprimer movimientomovimiento dede laslas piedraspiedras definedefine elellimitelimite dede estabilidadestabilidad deldel revestimientorevestimiento..

3838

Mecanísmo delMecanísmo delmovimiento de la piedramovimiento de la piedrade un revestimientode un revestimiento

horizontal

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3939

Mecanísmo del movimientoMecanísmo del movimientode la piedra de unde la piedra de unrevestimientorevestimiento

horizontal

4040


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4141


c = fuerza tangente crítica

C = coeficiente que depende del tipo de piedra

s= peso específico de la piedra

w= peso específico del agua

dm = diametro medio de la piedra

b = fuerza tangente

w = peso específico del agua

y = profundidad del agua

i = pendiente del cauce

4242


c = fuerza tangente críticaC = coeficiente que depende deltipo de piedra

s = peso específico de la piedra

w= peso específico del aguadm = diametro medio de la piedra

b = fuerza tangente

w = peso específico del aguay = profundidad del aguai = pendiente del cauce

F = Fuerza ejercidapor la tapa delcolchón Reno

Colchón Reno

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4343

LaLa tensióntensión tangentetangente aplicadaaplicada aa laslas piedraspiedras eses::

((33..44..11)) bb == ww RRHH ii

dondedonde::

ww == pesopeso específicoespecífico deldel agua,agua,

RRHH == radioradio hidráulicohidráulico dede lala secciónsección

ii == pendientependiente longitudinallongitudinal..

Dimensionamiento de un revestimiento con gavión colchón oDimensionamiento de un revestimiento con gavión colchón o

cajacaja

4444

CuandoCuando lala relaciónrelación entreentre elel anchoancho yy lala profundidadprofundidad eses igualigual oo mayormayorqueque 3030,, elel radioradio hidráulicohidráulico eses prácticamenteprácticamente igualigual aa lala profundidad,profundidad,podemospodemos entoncesentonces escribirescribir::

((33..44..11a)a) bb == ww yy iidondedonde::

ww == pesopeso específicoespecífico deldel agua,agua,

yy == profundidadprofundidad deldel aguaagua

ii == pendientependiente longitudinallongitudinal..

EnEn casocaso dede relacionesrelaciones menores,menores, lala ecuaciónecuación ((33..44..11a)a) eses siempresiemprecautelativacautelativa..

ParaPara valoresvalores << 88,, eses aconsejableaconsejable introducirintroducir unun factorfactor correctivocorrectivo ((KKff),),

Dimensionamiento de un revestimiento con gaviones tipoDimensionamiento de un revestimiento con gaviones tipo

colchón o cajacolchón o caja

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4545


colchón o cajacolchón o caja

4646

ConsiderandoConsiderando unauna piedrapiedra dede diámetrodiámetro equivalenteequivalente igualigual alal diámetrodiámetromediomedio ddmm dede laslas piedraspiedras queque constituyenconstituyen elel fondo,fondo, sese definedefine coeficientecoeficientedede ShieldShield elel factorfactor adimensionaladimensional queque caracterizacaracteriza elel comienzocomienzo deldelmovimientomovimiento

((33..44..22)) CC == cc // (( ss -- ww )) ddmm

dondedonde::cc == tensióntensión tangentetangente dede arrastrearrastre enen lala situaciónsituación críticacrítica dede comienzocomienzo

deldel movimientomovimientoss == pesopeso específicoespecífico dede lala piedrapiedra..

ElEl denominadordenominador resultaresulta proporcionalproporcional aa lala tensióntensión normalnormal enen elel fondofondodebidadebida alal pesopeso sumergidosumergido dede lala piedrapiedra;; elel coeficientecoeficiente dede ShieldsShields esesentoncesentonces similarsimilar aa unun coeficientecoeficiente dede fricciónfricción..

Dimensionamiento de un revestimiento con gaviones tipo colchón oDimensionamiento de un revestimiento con gaviones tipo colchón o

cajacaja

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4747

BasadosBasados enen lala ecuaciónecuación ((33..44..11),), podemospodemos entoncesentonces determinardeterminar lalatensióntensión tangentetangente enen elel fondofondo queque puedepuede serser alcanzadaalcanzada sinsin queque seseproduzcaproduzca elel movimientosmovimientos dede laslas piedraspiedras (tensión(tensión tangentetangente crítica)crítica)::

((33..44..33)) cc == CC (( ss -- ww)) ddmm

ElEl revestimientorevestimiento eses entoncesentonces estableestable cuandocuando eses verificadaverificada laladesigualdaddesigualdad obtenidaobtenida comparandocomparando lala ecuaciónecuación ((44..44..11)) aa lala ((44..44..33))::

((33..44..44)) bb cc


cajacaja

4848

ElEl coeficientecoeficiente dede ShieldShield parapara laslas piedraspiedras sueltassueltas ((riprip--rap)rap) valevaleaproximadamenteaproximadamente 00..047047;; parapara laslas piedraspiedras contenidascontenidas porpor redred metálicametálica(colchones(colchones RenoReno yy gaviones),gaviones), valevale::

((33..44..55)) CC 00..1010

EstoEsto significasignifica que,que, comocomo puedepuede serser observadoobservado enen elel gráficográfico dede lala tablatablaqueque sigue,sigue, laslas piedraspiedras colocadascolocadas enen loslos colchonescolchones RenoReno yy enen loslosgavionesgaviones soportansoportan unauna tensióntensión tangentetangente másmás queque dobledoble respectorespecto aaaquellaaquella soportadasoportada porpor laslas mismasmismas piedraspiedras sueltas,sueltas, graciasgracias alal efectoefecto dedecontencióncontención dede lala redred metálicametálica..


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4949

Modelo Piedras sueltas

Tens

ión

tang

ente

crít

ica

[kg/

m2 ]

Dimensiones de las piedras dm [m]


cajacaja

5050

Considerando que el colchón ofrece una protección adicional en relacióna las piedras sueltas, podemos entonces admitir que la tensión aplicadapor el flujo pueda superar en 20% la tensión crítica, esto representaadmitir pequeños movimientos de las piedras dentro del colchón sin queeste se deforme significativamente.Habiendo el control de las deformaciones, la relación anterior setransforma en

(3.4.6) b 1.2 c


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5151

LasLas fórmulasfórmulas anterioresanteriores dede lala tensióntensión tangentetangente bb yy dede lala tensióntensióntangentetangente críticacrítica CC sese refierenrefieren alal revestimientorevestimiento deldel fondofondo deldel canal,canal, paraparaelel revestimientorevestimiento dede laslas márgenesmárgenes dede unun canalcanal trapecial,trapecial, sese puedepuedeconsiderarconsiderar comocomo tensióntensión tangentetangente::

((33..44..77)) mm == 00..7575 ww yy ii

AsíAsí comocomo enen elel casocaso dede laslas tensionestensiones enen elel fondo,fondo, tambiéntambién enen laslasmárgenes,márgenes, parapara valoresvalores dede bb//yy << 88,, eses aconsejableaconsejable introducirintroducir unun factorfactorcorrectivocorrectivo (K(Kmm))..


cajacaja

5252

DeDe lala mismamisma forma,forma, lala tensióntensión tangentetangente críticacrítica sese puedepuede considerarconsiderarcomocomo::

((33..44..88)) ss == CC {{ 11-- [(sen[(sen22 )) // (sen(sen22 )])] }}11//22

dondedonde::== pendientependiente dede lala orillaorilla== ánguloángulo dede fricciónfricción internainterna dede lala piedrapiedra dede rellenorelleno.. ParaPara loslos

colchonescolchones RenoReno sese puedepuede asumirasumir == 4141°°..


colchón o cajascolchón o cajas

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5353

ElEl revestimientorevestimiento enen laslas orillasorillas eses estableestable cuandocuando::

((33..44..99)) mm ss

ConCon elel controlcontrol dede laslas deformacionesdeformaciones sese admiteadmite

((33..44..1010)) mm 11..22 ss

EnEn loslos tramostramos enen curvacurva lala tensióntensión tangentetangente aumentaaumenta enen lala margenmargenexterna,externa, porpor lolo cualcual::

((33..44..1111)) mm == KK ww RR iidondedonde::RR :: radioradio hidráulicohidráulicoKK :: coeficientecoeficiente queque puedepuede serser definido,definido, aa travéstravés dede lala tablatabla queque sigue,sigue,enen funciónfunción dede lala relaciónrelación anchoancho dede lala superficiesuperficie deldel aguaagua // radioradio dedecurvaturacurvatura..


cajaescajaes

5454

K, relación entretensión tangente sobre la margen externa

y tensión tangente media

r c/ B

, rel

ació

n en

tre

radi

o de

la c

urva

y an

cho

de la

sup

erfic

ie li

bre

del a

gua


cajacaja

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5555

Estabilidad del revestimiento en términos de velocidadEstabilidad del revestimiento en términos de velocidadEnEn lala prácticapráctica sese evalúaevalúa lala estabilidadestabilidad deldel revestimientorevestimiento haciendohaciendoreferenciareferencia aa lala velocidadvelocidad (velocidad(velocidad mediamedia vv dede lala corrientecorriente enen lalasecciónsección considerada)considerada)..

MientrasMientras lala tensióntensión tangentetangente eses porpor sisi solasola suficientesuficiente parapara definirdefinir lalacondicióncondición dede estabilidad,estabilidad, lala velocidadvelocidad crítica,crítica, parapara unun revestimientorevestimientodado,dado, dependedepende tambiéntambién dede lala profundidadprofundidad deldel aguaagua yy..

LaLa velocidadvelocidad yy lala profundidadprofundidad estánestán relacionadasrelacionadas entreentre sisi yy concon lalatensióntensión tangentetangente porpor lala ecuaciónecuación::

((33..44..1212)) bb == ww nn22 vv22 // RR11//33


cajacaja

5656

Estabilidad del revestimiento en términos de velocidadEstabilidad del revestimiento en términos de velocidadLaLa ecuaciónecuación ((33..44..1212)) sese obtieneobtiene expresandoexpresando lala mediamedia comocomo bb == ww

RR ii yy explicitandoexplicitando lala pendientependiente aa travéstravés dede lala fórmulafórmula dede ManningManning.. LaLatablatabla queque siguesigue muestramuestra lala velocidadvelocidad vvcc queque puedepuede soportarsoportar ununrevestimientorevestimiento enen funciónfunción deldel númeronúmero dede FroudeFroude yy dede laslas dimensionesdimensionesdede laslas piedraspiedras..


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5757

Modelo Piedras sueltas

Velo

cida

d cr

ítica

[m/s

]

Dimensiones de las piedras dm [m]


cajacaja

5858

Estabilidad del revestimiento en términos de velocidadEstabilidad del revestimiento en términos de velocidadLaLa comparacióncomparación concon lala curvacurva queque representarepresenta lala mismamisma relaciónrelación

parapara elel riprip--rap,rap, muestramuestra que,que, enen igualdadigualdad dede dimensiones,dimensiones, laslas piedraspiedrasqueque estánestán contenidascontenidas enen unun colchóncolchón soportansoportan velocidadesvelocidades muymuysuperioressuperiores aa aquellaaquella sueltassueltas yy que,que, porpor lala mismamisma velocidad,velocidad, laslas piedraspiedrasqueque resultanresultan establesestables enen unun colchóncolchón RenoReno sonson dede dimensionesdimensiones muchomuchomenoresmenores queque aquellasaquellas usadasusadas enen unun revestimientorevestimiento enen riprip--raprap..

EstoEsto eses lala consecuenciaconsecuencia inmediatainmediata deldel hechohecho queque elel coeficientecoeficiente dedeShieldShield parapara loslos colchonescolchones eses másmás queque elel dobledoble queque alal deldel riprip--raprap..


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5959

Evaluación de las deformacionesEvaluación de las deformacionesCuandoCuando lala tensióntensión tangentetangente superasupera elel valorvalor críticocrítico dede “primer“primermovimiento”,movimiento”, unauna parteparte dede laslas piedraspiedras sese desplazadesplaza haciahacia aguasaguas abajo,abajo, enenelel interiorinterior dede cadacada bolsabolsa deldel colchóncolchón Reno,Reno, comocomo eses mostradomostrado enen lala fotofotoqueque siguesigue..

AlAl aumentaraumentar laslas tensionestensiones oo eses alcanzadaalcanzada unauna nuevanueva situaciónsituación dedeequilibrio,equilibrio, enen lala cualcual laslas característicascaracterísticas dede lala redred metálicametálica ejercenejercen másmássussus funcionesfunciones dede contencióncontención o,o, dependiendodependiendo dede lala entidadentidad deldelincremento,incremento, puedepuede verificarseverificarse elel descubrimientodescubrimiento dede parteparte deldel fondofondo deldelcolchóncolchón y,y, consecuentemente,consecuentemente, lala perdidaperdida dede eficienciaeficiencia deldel revestimientorevestimiento yysusu destruccióndestrucción..


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6060

1: Bolsa del colchón Reno2: Tapa delcolchón Reno


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6161

Evaluación de las deformacionesEvaluación de las deformacionesLaLa protecciónprotección ofrecidaofrecida alal caucecauce naturalnatural porpor loslos colchonescolchones nono varíavaría aúnaúndespuésdespués dede lala deformacióndeformación (siempre(siempre queque nono sese descubradescubra elel fondo)fondo) puespueslala velocidadvelocidad deldel aguaagua debajodebajo deldel colchóncolchón nono cambiacambia sensiblementesensiblemente.. ParaParaqueque lala protecciónprotección seasea eficazeficaz tienetiene entoncesentonces queque serser::(3.4.13)(3.4.13) tt ddmm ++ ttdondedonde::tt eses elel espesorespesor deldel colchóncolchón nono deformadodeformado yy

tt eses lala máximamáxima disminucióndisminución dede espesorespesor deldel rellenorelleno..


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6262

Evaluación de las deformacionesEvaluación de las deformacionesDeDe laslas pruebaspruebas haha resultadoresultado tt z/z/22,, dondedonde zz eses lala distanciadistancia verticalverticalentreentre elel puntopunto másmás bajobajo yy elel másmás altoalto dede lala superficiesuperficie asumidaasumida porpor laslaspiedraspiedras.. DeDe lala ecuaciónecuación ((33..44..1313)) sese puedepuede entoncesentonces escribirescribir::

(3.4.14)(3.4.14) zz // ddmm 2 [(2 [(t / dt / dmm)) –– 1]1]EstaEsta ecuaciónecuación garantizagarantiza queque elel fondofondo nono quedequede descubiertodescubierto..ElEl parámetroparámetro zz//ddmm eses utilizadoutilizado parapara evaluarevaluar elel gradogrado dede deformacióndeformación deldelcolchóncolchón RenoReno®® yy puedepuede serser calculadocalculado alal travéstravés deldel gráficográfico queque sigue,sigue, enenfunciónfunción deldel “coeficiente“coeficiente eficazeficaz dede ShieldsShields””..


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6363

Modelo

Pará

met

ro d

e de

form

ació

nz/

d m

Coeficiente eficaz de Shields C’


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6464

Evaluación de las deformacionesEvaluación de las deformacionesSe define como “coeficiente eficaz deSe define como “coeficiente eficaz de ShieldShield” el factor:” el factor:

bb –– cc(3.4.15)(3.4.15) C’C’ == ————————————————

(( ss -- ww) d) dmm

La reducción del espesor del colchón RenoLa reducción del espesor del colchón Reno®® aguas arriba de la bolsa esaguas arriba de la bolsa eszz / 2/ 2; para evitar por lo tanto que el fondo quede desprotegido y quede; para evitar por lo tanto que el fondo quede desprotegido y quede

expuesto directamente a la acción de la corriente, debe ser:expuesto directamente a la acción de la corriente, debe ser:

(3.4.16)(3.4.16) zz 22 (( tt -- ddmm))


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6565

Evaluación de las deformacionesEvaluación de las deformacionesEl mismo proceso usado para verificar las deformaciones, es aplicado también a losEl mismo proceso usado para verificar las deformaciones, es aplicado también a loscolchones Reno colocados sobre las márgenes.colchones Reno colocados sobre las márgenes.

PorPor lala tablatabla anterioranterior sese verificaverifica que,que, porpor arribaarriba dede determinadosdeterminados valoresvalores dede C’C’ ,, elelparámetroparámetro zz // ddmm nono aumentaaumenta másmás.. PorPor esteeste motivomotivo elel colchóncolchón RenoReno®® dede espesorespesor11..88--22 vecesveces lala dimensióndimensión dede lala piedrapiedra “estable”,“estable”, puedepuede soportarsoportar condicionescondiciones muchomuchomásmás severasseveras queque laslas dede diseño,diseño, sinsin perderperder eficaciaeficacia..

SeSe puedepuede admitiradmitir queque laslas bb superensuperen dede nono másmás queque elel 2020%% laslas cc;; dede cualquiercualquiermaneramanera eses siempresiempre necesarionecesario verificarverificar laslas deformacionesdeformaciones parapara loslos caudalescaudales dedediseñodiseño..RealizandoRealizando unun controlcontrol dede laslas deformacionesdeformaciones parapara caudalescaudales superioressuperiores aa aquelaquel dedediseño,diseño, sese puedenpueden evaluarevaluar laslas reservasreservas dede resistenciaresistencia dede lala estructuraestructura..


cajacaja

6666

Evaluación de las deformacionesEvaluación de las deformacionesEsEs necesarionecesario tenertener bienbien enen cuentacuenta queque elel comportamientocomportamiento dede deformacióndeformación dependedependedeldel espesorespesor deldel revestimiento,revestimiento, dede laslas dimensionesdimensiones dede laslas bolsas,bolsas, dede lala rigidezrigidez dede lalared,red, deldel porcentajeporcentaje dede vacíos,vacíos, dede lala formaforma yy pesopeso específicoespecífico dede laslas piedraspiedras..

LaLa tablatabla anterioranterior sese refiererefiere aa laslas pruebaspruebas realizadasrealizadas sobresobre colchones,colchones, concondiafragmasdiafragmas aa cadacada metro,metro, producidosproducidos concon redesredes hexagonaleshexagonales dede dobledoble torsión,torsión,fabricadasfabricadas concon alambresalambres dede aceroacero dede bajobajo contenidocontenido dede carbonocarbono dede calibrecalibre 22..00,, 22..22mmmm yy 22..44,, 22..77 mmmm respectivamenterespectivamente..


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6767

VelocidadVelocidad residualresidual enen elel fondo,fondo, usouso dede filtrosfiltrosEnEn loslos revestimientosrevestimientos enen colchonescolchones yy gaviones,gaviones, asíasí comocomo enen aquellosaquellos enen piedraspiedrassueltas,sueltas, elel espesorespesor deldel revestimientorevestimiento yy laslas dimensionesdimensiones dede laslas piedras,piedras, debendeben serserdimensionadosdimensionados parapara queque esteeste resistaresista alal empujeempuje causadocausado porpor lala corrientecorriente deldel aguaagua yyeviteevite lala socavaciónsocavación deldel materialmaterial deldel fondofondo..LaLa velocidadvelocidad deldel aguaagua entreentre lala camadacamada dede piedraspiedras yy elel suelosuelo debedebe sersersuficientementesuficientemente pequeñapequeña parapara evitarevitar elel arrastrearrastre dede laslas partículaspartículas constituyentesconstituyentes elelterrenoterreno..LaLa velocidadvelocidad deldel aguaagua porpor debajodebajo deldel revestimientorevestimiento dependedepende básicamentebásicamente dede lalapendientependiente deldel canalcanal yy dede laslas dimensionesdimensiones dede loslos vacíosvacíos entreentre laslas piedras,piedras, eses decirdecirdeldel tamañotamaño dede estasestas.. EnEn lala hipótesishipótesis queque lala direccióndirección predominantepredominante deldel flujoflujo seaseaparalelaparalela aa lala superficiesuperficie deldel revestimiento,revestimiento, lala velocidadvelocidad eses prácticamenteprácticamente constanteconstante alalvariarvariar dede laslas condicionescondiciones hidráulicashidráulicas yy deldel espesorespesor deldel colchóncolchón..


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6868

Velocidad residual en el fondo, uso de filtrosVelocidad residual en el fondo, uso de filtrosLaLa velocidadvelocidad porpor debajodebajo deldel colchón,colchón, enen lala parteparte inmediatamenteinmediatamente arribaarriba deldelsuelosuelo oo deldel eventualeventual filtro,filtro, puedepuede serser determinadodeterminado concon lala fórmulafórmula dedeManningManning::

((33..44..1717)) vvbb == 11 // nnff ((ddmm//22))22//33 ii11//22

dondedonde::vvbb == velocidadvelocidad entreentre colchóncolchón yy suelo,suelo,ddmm == dimensióndimensión mediamedia dede lala piedrapiedrannff == coeficientecoeficiente dede rugosidadrugosidad deldel fondofondo.. ((nnff == 00..0202 sisi porpor debajodebajo deldel colchóncolchónRenoReno fuefue colocadocolocado unun filtrofiltro geotextilgeotextil nono tejidotejido oo ningúnningún filtro,filtro, nnff == 00..025025 sisi elelfiltrofiltro existenteexistente eses dede grava)grava)..ddmm//22 puedepuede serser consideradoconsiderado comocomo elel radioradio hidráulicohidráulico enen elel flujoflujo deldel aguaaguadebajodebajo deldel colchóncolchón..


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6969

Velocidad residual en el fondo, uso de filtrosVelocidad residual en el fondo, uso de filtrosLa velocidadLa velocidad vvbb deberá ser comparada condeberá ser comparada conla velocidadla velocidad vvee admisible por el materialadmisible por el materialconstituyente la base.constituyente la base.LaLa velocidadvelocidad vvee queque elel suelosuelo puedepuede soportarsoportarsinsin serser erosionadoerosionado puedepuede serser encontradaencontradaenen gráficosgráficos oo calculadacalculada..Para suelos cohesivos, la velocidadPara suelos cohesivos, la velocidad vvee

puede ser encontrada a través del gráficopuede ser encontrada a través del gráficoen la tabla que sigue.en la tabla que sigue. Máxima velocidad admisible [m/seg]

Porc

enta

je d

e va

cíos

Tierra poco arcillosa

Arcilla

Tierra muy arcillosa

Arcilla arenosa (arena 50%)

MUY

COM

PACT

OCO

MPA

CTO

SUEL

TOPO

COCO

MPA

CTO


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7070

Velocidad residual en el fondo, uso de filtrosVelocidad residual en el fondo, uso de filtrosParaPara suelossuelos incoherentesincoherentes lala velocidadvelocidad vvee puedepuede serser calculadacalculada concon lalafórmulafórmula::

((33..44..1818)) vvee == 1616..11 dd11//22

dondedonde vvee eses expresoexpreso enen m/sm/s yy dd,, expresoexpreso enen m,m, eses lala dimensióndimensión dede laslaspartículaspartículas deldel suelosuelo queque sese quierequiere evitarevitar seansean acarreadasacarreadas porpor elel aguaagua..


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7171

Velocidad residual en el fondo, uso de filtrosVelocidad residual en el fondo, uso de filtrosEnEn elel casocaso dede utilizaciónutilización dede unun filtrofiltro geotextilgeotextil nono tejido,tejido, lala diferenciadiferencia dedevelocidadvelocidad deldel aguaagua entreentre lala caracara superiorsuperior yy lala caracara inferiorinferior deldel filtrofiltro sese reducereducedeldel 5050 alal 7575%% dede vvbb,, aúnaún enen casocaso dede filtrofiltro colmatadocolmatado..SiSi tambiéntambién concon elel usouso dede unun filtrofiltro geotextilgeotextil nono tejidotejido lala velocidadvelocidad deldel aguaaguaporpor debajodebajo dede lala caracara eses superiorsuperior aa lala admisible,admisible, eses oportunooportuno preverprever unun filtrofiltrodede gravagrava..


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7272

Velocidad residual en el fondo, uso de filtrosVelocidad residual en el fondo, uso de filtrosElEl espesorespesor deldel filtrofiltro debedebe serser dede porpor lolo menosmenos 00..1515--00..2020 mm yy superiorsuperior queque::

((33..44..1919)) SS == ddvv // ff [[11--((vvee –– vvbb))22]]dondedonde ff eses elel coeficientecoeficiente dede DarcyDarcy--WeisbachWeisbach (que(que puedepuede asumirseasumirse enen esteestecasocaso comocomo ff== 00..0505)) yy ddvv elel diámetrodiámetro equivalenteequivalente dede vacíos,vacíos, queque puedepuede serserconsideradoconsiderado ddvv ==11//55 lala dimensióndimensión mediamedia dede lala gravagrava queque constituyeconstituye elel fltrofltro::

((33..44..2020)) ddvv == ddff5050 // 55

LaLa granulometríagranulometría deldel filtrofiltro eses determinadadeterminada concon laslas siguientessiguientes relacionesrelaciones ::ddff

5050 ddff1515 ddff

1515((33..44..2121)) ———— 4040 ;; 55 ———— 4040 ;; ———— 55

ddss5050 ddss

1515 ddss8585


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7373

Proceso de cálculo y verificación de los revestimientos con gaviones tipoProceso de cálculo y verificación de los revestimientos con gaviones tipocolchón y cajacolchón y caja

ElEl procesoproceso dede cálculocálculo descritodescrito enen loslos párrafospárrafos anterioresanteriores puedepuede serserresumidoresumido enen loslos siguientessiguientes pasospasos::

PasoPaso 11 –– EscogerEscoger elel colchóncolchón RenoReno:: espesorespesor tt,, tipotipo dede redred yy diámetrodiámetro deldelalambrealambre;; escogerescoger laslas piedraspiedras dede rellenorelleno yy evaluarevaluar dd9900 yy ddmm.. CalcularCalcular aa seguirseguirelel coeficientecoeficiente dede rugosidadrugosidad concon lala fórmulafórmula

((33..22..11)) nn == dd909011//66 // 2626

concon dd9090 expresoexpreso enen metrosmetros..

ExpresarExpresar AA,, CC yy RR enen funciónfunción dede yy yy vv concon lala fórmulafórmula dede ManningManning yy resolverresolverrespectorespecto aa yy::

((33..55..11)) QQ == AA vv == AA RR22//33 ii11//22 11//nnConCon elel valorvalor dede yy ,, calcularcalcular AA,, CC,, RR,, BB yy vv..


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7474


PasoPaso 22 –– ParaPara elel fondofondo deldel canalcanal calcularcalcular::((33..44..11)) bb == ww yy ii((33..44..33),), ((33..44..55)) cc == 00..1010 (( ss -- ww)) ddmm

DebeDebe serser verificadaverificada lala disecuacióndisecuación::((33..44..44)) bb cc

yy serser toleradotolerado bb 11..22 cc,, ecuacecuac.. ((33..44..66),), concon elel controlcontrol dede laslasdeformacionesdeformaciones..ParaPara laslas márgenesmárgenes calcularcalcular::

(3.4.7)(3.4.7) mm = 0.75= 0.75 ww y iy i

(3.4.8)(3.4.8) ss == CC { 1{ 1-- [(sen[(sen22 ) / (sen) / (sen22 )] })] }1/21/2

dondedonde es el ángulo de inclinación de las márgenes.es el ángulo de inclinación de las márgenes.


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7575

Proceso de cálculo y verificación de los revestimientos con gaviones tipo colchónProceso de cálculo y verificación de los revestimientos con gaviones tipo colchóny cajay caja

DebeDebe serser verificadaverificada lala disecuacióndisecuación::((33..44..99)) mm ss

yy serser aceptadoaceptado mm 11..22 ss,, ecuacecuac.. ((33..44..1010),), concon controlcontrol dede laslas deformacionesdeformaciones..ParaPara márgenesmárgenes enen curva,curva, sese aplicaaplica lala ecuaciónecuación::

((33..44..1111)) mm == KK ww RR iiParaPara realizarrealizar lala verificaciónverificación enen términostérminos dede velocidad,velocidad, calcularcalcular elel númeronúmero dede FroudeFroude::

((33..55..22)) FF == vv // [[ gg (( AA // BB )])] 11//22

DeDe lala tablatabla ## 1414,, enen funciónfunción dede FF yy dede ddmm,, sese obtieneobtiene vvcc..DebeDebe entoncesentonces serser verificadoverificado

((33..55..33)) vv vvcc


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7676


PasoPaso 33 –– EvaluarEvaluar lala velocidadvelocidad admisibleadmisible vvee deldel materialmaterial deldel fondofondo:: parapara terrenosterrenoscohesivoscohesivos vvee sese encuentraencuentra aa travéstravés dede lala tablatabla ## 1616;; parapara terrenosterrenos incoherentesincoherentes vvee

valevale::((33..44..1818)) vvee == 1616..11 dd11//22

dondedonde vvee eses enen m/sm/s yy dd == dd100100 deldel suelosuelo enen mm..

CalcularCalcular lala velocidadvelocidad deldel aguaagua porpor debajodebajo deldel colchóncolchón RenoReno::((33..44..1717)) vvbb == 11 // nnff (( ddmm // 22 ))22//33 ii11//22

dondedonde nnff == 00..0202 sisi estáestá previstoprevisto unun geotextilgeotextil oo nono hayhay filtrofiltro yy nnff == 00..025025 sisi elel filtrofiltro esesdede gravagrava..


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7777


SiSi nono hayhay filtrofiltro debedebe serser verificadoverificado ::

((33..55..44)) vvbb ((22 -- 44)) vvee

SiSi estasestas relacionesrelaciones nono sonson verificadas,verificadas, debedebe serser previstoprevisto yy calculadocalculado unun filtrofiltrodede gravagrava comocomo descritodescrito enen elel párrafopárrafo ((44..44..44))..


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7878


PasoPaso 44 –– RealizarRealizar elel controlcontrol dede laslas deformacionesdeformaciones enen elel fondofondo yy enen laslas márgenes,márgenes, paraparaelel caudalcaudal dede diseño,diseño, sisi enen elel PasoPaso 22 resultóresultó cc bb 11..22 cc oo ss mm 11..22 ss..RealizarRealizar elel controlcontrol dede laslas deformacionesdeformaciones parapara unun caudal,caudal, superiorsuperior aa aquelaquel dede diseño,diseño,parapara evaluarevaluar laslas reservasreservas dede resistenciaresistencia dede lala estructuraestructura parapara situacionessituaciones superioressuperioresaa laslas dede primerprimer movimientomovimiento..ParaPara elel fondofondo deldel canalcanal determinardeterminar::

bb –– cc((33..44..1515)) C’C’ == ——————————

(( ss -- ww)) ddmm


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7979


parapara laslas márgenesmárgenesmm –– ss

((33..44..1515’)’) C’C’ == ——————————(( ss -- ww)) ddmm

DeDe lala tablatabla ## 1515 sese obtieneobtiene zz // ddmm enen funciónfunción dede C’C’VerificarVerificar queque

zz tt((33..44..1616)) ———— 22 (( ———— -- 11))

ddmm ddmm


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8080

Orientaciones rápidas de diseñoOrientaciones rápidas de diseño -- PredimensionamientoPredimensionamientoElEl párrafopárrafo anterioranterior resumeresume elel métodométodo dede cálculocálculo analíticoanalítico dede verificaciónverificación deldelrevestimientorevestimiento.. IndicacionesIndicaciones rápidasrápidas parapara elel predimensionamientopredimensionamiento puedenpueden serserobtenidasobtenidas dede laslas siguientessiguientes manerasmaneras::11 DeDe laslas indicacionesindicaciones sobresobre laslas característicascaracterísticas deldel revestimientorevestimiento enen colchonescolchones

oo gavionesgaviones enen funciónfunción dede lala velocidadvelocidad contenidascontenidas enen lala tablatabla yy enen elel gráficográficoqueque siguensiguen.. LaLa velocidadvelocidad críticacrítica eses aquellaaquella queque correspondecorresponde aa lala condicióncondición dedeprimerprimer movimientomovimiento dede laslas piedras,piedras, lala velocidadvelocidad limitelimite eses lala soportablesoportable porpor elelrevestimientorevestimiento esporádicamenteesporádicamente yy porpor períodosperíodos cortos,cortos, admitiendoadmitiendo pequeñospequeñosmovimientosmovimientos dede laslas piedraspiedras (el(el movimientomovimiento porpor períodosperíodos largoslargos puedepuede provocarprovocardañosdaños alal alambrealambre dede laslas tapas)tapas)..


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8181


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8282

Orientaciones rápidas de diseñoOrientaciones rápidas de diseño -- PredimensionamientoPredimensionamiento22 LasLas dimensionesdimensiones dede laslas piedraspiedras aa serser usadas,usadas, asumiendoasumiendo comocomo característicacaracterísticadede lala estabilidadestabilidad lala velocidadvelocidad dede lala corrientecorriente –– TablaTabla ## 1414..33 LasLas dimensionesdimensiones dede laslas piedraspiedras aa serser usadas,usadas, parapara laslas condicionescondiciones dede primerprimer

movimiento,movimiento, descuidandodescuidando susu influenciainfluencia enen lala rugosidadrugosidad –– EcuacEcuac.. ((33..44..11),),((33..44..33),), ((33..44..44),), ((33..44..55)) yy ecuacecuac.. ((33..44..77),), ((33..44..88),), ((33..44..99)).. SeSe definedefine

((33..66..11)) ddmm == yy ii // [([( ss // ww )) –– 11]]

parapara elel fondofondo deldel canalcanal == 00..1010 oo == 00..1212 dependiendodependiendo dede queque lalacondicióncondición examinadaexaminada seasea bb cc oo bb 11..22 cc;;

parapara laslas márgenesmárgenes == 00..133133 ((11 -- 22..3232 sensen22 ))11//22 oo == 00..160160 ((11 -- 22..3232 sensen22

))11//22 respectivamenterespectivamente..


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8383

Orientaciones rápidas de diseñoOrientaciones rápidas de diseño -- PredimensionamientoPredimensionamiento44 ElEl espesorespesor deldel colchóncolchón RenoReno deberádeberá serser dede porpor lolo menosmenos::

((33..66..22)) tt == ((11..88 -- 22)) ddmm


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8484

Obras en PerúObras en Perú

Unidad Minera MorocochaUnidad Minera Morococha -- CentrominCentromin

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8585


Unidad Minera MorocochaUnidad Minera Morococha -- CentrominCentromin

8686


Revestimiento de Talud Río IcaRevestimiento de Talud Río Ica -- IcaIca

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8787


Revestimiento de Talud Río IcaRevestimiento de Talud Río Ica -- IcaIca

8888


Muros de Encauzamiento Río HuatanayMuros de Encauzamiento Río Huatanay -- CuscoCusco

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8989


Muros de Encauzamiento Río HuatanayMuros de Encauzamiento Río Huatanay -- CuscoCusco

9090


Muro de Encauzamiento Pte. MontalvoMuro de Encauzamiento Pte. Montalvo -- MoqueguaMoquegua

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9191


Muro de Encauzamiento Pte. CutervoMuro de Encauzamiento Pte. Cutervo -- IcaIca

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diseño de revestimientos de canales y cursos de agua jr [modo de compatibilidad] (1)

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