Presas de gaviones (2da ed.)

Se presentan las funciones y características más relevantes de una presa de gaviones para su diseño estructural. Se incluye un
ejemplo práctico para dimensionar la presa de control de azolves, con cajas de alambre de medidas comerciales, para una determinada sección transversal y un gasto máximo de diseño.

2. Presas de gaviones

1
Introducción
La erosión del suelo es resultado de la
combinación de factores ambientales,
topográficos y geológicos, que afectan terrenos
agropecuarios y forestales. La formación de
cárcavas es una de las formas más severas de
erosión, que requieren ser controladas a fin de
disminuir su impacto negativo en los terrenos y a
la vez proteger obras de almacenamiento de
agua de la entrada y acumulación de
sedimentos que disminuyan su capacidad de
almacenamiento y su vida útil. Dentro de las
posibles alternativas para el control de cárcavas,
se encuentran las presas filtrantes de gaviones,
cuyo diseño requiere de un análisis estructural y
de una serie de condiciones mínimas durante su
proceso constructivo, a fin de asegurar su
estabilidad y cumplir con los objetivos para los
cuales son construidas.
En esta ficha técnica se presentan las funciones
y características más relevantes de una presa
de gaviones, los aspectos importantes a
considerar para su diseño estructural y un
ejemplo práctico que permita dimensionar los
gaviones de medidas comerciales de una presa
para una determinada sección transversal y un
gasto máximo.
Definición
Las presas de gaviones son estructuras
permanentes, flexibles y permeables construidas
a base de prismas rectangulares de alambre
galvanizado denominados gaviones, los cuales
se rellenan de piedra, con el objeto de formar el
cuerpo de la obra que constituye la presa de
control. Las mallas de alambre que forman el
gavión presentan la forma de un hexágono
entrelazado con triple torsión y de peso por
metro cúbico de gavión constante.
Objetivos
 Disminuir la velocidad del escurrimiento y su
poder erosivo.
 Reducir la erosión hídrica.
 Retener azolves.
 Estabilizar el fondo de la cárcava, ya que
evita su crecimiento en profundidad y
anchura.
 Evitar el azolvamiento de los vasos de
almacenamiento, canales y otras obras
hidráulicas ubicadas aguas abajo de la
presa.
 Favorecer la retención e infiltración de agua
y la recarga de acuíferos.
Ventajas
 Presentan una amplia adaptabilidad a
diversas condiciones, ya que son fáciles de
construir.
 Funcionan como presas filtrantes que
permiten el flujo del agua y la retención de
azolves.
 Son presas flexibles y pueden sufrir
deformaciones sin perder eficacia.
 Debido a que los cajones de gaviones
forman una sola estructura, tienen mayor
resistencia al volteo y al deslizamiento.
 Controlan eficientemente la erosión en
cárcavas de diferentes tamaños.
 Tienen costos relativamente bajos, en
comparación con las presas de
mampostería.
 Tienen una alta eficiencia y durabilidad
(mayor a 5 años).

3. Presas de gaviones

2
Desventajas
 Tienen costos relativamente altos, en
comparación con las presas filtrantes de
piedra acomodada.
 Si no se diseñan adecuadamente para dejar
pasar la avenida máxima a través de su
vertedor, y si presentan deficiencias en su
cimentación y empotramiento, son
susceptibles de ser destruidas o
flanqueadas por el flujo del agua,
provocando socavaciones en las márgenes
del cauce.
Condiciones para establecer la obra o
práctica y elementos básicos a considerar
Las presas de gaviones se recomiendan para
cárcavas con un mínimo de 2 metros de ancho y
una profundidad de más de 1.5 metros, debido a
su alto costo, además de que requieren de un
cálculo estructural específico para garantizar la
estabilidad en las construcciones de gran
magnitud.
La Figura 1 muestra el esquema de una presa
de gaviones en una sección de una cárcava.

Figura 1. Presa de gaviones para controlar la
erosión en cárcavas
Fuente: Elaboración propia
El cuerpo de la presa está formado por una serie
de gaviones dispuestos convenientemente y
unidos unos a otros por medio de ligaduras de
alambre. Los gaviones son una caja en forma de
paralelepípedo, construida con malla de alambre
de triple torsión galvanizado (Figura 2). La triple
torsión evita que la malla se desenrede, cuando
se corta el alambre de una sección por la
tensión que causa el empuje del agua sobre la
estructura.









Un gavión está definido por de sus dimensiones
(largo, ancho y alto), el tamaño de sus mallas y
el grueso del alambre que lo constituye. Las
dimensiones de los gaviones son variables, de
un ancho horizontal de 1.0 m y largos en
múltiplos del ancho horizontal (1.5, 2, 3 ó 4 m) y
alturas de 1/2, 1/3 o del mismo ancho horizontal,
pero en general, se utilizan con mayor
frecuencia las que aparecen en el Cuadro 1.
a)
b)
Figura 2. Detalle de un gavión (a) y alambre de
triple torsión galvanizado (b)
Fuente: Elaboración propia

4. Presas de gaviones

3
Cuadro 1. Medidas comerciales de gaviones
Código
Dimensiones (m) Volumen
(m
3
)
Núm. de
diafragmas Largo Ancho Alto
A 2.0 1.0 1.0 2.00 1
B 3.0 1.0 1.0 3.00 2
C 4.0 1.0 1.0 4.00 3
D 2.0 1.0 0.5 1.00 1
E 3.0 1.0 0.5 1.50 2
F 4.0 1.0 0.5 2.00 3
G 2.0 1.0 0.3 0.60 1
H 3.0 1.0 0.3 0.90 2
I 4.0 1.0 0.3 1.20 3
J 1.5 1.0 1.0 1.50 1
K 1.0 1.0 1.0 1.00 0
L 5.0 1.0 1.0 5.00 4
M 5.0 1.0 0.5 2.50 4
N 5.0 1.5 1.0 7.50 4
X 3.0 2.0 0.3 1.80 2
Z 4.0 2.0 0.3 2.40 3
Fuente: Gaviones México, 2017
El grosor del alambre que forma la malla está en
función del tamaño de la misma, de manera que
cuanto mayor es el grueso del alambre, mayor
será el tamaño de la malla. Las medidas más
usuales de estos alambres y las mallas que
forman el gavión se muestran en el Cuadro 2.
Cuadro 2. Características de la malla de alambre
Diámetro del
alambre (mm)
Tamaño de la malla
(cm)
2.0 5 X 7
2.4 8 X 10
3.0 12 X 14

En la Figura 3 aparece una parte de la malla de
alambre, donde el diámetro del alambre es de 2
mm y la dimensión de dicha malla es de 5 X 7
centímetros.


Figura 3. Malla de alambre de tamaño 5 X 7 cm y
conformada por un alambre de 2 mm
Fuente: Elaboración propia con base en SARH-Colegio de
Postgraduados, 1991
Para realizar los amarres o ligaduras, se usa
alambre de 2.4 mm de diámetro, en una
cantidad aproximada de 5% del peso del gavión.
Este alambre debe ser de acero galvanizado
clase III, que es de la misma calidad que emplea
el gavión, por lo cual no se recomienda el uso
de alambre de menor calidad (5).
Con estas características de los gaviones, se
seleccionan los más adecuados en base al tipo
de cárcava por controlar, se llevan al lugar
donde van a ser colocados, y se procede a
llenarlos con piedras.
Los gaviones deben tener la forma más perfecta
posible, es decir, aproximarse al máximo a la
forma de un bloque regular, para evitar
deformaciones y convexidades en sus caras, y
lograr un buen asentamiento o contacto íntimo
entre un gavión y los gaviones adyacentes. Se
recomienda emplear tensores de alambre
galvanizado clase III que liguen las caras de la
caja del gavión, colocados a 1/3 y a 2/3 de la
altura del gavión, que abarquen dos escuadrías
de la malla (5) y tensados a fin de obtener
paralelismo entre las caras (Figura 4).

5. Presas de gaviones

4











En esta clase de estructuras hay que distinguir
dos partes principales, que son: la base de
cimentación y el cuerpo de la misma obra o
presa.
La base de cimentación es necesaria para
proteger la obra entera contra las socavaciones

























en el lecho de la cárcava, ocasionadas por el
escurrimiento, ya que puede poner en peligro la
estabilidad de la estructura. El espesor del
delantal está constituido por una hilera de
gaviones terminados en un escalón de salida
(Figura 5) o bien un colchón hidráulico (Figura
6).












Figura 4. Ubicación de los tensores para lograr paralelismo entre las caras opuestas del
gavión
Fuente: Elaboración propia
Figura 5. Dimensiones de la cortina de gaviones
Fuente: Elaboración propia con base en SARH-Colegio de Postgraduados, 1991

6. Presas de gaviones

5

Figura 6. Presa de gaviones con colchón
hidráulico para amortiguar la caída del agua del
vertedor
Fuente: Elaboración propia
El cuerpo de la estructura está conformada por
una o varias hiladas de gaviones, de acuerdo
con la altura que se desee dar a la presa de


















La piedra de relleno puede ser de canto rodado,
piedra de pepena, piedra braza o de mina, la
cual deberá ser sana, no intemperizable y con
una granulometría de 4 a 8 pulgadas (5). Se
deberán usar piedras de diferentes tamaños
para disminuir los espacios vacíos.
Selección del sitio de construcción
Para seleccionar el sitio más adecuado para la
construcción de la presa, deben considerarse
los siguientes puntos:
control. En la Figura 5 se aprecia una presa de
este tipo, así como las especificaciones para su
construcción. En el Cuadro 3 se indican las
dimensiones de la presa, en base a las
acotaciones de la Figura 5.
Para este tipo de estructura, resulta de gran
importancia vigilar el debido empotramiento de
la presa de control, tanto en los taludes de la
cárcava, como en el lecho de la misma, además
hay que procurar la formación de un vertedor,
capaz de conducir el gasto máximo que se
calcule, en base a ciertos eventos de lluvia para
un periodo de retorno de 10 a 20 años o
estimado con el método de sección-pendiente.
Debe considerarse además, la separación entre
cada una de las estructuras.


















a) El sitio seleccionado deberá ser la parte más
angosta de la cárcava, a fin de disminuir los
costos de construcción y lograr mayor
estabilización de las márgenes de la misma.
b) El lugar deberá tener un tramo recto de
aproximadamente 20 metros aguas arriba del
sitio de construcción, a fin de lograr que los
escurrimientos se conduzcan linealmente
hasta impactarse sobre el muro, debe
evitarse construir presas en meandros y
Cuadro 3. Dimensiones de la presa de gaviones*
Acotaciones en cm.
* Las dimensiones indicadas son mínimas y pueden modificarse las proporciones de la cimentación y el
espesor del piso del tanque, de acuerdo con las condiciones geológicas del sitio en estudio.
Fuente: SARH- Colegio de Postgraduados, 1991

7. Presas de gaviones

6
lugares curvos del cauce para que el agua
no forme socavaciones.
c) El sitio de construcción debe tener sus
taludes bien consolidados, guardando una
relación 0.7:1 a fin de evitar cualquier
deterioro; ninguna de las márgenes deberá
ser salida de otra cárcava.
d) Si el sistema de drenaje está disectado por
un gran número de cárcavas, el sitio de
construcción deberá seleccionarse en un
punto de confluencia de otras cárcavas, a fin
de controlar varias cárcavas con una sola
obra. Por el contrario, un muro de control no
deberá construirse en una bifurcación (punto
donde se originan dos cárcavas).
Diseño
El diseño de las presas de gaviones tiene por
objeto conocer el dimensionamiento más
adecuado de los tendidos que forman el cuerpo
de la obra y la estabilidad de los mismos. Para
el diseño de la presa básicamente se consideran
los siguientes puntos:
 Determinar las secciones transversales de la
cárcava donde se desea llevar a cabo la
construcción, las cuales deben dibujarse a
escala 1:100 preferentemente.
 Determinar la curva de áreas y capacidades
con el fin de cuantificar los volúmenes de
agua y sedimentos que se almacenarán
aguas arriba de la presa.
 Estimar el escurrimiento máximo que tiene
lugar en la cuenca de la cárcava (área de
recepción) a fin de diseñar la capacidad
máxima del vertedor.
 Diseñar el vertedor para satisfacer la
capacidad de descarga del escurrimiento
máximo.
 Considerar la cimentación y los
empotramientos mínimos requeridos en el
fondo y en ambas márgenes de la cárcava,
para evitar filtraciones que debiliten la
seguridad de la obra.
 Proporcionar un colchón amortiguador, a fin
de evitar el golpe de la caída del agua sobre
el piso aguas abajo de la obra en el momento
de verterse, evitando la socavación del lecho
y el deterioro de las paredes laterales.
 Considerar el volumen total de excavación
que la construcción demande, así como la
dureza del suelo y las condiciones físicas del
lecho de la cárcava.
Cimentación y empotramiento
 Es un factor fundamental para el adecuado
funcionamiento y estabilidad de la presa.
 Para presas de más de 3 metros de altura, la
cimentación en el lecho del cauce se debe
realizar hasta encontrar roca o piso firme, y
para el caso de suelos profundos, hasta un
metro como mínimo (2).
 Para ambas márgenes, el empotramiento
debe ser mínimo de 1.0 metro (2),
dependiendo de las características del terreno
y del diseño de la presa.
 En casos en los que el suelo del área sea
fácilmente erosionable, se deberán construir
protecciones aguas arriba de la obra, a fin de
encauzar el flujo del agua y evitar socavación
en las márgenes (2).
 En suelos poco consolidados y a fin de evitar
la socavación, los diseños podrán considerar

8. Presas de gaviones

7
un empotramiento de mampostería al cual se
engancharán los gaviones mediante varillas
de 1/2 pulgada.
Cálculo estructural
El cálculo estructural de una presa de gaviones
constituye el análisis de cada fuerza que actúa
sobre el muro y sirve para determinar la
estabilidad de la obra.
En los procedimientos de cálculo utilizados en la
construcción de este tipo de obras, se analiza
directamente la resistencia del muro de
gaviones a soportar los efectos por
deslizamiento y volcamiento causados por el
empuje hidrostático del agua y los sedimentos.
Abastecimiento de materiales
Los materiales que estas obras requieren son:
piedra, alambre, gaviones y herramientas de
trabajo. Debe considerarse asimismo, la
construcción de caminos de acceso y la mano
de obra, que generalmente se forma por una
brigada de seis personas.
Ejecución de la obra
La ejecución de la obra es la etapa final de la
planeación y contempla los siguientes conceptos
a realizarse en el orden indicado:
1. Excavación
2. Armado y cosido de los gaviones
3. Colocación y punteado
4. Llenado y atirantado
5. Tapado y cosido
6. Operación de armado de gaviones


Excavación
Se deberá identificar con precisión el sitio de
emplazamiento de la presa de gaviones sobre el
cauce, apoyado en los bancos de nivel que se
instalaron durante el levantamiento topográfico
de la sección transversal. Se procederá a
realizar la limpieza del sitio y el trazo del área de
excavación para la cimentación y empotramiento
de la presa.
La excavación se podrá realizar por medios
manuales o con maquinaria dependiendo de las
características del terreno y del acceso al sitio
de la obra. El fondo deberá nivelarse con un
relleno antes de proceder a la colocación de los
gaviones.
Etapas de la operación de armado de
gaviones
Primera etapa. Despliegue y enderezado de los
gaviones (Figura 7).

Figura 7. Plantilla de un gavión
Fuente: Elaboración propia
Segunda etapa. Armado y cosido. Esta parte
implica levantar las caras frontales II y IV y
coserlas con alambre galvanizado del número
13 con las caras laterales (T) y las diafragmas
hasta formar un paralelepípedo (Figura 8). La

9. Presas de gaviones

8
unión de las caras laterales se debe realizar
alternando torsiones sencilla y dobles a fin de
que queden bien reforzadas (5).


Figura 8. Armado y cosido de un gavión a partir
de una plantilla
Fuente: Elaboración propia
Tercera etapa. Colocado y punteado. En esta
etapa el gavión se coloca en el sitio
seleccionado donde se va a levantar la presa.
Con objeto de unir un gavión con otro se lleva a
cabo el punteado, que consiste en amarrar las
superficies de contacto entre gaviones (Figura
9). Antes de proceder al llenado, se recomienda
tensar los gaviones para comprobar si no
existen deficiencias en las uniones, además de
optimizar el relleno y mejorar el rendimiento
durante la construcción (5).

Figura 9. Colocado y punteado de gaviones
Fuente: Elaboración propia
Cuarta etapa. Llenado y atirantado. El llenado
de los gaviones debe realizarse buscando el
ángulo de reposo de la piedra, de tal manera
que se logre una mejor colocación. Cuando el
llenado alcanza cierta altura, es conveniente
atirantarlo mediante alambres horizontales. De
forma práctica se recomienda colocar capas de
30 cm de piedra y colocar los tensores antes de
que la caja del gavión se deforme (Figura 10).
Durante el relleno, es muy importante vigilar que
éste sea compacto y con el mínimo de huecos
posibles (5).

Figura 10. Llenado y atirantado de un gavión
Fuente: Elaboración propia
Quinta etapa. Tapado y cosido. Esta etapa
implica cerrar el gavión una vez que ha sido
llenado convenientemente mediante el cosido de
la tapa, logrando un bloque rectangular de
mampostería gavionada (Figura 11).

Figura 11. Tapado y cosido de un gavión
Fuente: Elaboración propia
Una vez terminado el primer nivel de gaviones,
se debe repetir el proceso, colocando el

10. Presas de gaviones

9
siguiente nivel de gaviones y uniendo
firmemente con los gaviones de abajo.
Finalmente, una vez construida la obra es
necesario realizar su evaluación para conocer
su impacto y el cumplimiento de los objetivos
para los cuales fue construida.
Aspectos topográficos
1. Espaciamiento entre presas. El
espaciamiento entre dos presas consecutivas
depende de la pendiente de los sedimentos
retenidos, de la altura efectiva de las presas y
del tratamiento que se pretenda en el control. El
espaciamiento se determina en función de la
siguiente relación y considerando los elementos
de la Figura 12:
��=(
??????
��−��
)∗100 ....................................(1)

Donde:

Ep es el espaciamiento entre dos presas
consecutivas, en m
H es la altura efectiva de la presa, en m
Pc es la pendiente de la cárcava, en %
Ps es la pendiente de compensación, en %


Figura 12. Espaciamiento entre dos presas
consecutivas
Fuente: Elaboración propia
Se considera que el espaciamiento más
eficiente se obtiene cuando una presa se
construye en la parte donde terminan los
sedimentos retenidos por la presa anterior, lo
que se denomina como criterio cabeza-pie. Si el
objetivo es estabilizar la pendiente de la cárcava
se recomienda usar presas de baja altura con un
espaciamiento unitario y si el objetivo es retener
mucho sedimento se recomiendan presas más
altas con un doble espaciamiento
1
(Figura 13).

Figura 13. Arreglo de presas de gaviones sobre
los cauces principales (esquema según criterio
cabeza-pie)
Fuente: Elaboración propia
Algunos de los efectos asociados a las presas
de gaviones son: el retardo del flujo del agua en
el cauce, se propicia la recarga de acuíferos y el
mantenimiento de manantiales (Figura 14).


Figura 14. Efectos de las presas de gaviones
Fuente: Elaboración propia

1
Es recomendable construir la presa de gaviones en la parte
baja de la cárcava y después de retener los sedimentos
establecer la otra presa de gaviones.

11. Presas de gaviones

10
Si el objetivo es la retención de azolves y se
requiere optimizar la inversión por realizar,
conviene utilizar el criterio de doble
espaciamiento, con lo cual se incrementa el área
de captación de las presas de gaviones (Figura
15).


Figura 15. Espaciamiento entre presas de
gaviones y área de captación
Fuente: Elaboración propia
Es importante destacar que algunas veces no es
necesario ajustarse rigurosamente al
espaciamiento calculado, ya que cambiando
ligeramente la separación, puede encontrarse
un sitio más adecuado para la construcción de
las presas.
2. Pendiente de la cárcava. La pendiente de la
cárcava (Pc) se determina con nivel montado y/o
clinómetro usando la siguiente relación:
��=(
��
??????
)∗100 .........................................(2)

Donde:

Pc es la pendiente de la cárcava, en %
Dn es el desnivel entre dos puntos
considerados, en m
L es la longitud horizontal entre dos puntos, en
m

3. Pendiente de compensación. La pendiente
de compensación (Ps) también se conoce como
pendiente de aterramiento. Este valor es
siempre menor que la pendiente de la cárcava
(Pc) y su valor se determina en función de las
leyes del transporte máximo de sedimentos.
Para fines prácticos se ha determinado que Ps
toma valores entre 1% < Ps < 3.0%. De forma
específica, se considera que para arenas
gruesas mezcladas con grava la pendiente de
compensación es del 2%, para sedimentos de
textura media es del 1% y para sedimentos finos
limosos-arcillosos es del 0.5%.
4. Altura efectiva de la presa (H). Se determina
en base a la sección transversal de la cárcava,
considerando que la presa debe cubrir la
profundidad total de la cárcava y tomando en
cuenta las dimensiones del vertedor y las
medidas comerciales de los gaviones (Figura
16).

Figura 16. Altura efectiva de la presa de gaviones
Fuente: Elaboración propia
Aspectos hidrológicos
1. Área de captación de sedimentos. El área
de captación de sedimentos se determina por
cualquier procedimiento de topografía, de
acuerdo con las herramientas y los equipos
disponibles. Se utiliza para determinar la curva

12. Presas de gaviones

11
de áreas, elevaciones y volúmenes de
sedimento que serán captados por la presa. Los
datos requeridos para construir dicha curva se
presentan en el Cuadro 4.
Cuadro 4. Datos para construir una gráfica de
elevaciones áreas y volúmenes de sedimento en
cárcavas
Elevación
(m)
Área
(m
2
)
Área
acumulada
(m
2
)
Equidis-
tancia
(m)
Volumen
parcial
(m
3
)
Volumen
total
(m
3
)
0.0 0.0 0.0 0.0 0.00 0.00
0.5 12.3 12.3 0.5 6.15 6.15
1.0 18.4 30.7 0.5 15.35 21.50
1.5 29.7 60.4 0.5 30.20 51.70
2.0 41.8 102.2 0.5 51.10 102.80
2.5 50.4 152.6 0.5 76.30 179.10
3.0 70.6 223.2 0.5 111.60 290.70

El levantamiento topográfico del área de
captación permite representar las áreas
parciales por cada elevación del terreno (Figura
17) y construir la gráfica de elevación, áreas y
capacidades (Figura 18).

Figura 17. Área de captación de sedimentos en
una cárcava mostrando sus áreas parciales y su
elevación con respecto al fondo
Fuente: Elaboración propia

Figura 18. Gráfica de elevación, áreas y
capacidades
Fuente: Elaboración propia
2. Caudal máximo de diseño. Para determinar
el caudal máximo para el diseño del vertedor de
las presas de gaviones se usa el método de
sección y pendiente, aplicando la siguiente
ecuación:
&#3627408452;
&#3627408474;á??????=&#3627408436;∗&#3627408483; ..............................................(3)

Donde:
Qmáx es el escurrimiento máximo, en m
3
s
-1

A es el área hidráulica de la sección, en m
2

v es la velocidad del flujo, en m s
-1

El área hidráulica se determina en función de la
sección transversal del sitio donde se pretende
ubicar la obra, a la altura de la huella máxima
del flujo de agua por dicha sección.
La sección transversal se obtiene por cualquier
procedimiento topográfico y se representa en
papel milimétrico en escala 1:100. De esta
manera se obtiene el área hidráulica
determinada por figuras geométricas conocidas
(Figura 19).

13. Presas de gaviones

12

Figura 19. Sección transversal de una cárcava y
área hidráulica
Fuente: Elaboración propia
La velocidad del escurrimiento se estima por
medio de la ecuación de Manning, como sigue:
&#3627408483;=
&#3627408479;
2
3
⁄
&#3627408480;
1
2
⁄
&#3627408475;
...............................................(3)
Donde:
v es la velocidad, en m s
-1

s es la pendiente de la cárcava, en m m
-1

r es el radio hidráulico, en m
n es el coeficiente de rugosidad de Manning
(adimensional)

El radio hidráulico se calcula con la siguiente
ecuación:
&#3627408479;=
&#3627408436;
&#3627408451;
........................................................(4)
Donde:
A es el área hidráulica, en m
2

P es el perímetro de mojado, en m

3. Diseño del vertedor. El vertedor se diseña
en función del gasto máximo. En estructuras de
gaviones se utilizan vertedores rectangulares de
cresta gruesa (Figura 20).






El gasto máximo sobre la cresta del vertedor se
calcula con la siguiente ecuación:

&#3627408452;
&#3627408474;á??????=&#3627408438;&#3627408483;∗??????∗??????&#3627408465;
3/2
......................................(5)

Donde:
Qmáx es el escurrimiento máximo, en m
3
s
-1

Cv es el coeficiente del vertedor (adim.= 1.45)
L es la longitud del vertedor, en m
Hd es la carga sobre el vertedor, en m
Lb es el libre bordo, en m

Como el valor de Qmáx es conocido, dado que se
determinó por el método de sección y pendiente,
se pueden proponer valores de L y Hd para
obtener las dimensiones del vertedor.
La ecuación (6) muestra el cálculo de Hd
proponiendo un valor de L:
??????&#3627408465;=[
&#3627408452;
??????á??????
&#3627408438;&#3627408483;∗??????
]
2
3
⁄
...........................................(6)
Para definir la altura total del vertedor se deberá
agregar un libre bordo (Lb) mínimo de 0.20 m, y
ajustar las dimensiones con las medidas
comerciales de los gaviones, lo cual se puede
lograr ajustando el valor de L, el cual se
recomienda sea de un tercio del ancho de la
sección a la altura efectiva de la presa (Figura
20).
4. Diseño de la colocación de los gaviones.
Finalmente, se propone la colocación de los
gaviones en función de la sección transversal de
la cárcava, la altura efectiva de la presa, el
tamaño del vertedor y del colchón amortiguador,
con lo cual se define el número y el tamaño de
los gaviones a utilizar para construir la presa de
gaviones (Figura 21).
Figura 20. Diseño de vertedor rectangular de
cresta gruesa para presa de gaviones
Fuente: Elaboración propia

14. Presas de gaviones

13

Figura 21. Esquema de la colocación de gaviones
Fuente: Elaboración propia
5. Cálculo estructural de la presa. El cálculo
de una presa de gaviones se realiza a partir de
la sección crítica unitaria, esto es, que las
dimensiones están referidas a la unidad de
ancho del muro. Considerando el perfil de la
Figura 22, se procede como sigue:

Figura 22. Perfil de la sección crítica unitaria
Fuente: Elaboración propia
Donde:
H es la altura total de la presa, en m
he es la altura efectiva de la presa, en m
hv es la altura de la lámina vertiente, en m
h1, h2 y h3 son las alturas de los tendidos, en m
hc es la altura de la cimentación, en m
Lb es el libre bordo, en m
B es la base de la presa, en m
b es el ancho de corona de la presa, en m
k es la longitud constante del escalón, en m
k' es la longitud del colchón amortiguador, en m
b1, b2 y b3 son los anchos de los tendidos, en m
q es el peso de la lámina vertiente, en kg
E es el empuje hidrostático del agua, en kg
P es el peso total de la sección crítica unitaria,
en kg
Y los datos adicionales requeridos son:
V es el volumen total de la sección crítica
unitaria, en m
3

w es el peso específico del agua con
sedimentos, en kg m
-3

γ
P es el peso específico de la piedra, en kg m
-3

γ0 es el peso específico aparente, en kg m
-3

μ es el coeficiente de fricción (adimensional)
S es la superficie de mojado de la sección
unitaria, en m
2

Ĥ es el centro de gravedad de la superficie de
mojado, en m

a). Cálculo del peso de la lámina vertiente (q)
El peso de la lámina vertiente considerando un
ancho de la sección crítica unitaria (a=1 m) se
calcula con la siguiente ecuación:
&#3627408478;=ℎ&#3627408483;∗&#3627408463;∗&#3627408462;∗&#3627408484; ......................................(7)

Donde:
q es el peso de la lámina de agua máxima
vertiente, en t

15. Presas de gaviones

14
hv es la altura de la lámina vertiente, en m
b es el ancho de corona de la presa, en m
a es el ancho de la sección crítica unitaria (a=1
m)
w es el peso específico del agua con
sedimentos, en t m
-3
= 1.2 t m
-3

Su brazo de palanca con respecto al punto (A)
de la Figura 11 es:
&#3627408459;(&#3627408478;)=&#3627408463;/2 ................................................(8)

b). Cálculo del peso de la sección crítica
unitaria (P)
b1. Cálculo del volumen unitario
V=(hc*B)+(h1*b1)+(h2*b2)+(h3*b3) ….(9)

b2. Cálculo del peso específico aparente

El peso específico aparente se calcula con la
siguiente ecuación:

??????
0=??????
&#3627408451;−&#3627408484; .............................................(10)

El peso total real de la obra se calcula como:

&#3627408451;=??????∗??????
0 ................................................(11)

Su brazo de palanca con respecto al punto (A)
es:

&#3627408459;(&#3627408451;)=&#3627408461;
&#3627408451; ................................................(12)

&#3627408461;
&#3627408451;=[{(ℎ&#3627408464;∗&#3627408437;)∗
&#3627408437;
2
}+{(ℎ1∗&#3627408463;1)∗
&#3627408463;1
2
}+
{(ℎ2∗&#3627408463;2)∗
&#3627408463;2
2
}+{(ℎ3∗&#3627408463;3)∗
&#3627408463;3
2
}]/?????? ......(13)

c). Cálculo del empuje hidrostático del agua
(E)

El empuje hidrostático del agua se calcula con la
siguiente ecuación:
&#3627408440;=??????∗ĥ∗&#3627408484; = (he*a)*(he/2)*w =
(w*he
2
)/2…………… ……….....…………..….(14)
Donde a=1 por tratarse de la sección crítica
unitaria. Su brazo de palanca con respecto al
punto (A) es:
&#3627408459;(&#3627408440;)=ℎ&#3627408464;+(ℎ&#3627408466;/3) .......................................(15)
d). Cálculo de la condición del núcleo central
q(&#3627408459;
q)+P(&#3627408459;
P)+E(&#3627408459;
E) ≤ (2*(q+P)*B)/3).........(16)
e). Cálculo de la condición de no
deslizamiento
&#3627408441;
??????&#3627408439;=(&#3627408478;+&#3627408451;)∗??????≥&#3627408440; ....................................(17)
f). Cálculo de la condición de no volcamiento
&#3627408441;
????????????=
&#3627408451;(????????????)
&#3627408440; (????????????)
≥1 ..............................................(18)

Ejemplo de aplicación
1) Área de captación de la presa
Se consideran los datos presentados en el
Cuadro 3 y la Figura 18, lo que indica que a una
altura efectiva de la presa de 3 metros, se
alcanzaría un volumen total de almacenamiento
de azolves de 290.70 m
3
.
2) Caudal máximo de diseño
Se considera la siguiente sección transversal
con una altura de huella máxima de 0.60 m que
corresponde a un área hidráulica (A) de 1.373
m
2
y un perímetro de mojado (P) de 3.296 m
(Figura 23).




Figura 23. Sección transversal del ejemplo de
aplicación
Fuente: Elaboración propia

16. Presas de gaviones

15
Por las condiciones del cauce en el sitio
seleccionado para construir la presa se
considera un coeficiente de rugosidad de 0.030
y una pendiente media del cauce de 1.3%.

Cálculo del radio hidráulico y velocidad del flujo:
&#3627408479;=
&#3627408436;
&#3627408451;
=
1.373
3.296
=0.42 ??????

&#3627408483;=
(0.42)
2/3
(0.013)
1/2
0.030
=2.12 ?????? &#3627408480;
−1


El gasto máximo calculado es de:

&#3627408452;
&#3627408474;á??????=&#3627408436;∗&#3627408483;=1.373 ??????
2
∗2.12
??????
&#3627408480;
=2.91 ??????
3
&#3627408480;
−1


3) Diseño del vertedor

Se propone una longitud del vertedor (L) de 3.0
m y se considera un coeficiente del vertedor
(Cv) de 1.45 ya que se trata de un vertedor
rectangular de cresta ancha.










La carga sobre el vertedor calculada es de:
??????&#3627408465;=[
&#3627408452;
&#3627408474;á??????
&#3627408438;&#3627408483;∗??????
]
2/3
=[
2.91
1.45∗3.00
]
2/3
=0.77 ??????

Lo que indica que se pueden utilizar gaviones de
1.0 metro de altura para formar el vertedor con
lo cual se tendría un libre bordo de 23 cm.
4) Diseño de la colocación de los gaviones
De acuerdo con la sección transversal, la altura
efectiva de la presa y el libre bordo, se propone
una presa de gaviones con una altura total de
4.5 m que abarca desde el tendido de la
cimentación (T0) hasta los tendidos que forman
el vertedor (TV).
El tamaño, número y código propuesto de
gaviones y su colocación se muestran en la
Figura 24 y el volumen de gaviones se presenta
en el Cuadro 5.






















Figura 24. Vista en planta del tamaño, código y colocación de los gaviones
Fuente: Elaboración propia

17. Presas de gaviones

16
Cuadro 5. Volumen de gaviones de acuerdo con
su arreglo en la sección transversal
Código
de
gavión
Tamaño del gavión
(largo, ancho y
altura) (m)
Número de
gaviones
Volumen
(m
3
)
E 3.0x1.0x0.5 4 6.0
J 1.5x 1.0x1.0 13 19.5
B 3.0x1.0x1.0 6 18.0
A 2.0x1.0x1.0 3 6.0
Total 26 49.5

El volumen real requerido de piedra se
determina como sigue:
Volumen proyectado = 49.50 m
3

Coeficiente de abundamiento = 0.33
Volumen aparente = 49.50 x 0.33= 16.50 m
3

Volumen real = 49.50 + 16.50 = 66.00 m
3


5) Determinación del centro de gravedad de
la obra.
Es importante determinar el centro de gravedad
de la presa, es decir, el lugar de la sección
crítica unitaria, donde se concentran las fuerzas
horizontales y verticales que actúan sobre el
muro.
Para este ejemplo se toma el diseño de las
Figuras 24 y 25 y los cálculos correspondientes
se presentan en el Cuadro 6.

Figura 25. Vista de frente y de perfil de la sección
crítica unitaria
Fuente: Elaboración propia

Cuadro 6. Determinación del centro de gravedad
de la presa
Tendido
V
(m³)
Xm
(m)
Ym
(m)
Zm
(m)
V*Xm
(m
4
)
V*Ym
(m
4
)
V* Zm
(m
4
)
T0 6.0 5.5 0.25 2.0 33.0 1.5 12.0
T1 12.5 5.5 1.0 1.25 68.75 12.5 15.63
T2 12.0 5.0 2.0 1.0 60.0 24.0 12.0
T3 12.0 5.0 3.0 0.75 60.0 36.0 9.0
TVI 4.0 2.0 4.0 0.50 8.0 16.0 2.0
TVD 3.0 8.5 4.0 0.50 25.5 12.0 1.5
Total 49.5 255.25 102.0 52.13

Las coordenadas del centroide son las
siguientes:
&#3627408459;
&#3627408464;=
∑(??????∗&#3627408459;
&#3627408474;)
∑??????
=
255.25
49.50
=5.16 ??????
&#3627408460;
&#3627408464;=
∑(??????∗&#3627408460;
&#3627408474;)
∑??????
=
102.0
49.50
=2.06 ??????
&#3627408461;
&#3627408464;=
∑(??????∗&#3627408461;
&#3627408474;)
∑??????
=
52.13
49.50
=1.05 ??????
Los valores anteriores determinan el centro de
gravedad de la sección crítica unitaria (Figura
26).












Figura 26. Centro de gravedad de la sección
crítica unitaria
Fuente: Elaboración propia

18. Presas de gaviones

17
En función del centro de gravedad se determina
la sección crítica unitaria y a partir de esta
sección se calcula la estabilidad de la obra de
toda la estructura.
6) Determinación de las fuerzas que actúan
sobre la sección crítica unitaria
6.1. Cálculo de la línea de acción del peso de
la obra.
El objetivo es determinar los momentos
estáticos con respecto a un punto considerado,
ver Figura 27 y Cuadro 7.

Figura 27. Sección crítica unitaria
Fuente: Elaboración propia
Donde:

P es el peso de la sección crítica unitaria, en kg
E es el empuje hidrostático sobre el paramento
de mojado, en kg
Hscu es la altura de la sección crítica unitaria de
la presa, en m
he es la altura efectiva de la presa, en m
Zp es la distancia de posición de P respecto al
punto A, en m
Zp’ es la distancia de posición de P respecto al
punto B, en m

Cuadro 7. Determinación de la línea de acción del
peso (P) de la sección crítica unitaria
Tendido
Vscu
(m³)
Ymcu
(m)
Zmcu
(m)
V*Ymcu
(m
4
)
V*Zmcu
(m
4
)
T0 2.00 0.25 2.00 0.50 4.00
T1 2.50 1.00 1.25 2.50 3.13
T2 2.00 2.00 1.00 4.00 2.00
T3 1.50 3.00
0.75
4.50 1.13
Total 8.00 11.50 10.25
&#3627408461;
&#3627408451;=
∑(??????
&#3627408480;&#3627408464;&#3627408482;∗&#3627408461;
&#3627408474;&#3627408464;&#3627408482;)
∑??????
&#3627408480;&#3627408464;&#3627408482;
=
10.26
8.0
=1.28 ??????

&#3627408461;
&#3627408451;′=2.72 ??????

6.2. Cálculo del peso de la lámina de agua
vertiente (q)
&#3627408478;=ℎ&#3627408483;∗&#3627408463;∗&#3627408462;∗&#3627408484;
Sustituyendo valores se tiene:
&#3627408478;=0.77∗1.0∗1.0∗1.2=0.92 &#3627408481;

6.3. Cálculo de la superficie de mojado (S)
??????=ℎ&#3627408466;∗&#3627408462;
Donde:

S es la superficie de mojado, en m²
he es la altura efectiva de la presa, en m
a es el ancho de la sección crítica unitaria (a=1
m)

Sustituyendo valores se tiene:
??????=ℎ&#3627408466;∗&#3627408462;=3.0∗1.0=3.0 ??????
2


6.4. Cálculo del centro de gravedad de la
superficie de mojado (ĥ)

ĥ=
ℎ&#3627408466;
2
⁄=
3.0
2
⁄=1.5 ??????

19. Presas de gaviones

18
Donde:

ĥ es el centro de gravedad de la superficie de
mojado, en m
he es la altura efectiva de la presa, en m

6.5. Cálculo del empuje hidrostático (E)

E=S∗ĥ∗w=(S∗w∗ ℎ&#3627408466;
2
)/2

Donde:

E es el mpuje hidrostático, en t
S es la superficie de mojado, en m²
ĥ es el centro de gravedad de la superficie de
mojado, en m
he es la altura efectiva de la presa, en m
w es el peso específico del agua con
sedimentos, en t m
-3
= 1.2 t m
-3


Por lo tanto:
&#3627408440;=??????∗ĥ∗w=
1
2
⁄∗&#3627408484;∗ℎ&#3627408466;
2
=0.5∗1.2∗3
2
=5.40 &#3627408481;
6.6. Cálculo del peso de la sección crítica
unitaria (P)
P = Vscu * o
Donde:

P es el peso de la sección crítica unitaria, en t
Vscu es el volumen de la sección crítica unitaria,
en m
3

o es el peso específico aparente = P - w = 1.2 t
m
-3

P es el peso específico de la piedra (t m
-3
) = 2.4
t m
-3

w es el peso específico del agua con
sedimentos (t m
-3
) = 1.2 t m
-3

P = 8 m
3
*1.2 t/m
3
= 9.6 t


6.7. Cálculo de la condición del núcleo
central
q(&#3627408459;
q)+P(&#3627408459;
P)+E(&#3627408459;
E) ≤ (2*(q+P)*B)/3)
Sustituyendo valores se tiene:
0.92(0.5)+9.6(1.28)+5.40(1.5) ≤ (2*(0.92+9.6)*4)/3)
20.86 ≤ 28.06
Por lo tanto se cumple la condición del núcleo
central.
6.8. Cálculo de la condición de seguridad al
deslizamiento (FSD)
FSD = (q+P) μ  E
Donde:

FSD es la condición de seguridad al
deslizamiento, en t
q es el peso de la lámina de agua máxima
vertiente, en t
μ es el c oeficiente de rozamiento
correspondiente a piedra sobre piedra = 0.75
P es el peso de la sección crítica unitaria, en t
E es el empuje hidrostático, en t

FSD = (0.92 + 9.6) × 0.75 = 7.89 t
FSD = 7.89  E = 5.40
Por lo tanto, se cumple la condición de
seguridad por deslizamiento.
6.9. Cálculo de la condición de seguridad al
volcamiento (FSV)
Fsv=
MP
B
ME
B
=
P∗ Zp´
E∗Y´
≥1
Donde:

FSV es la condición de seguridad al volcamiento

20. Presas de gaviones

19
MPB es el momento de (P) respecto al punto de
apoyo (B) = (P*Zp’)
MEB es el momento de (E) respecto al punto de
apoyo (B) = (E*Y’)
P es el peso de la sección crítica unitaria, en t
Zp’ es la distancia de (P) respecto al punto de
apoyo (B), en m
E es el empuje hidrostático, en t
Y’ es la distancia de (E) respecto al punto de
apoyo (B), en m
Sustituyendo valores se tiene:
Fsv=
MP
B
ME
B
=
P∗ Zp´
E∗Y´
=
9.6∗2.72
5.40∗1.50
=3.22
Fsv=3.22≥1
Por lo tanto, se cumple la condición de
seguridad por volcamiento.
7. Comprobación de las fuerzas resultantes y
desplazamiento de (P) cuando actúa (E)
sobre el muro unitario
Para el análisis de las fuerzas resultantes se
utiliza el diagrama (Figura 28):

Figura 28. Diagrama de fuerzas resultantes
Fuente: Elaboración propia
tg  = E/P = 5.40/9.6 = 0.56

tg  = Z’/Y’ = 0.56

Z’ = tg  Y’ = 0.56 x 1.50 = 0.84

Donde:
Z’ es el desplazamiento que sufre P cuando
actúa E, en m

Y’ = hc + (he/3) = 0.5+(3.0/3) = 1.50

Dado que la base B de la obra de gaviones se
divide entre 3 para determinar el tercio medio,
se tiene que B/3 = 4/3 = 1.33 m y el tercio medio
vale 2.66 m, por lo tanto queda:
Desplazamiento total = Zp + Z’ = 1.28 + 0.84 =
2.12 m
Tercio medio = 2.66 m > 2.12 m.
Lo anterior indica que la presa de gaviones está
bien diseñada y cumple con las condiciones de
estabilidad que requiere la obra.
Conceptos de obra asociados
1. Limpieza, trazo y nivelación
2. Excavación de cimentación y
empotramientos
3. Pepena y acarreo de piedra
4. Conformación de la presa
a. Armado y cosido de gaviones
b. Colocación y punteado
c. Llenado y atirantado
d. Tapado y cosido
5. Excavación de delantal
6. Construcción de delantal

21. Presas de gaviones

20
Bibliografía
1. SARH. Colegio de Postgraduados. 1991.
Manual de conservación del suelo y del agua.
Montecillo, Estado de México. México. Pp.
488-495.
2. SEMARNAT-CONAFOR. 2007. Protección,
restauración y conservación de suelos
forestales. Manual de obras y prácticas.
Tercera edición, segunda rei mpresión.
Zapopan, Jalisco, Méx. 298 pág.
3. SAGARPA. 2008. Curso sobre Uso y Manejo
Sustentable del Suelo y Agua (COUSSA).
Presentación del Dr. José Luis Oropeza Mota.
Curso dirigido a Prestadores de Servicios
profesionales de COUSSA en el país.


















4. Gaviones Lemac, S. A., 2009. “Manual para el
diseño de presas de gaviones", México.
Página web: http://www.lemac.com.mx
5. Gaviones Lemac, 2017. Manual de proceso
de instalación de gavión. Recuperado el
04/09/2017 de:
http://www.lemac.com.mx/folletos/gavion-
folleto.pdf
6. Gaviones México, 2017. Folleto informativo.
Recuperado el 04/09/2017 de
http://gavionesmexico.com/wp-
content/uploads/2016/12/folleto_1_gavionesm
exico_web.pdf














Responsables de la ficha
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“PRESAS DE GAVIONES”
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