CÁLCULO DE LA SOCAVACIÓN EN PUENTES

Transcripción

1 CÁLCULO DE LA SOCAVACIÓN EN PUENTES A largo plazo o agradación Migración del cauce SOCAVACIÓN GENERAL POR CONTRACCIÓN SOCAVACIÓN LOCAL EN PILAS SOCAVACIÓN LOCAL EN ESTRIBOS

2 La hidráulica fluvial tiene un carácter empírico por lo que no hay método único ni precio para determinar el comportamiento de un río ni u repueta ante intervencione antrópica La hidráulica fluvial, igue iendo má un arte que una ciencia Mucho depende de la forma en que el ingeniero entienda el comportamiento de un río y viualice u interacción con el entorno

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4 Forma de ocavación Do forma de tranporte de edimento e preentan en un cauce egún que haya o no haya movimiento de edimento dede agua arriba: Lecho móvil V > Vc Agua clara V < Vc

5 Velocidad del flujo Chezy Manning C V = C RI = = R 1 6 n 1 n R 2 / 3 I 1 / 2 m/ m 1/2 / C 12R = 18log D90 m 1/2 / Melville and Sutherland Vc = 5.75U* c log h D HEC-18 V c = h D

6 Socavación por contracción en puente Lichtvan-Levediev H h D m z = + α βµϕ H h x = + α βµϕγ Straub h B B H = Lauren k B B Q Q h H = = B D Q H m

7 Socavación por contracción en puente Lecho móvil Ecuación de Lauren H h 1 = Q Q B B 1 2 k 1 Nivel de creciente D = H - h2 h H hm Lecho natural en agua baja D Lecho ocavado D = H h1

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9 V * /w < a 2.0 > 2.0 K Modo de tranporte del edimento de lecho Mucho del material en contacto con el lecho Algo de material de lecho upendido Mucho material del lecho upendido V gh I * = 1 1

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11 Nota: Lo ancho B1 y B2 no on iempre fácile de definir. En alguno cao e acepta tomar el ancho de la uperficie libre del agua o el ancho del fondo decontando el ancho de la pila. Debe guardare iempre conitencia cualquiera que ea el ancho que e ue. La ección de aproximación o de agua arriba e debe localizar en un punto ante del puente en que el flujo empieza a contraere. La ocavación por contracción puede calculare independientemente para el cauce principal y la ladera izquierda o derecha. La profundidade de ocavación en lecho móvil diminuyen i el lecho tiene materiale grueo que cauen acorazamiento del cauce. Si exite eta poibilidad, e conveniente que e calcule la profundidad de ocavación uando la ecuación correpondiente a agua clara en adición a la de lecho móvil y e ecoja la menor profundidad calculada.

12 Socavación por contracción en puente Agua clara = B D Q H m K = parámetro de Shield = G = gravedad epecífica del material del lecho = 2.65 n = coeficiente de rugoidad de Manning = Dm1/6 D = H - h2 3/ 7 2 m 2 2 1) ( = W D G K Q n H Ecuación de Lauren

13 Para cauce con lecho etratificado, la ocavación e puede determinar uando la ecuacione uceivamente para cada capa uando el Dm correpondiente. La ocavación por contracción puede reultar muy grande en alguno cao (D > 1.5 m), por lo que la velocidade en la zona del puente e reducen como conecuencia del aumento de la ección hidráulica. Para tener en cuenta ete efecto, e ugiere realizar de nuevo la modelación hidráulica del puente uando el perfil del lecho ocavado por contracción. Con ete nuevo perfil, e recalcula la ocavación por contracción que debe reultar menor y e procede depué a calcular la ocavación local, (HEC 18, 1993). La profundidad de ocavación por contracción puede obtenere con parámetro medio para toda la ección tranveral, o puede obtenere por tubo de corriente aprovechando la información hidráulica de programa como el HEC-RAS y uando la mima ecuacione vita.

14 CÁLCULO DE LA SOCAVACIÓN LOCAL EN PILAS D 1096 d

15 Ecuacione para calcular ocavación local en pila Autor Fecha Ecuación Lauren Toch y 1953, 1956 d = K g K f a d = K g K φ a Larra 1963 d = Ka Arunachalam Carten 1966 d 2 / 3 1 / 6 2 / q = q a d = a N N / Breuer a

16 Breuer, Nicollet Shen y 1977 d = af V V f h ( ) a f forma f l φ c a Jain Ficher y 1980 d = a h 186. a 05. ( F F ) r rc 025. CSU Melville y Sutherland d h 0.65 a 2.0K f K K C k A Fr h = φ 0.43 d = akikhkdkσk f Kφ Froehlich d = 0.32K ( a ) h Fr D + f 50 a Melville 199 d = 24. a

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18 Para pila con punta circular alineada con el flujo d 2.4a para Fr 0.8 d 3.0a para Fr > 0.8

19 Método de la Univeridad Etatal de Colorado (CSU) d h 0.65 a 2.0K f K K c K a Fr h = φ V F r = gh 0.43

20 Forma de la pila Nariz cuadrada Nariz redonda Cilíndrica Punta aguda Grupo de cilindro K f K f

21 Kφ Ángulo de ataque l/a = 4 l/a = 8 l/a = K φ l = coφ + enφ a 0.65

22 K c Condición del lecho Socavación en agua clara Lecho plano y antiduna Duna pequeña Duna mediana Duna grande Altura de la duna H [pie] N/A N/A 2 < H < < H < 30 H > 30 K c a

23 K a diminuye la profundidad de ocavación por acorazamiento del hueco de ocavación para D m D 50 < 2 mm o D 95 < 20 mm D m K a = 1.0 D 50 2 mm o D mm K = a ( V ) R V R = V V V cdx = 1 cd50 V V i cd50 icd > 6.19h D x V icdx = Dx a V cdx El valor mínimo de Ka e 0.4

24 Efecto a coniderar Pila de gran ancho K w 0.13 h 0.25 = 1.00 Fr para V / Vc a 1

25 Pila compleja

26 Grupo de pilote

27 Col. n Col. 1 Fila m R Flujo Fila 1 Plano de proyección Plano de proyección Grupo de pilote egado al flujo *pg = p Proyecte do fila y una columna en el plano de proyección

28 Efecto de pila con columna múltiple egada al flujo MULTIPLES COLUMNAS FLUJO 6 2 L / a = 3 FLUJO PILA EQUIVALENTE Efecto de la acumulación de baura en la pila

29 Efecto del tiempo de duración de la creciente Efecto del epaciamiento entre la pila Tamaño del hueco de ocavación local en la pila d B = 2 d Pila

30 CÁLCULO DE LA SOCAVACIÓN LOCAL EN ESTRIBOS d 1098 D 1096 d

31 Ecuacione para calcular ocavación local en etribo Froehlich 1989 d h e = L K f K θ Fre + 1 h e 043. Melville 199 d L d h = KK K KσK Kθ K = K K i i h D f g L K D K σ K f K θ K g HIRE 1990 d = K 0.55 f h Kθ Fr

32 Etribo izquierdo Etribo derecho Puente L 1 L 1 L 2 L 2 Sección tranveral en el puente Sección tranveral agua arriba Cao 1 y 2. Etribo alejado del cauce principal Etribo izquierdo Etribo derecho Puente Borde del cauce principal L 1 L 2 L 2 Sección tranveral en el puente Sección tranveral agua arriba Cao 3 y 4. Etribo al borde o en el cauce principal.

33 Método de Froehlich d h e L = 2.27K f Kθ Fre he + 1 F = re V e gh e K f Decripción K f Etribo con pared vertical 1.00 Etribo con pared vertical y aleta 0.82 Etribo con pendiente hacia el cauce 0.55

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35 K θ = (θ/90) 0.13 K θ

36 Comentario al cálculo de la ocavación La ecuacione fueron en u mayoría deducida de modelación fíica en laboratorio con muy poca verificación en el campo y por lo tanto, no e tiene certeza obre u repreentatividad al uarla con prototipo. La ecuacione conideran flujo permanente en cauce aluviale. El caudal máximo de dieño e preenta en tiempo muy corto y eguramente menore a lo neceario para que e alcancen la profundidade máxima de ocavación calculada. La mayoría de invetigacione para deducir ecuacione de ocavación local, han ido hecha generalmente bajo condicione inignificante de ocavación por contracción, por lo que ambo efecto deben coniderare en forma eparada al hacer la evaluación de la ocavación total.

37 Para alguno método, no e abe con certeza i deben uare valore medio o puntuale de parámetro como velocidad y profundidad del agua. Lo parámetro de entrada e obtienen puntualmente y correponden a valore repreentativo en el momento en que e hacen la medicione de campo, pero no repreentan la variacione que puedan ocurrir en un río a lo largo del tiempo. Lo método no tienen en cuenta el tiempo de duración de la avenida y el tiempo neceario para degradar el uelo, el cual e mayor en lo uelo coheivo. Lo reultado de la profundidad de ocavación pueden diferir batante de un autor a otro.

38 No hay uficiente evidencia obre la confiabilidad de lo método para calcular profundidade de ocavación en etribo, debido a que la ecuacione conideran báicamente el cao de etribo contruido en el cauce principal compueto por materiale aluviale. Lo método exitente para calcular la ocavación frecuentemente predicen un valor conervador con el objetivo de incorporar algún grado de eguridad en el dieño de un puente por contruir, o en la evaluación de un puente ya contruido. Sin embargo, ete factor de eguridad e deconocido y dede que haya incertidumbre iempre hay un factor riego aociado con un dieño. La profundidad de ocavación e una variable etocática pueto que depende de variable hidráulica como caudal, profundidad del flujo y velocidad que también lo on, ya que tienen aociada a ella una ditribución probabilítica. Sin embargo, la gran mayoría de la ecuacione para encontrar la profundidad de ocavación e baan en un enfoque determinítico en que todo lo parámetro involucrado e aumen conocido con certeza.

39 La ecuacione dan un orden de magnitud para que mediante el análii de toda la variable involucrada en el fenómeno, pueda decidire obre la elevacione de cimentación del puente.

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