Clase 15 Medidas de Proteccion

Temas Selectos de

Hidráulica FluvialDr. Arturo Rocha FelicesCLASE 15

INSTITUTO DE LA CONSTRUCCION Y GERENCIA - ICGEmail: [email protected] / Web: www.construccion.org

TEMAS SELECTOS DE

HIDRÁULICA FLUVIAL

EXPOSITOR:Dr. Arturo Rocha Felices

Consultor de Proyectos Hidráulicos

Clase 15

CAPÍTULO 5EROSION EN PILARES DE

PUENTESCONTENIDO

A. Fallas en puentes.

1. Morfología y dinámica fluvial

TEMAS SELECTOS DE HIDRÁULICA FLUVIAL

Aspectos hidráulicos en el diseño de puentes.

B. Cálculo de la profundidad de socavación.

C M did d t ió

2. El transporte sólido I

3. El transporte sólido II

4. Defensas con espigones

C. Medidas de protección. Comentarios sobre el manual de puentes.

D. Conclusiones y Recomendaciones.

5.5. Erosión en pilares de Erosión en pilares de puentespuentes

6. Sedimentación y purga de embalses

Temas Selectos de



MEDIDAS DE PROTECCIÓN. COMENTARIOS SOBRE EL

MANUAL DE PUENTES

1. Socavación en estribos

2. Medidas de protección

3. Comentarios sobre el Manual de Puentes

ESTRIBOSESTRIBOS

E S T R I B O SREDUCCIÓN DEL ANCHO

DEL RÍO

ESTO DEBE SER TOMADO EN CUENTA CUIDADOSAMENTE

4

VIDE

EL SISTEMA FUNCIONA COMO UNA CONTRACCIÓN Y UNA EXPANSIÓN.

Temas Selectos de



ESTRIBOSESTRIBOS

E S T R I B O SREDUCCIÓN DEL ANCHO

DEL RÍO

EROSIÓN LOCAL

SISTEMA DE VÓRTICES DURANTE LA SISTEMA DE VÓRTICES DURANTE LA EROSIÓN EN UN ESTRIBO (Martínez EROSIÓN EN UN ESTRIBO (Martínez

Marín y otros)Marín y otros)

Temas Selectos de



“REDUCCIÓN” DE COSTOS“REDUCCIÓN” DE COSTOS

Ocurre, a veces, que para “economizar”, se acorta la longitud del puente.

Esto produce aumento de la longitud de los terraplenes de acceso. Estrechamiento.

Los terraplenes resultan ubicados dentro del cauce fluvial (Invasión vial).

Grandes avenidas: el río busca recuperar su ancho.

Se produce la falla de la estructura.

CAMINO

Estrechamientos

TERRAPLENES

PUENTES

ENCAUZAMIENTOS

Terraplenes de aproximación

Luz entre pilares

Temas Selectos de



ESTRECHAMIENTO DE LA QUEBRADAESTRECHAMIENTO DE LA QUEBRADAMACHU PICCHUMACHU PICCHU

DIQUES DE GUÍA HACIA EL VANO DIQUES DE GUÍA HACIA EL VANO DE UN PUENTE (VIDE)DE UN PUENTE (VIDE)

Temas Selectos de



En general, la erosión en estribos se ha estudiado menos que la de los pilares.

FALLAS DE LOS ESTRIBOSFALLAS DE LOS ESTRIBOS

Administración de Carreteras de Estados Unidos.

(Estudio de 383 fallas de puentes)

El 25% se originó en los pilares, y

El 72% se originó en los estribos.

(Martínez Marín)

FACTORES QUE DETERMINAN LA FACTORES QUE DETERMINAN LA EROSIÓN EN ESTRIBOSEROSIÓN EN ESTRIBOS(según Martínez Marín)

La distribución granulométricaLa distribución granulométricaEl tamaño de los granosEl flujoLa longitud del estribo (es muy importante)L i li ió d l t ib t lLa inclinación del estribo con respecto a la corriente.La relación ancho/longitud del estribo.

Temas Selectos de



SE DEBE TOMAR EN CUENTA LA LONGITUD “a” DEL ESTRIBO MEDIDA NORMALMENTE A LA ORILLA.

LONGITUD DEL ESTRIBOLONGITUD DEL ESTRIBO (según Martínez Marín)

Corta

M di

a/y < 1 Si a/y es mayor de 25 la profundidad de

INTERESA PARTICULARMENTE LA RELACIÓN a/y.

Media

Larga

1 < a/y < 25

a/y > 25

25 la profundidad de socavación es

independiente de a/y

yS ( )a 0,40F

0,33

ESTRIBOS: FÓRMULA DE LIU ESTRIBOS: FÓRMULA DE LIU

Para

yyS = 1,1 ( )a

y,

F,

0 < a/y < 25

P

yyS 4,0 F

0,33 Para

a/y > 25 =

Temas Selectos de




MANUAL DE PUENTES



3. Comentarios sobre el Manual de Puentes

MEDIDAS DE PROTECCIÓN CONTRA LA MEDIDAS DE PROTECCIÓN CONTRA LA EROSIÓN LOCALEROSIÓN LOCAL

A. IMPEDIR O DISMINUIR EL DESARROLLO DE VÓRTICES

A t hid di á iAspectos hidrodinámicosEn la medida en la que el pilar tenga una forma más hidrodinámica, la profundidad de socavación será menor. (¿Cierto?)

BarrerasConstrucción de barreras aguas arriba. (Impedir o disminuir la formación de vórtices)

Temas Selectos de



ENSAYOS DE ENSAYOS DE GUPTAGUPTA

“ALA DELTA”“ALA DELTA”

PILAR

ALA DELTAALA DELTA

“Se ubica un elemento hidrodinámico tipo “ala delta” delante del pilar con el fin de disminuir la

Plata, Nalluri, etc.

delta delante del pilar con el fin de disminuir la acción ejercida por los vórtices de herradura sobre

el lecho…. Dicho elemento se ubicó siempre al nivel del lecho del canal.” (Gupta, A. K.)

Colocación de Rip-Rap


B. PROTECCIÓN DEL LECHO

p p

“Repisa” de concreto (yS < 6m)

Material más grueso que el del lecho

Elemento flexible (“mattress”), más Rip Rap

L = 0,3 yS cosΦ

Φ: Ángulo de reposo

Temas Selectos de



Colocación de Rip-Rap

MEDIDAS DE PROTECCIÓN CONTRA LA EROSIÓN LOCALMEDIDAS DE PROTECCIÓN CONTRA LA EROSIÓN LOCAL

B. PROTECCIÓN DEL LECHO

“Repisa” de concreto (yS < 6m)

Material más grueso que el del lecho Choi, Ann …

Experimentos de laboratorio

Elemento flexible (“mattress”), más Rip Rap

L = 0,3 yS cosΦ

Φ: Ángulo de reposo

Estudio experimental de Julián Aguirre y otros, sobre medidas de protección contra la

socavación en pilares circulares

20

Temas Selectos de




C. PROFUNDIZACIÓN DE PILARES Y ESTRIBOS

A tAspectos económicos

Evaluación del riesgo de falla

INDIA


MANUAL DE PUENTES



3 C t i b l M l3. Comentarios sobre el Manual de Puentes

Temas Selectos de



COMENTARIOS A LOS ASPECTOS DE HIDRÁULICOS DEL

MANUAL DE DISEÑO DE PUENTES MANUAL DE DISEÑO DE PUENTES DEL MINISTERIO DE TRANSPORTES YDEL MINISTERIO DE TRANSPORTES Y

COMUNICACIONES

Dirección General de Caminos y Ferrocarriles d l Mi i t i d T tdel Ministerio de Transportes y

Comunicaciones Aprobado por Resolución Ministerial

N° 589-2003-MTC/02 31 de julio del 2003.

El objetivo del Manual es:

“Definir las normas que rijan el diseño de las estructuras que conforman los puentes para

beneficio de los usuarios de la infraestructurabeneficio de los usuarios de la infraestructura vial”.

El Manual debe ser aplicado a nivel nacional y contiene:

24

“las normas técnicas fundamentales, pautas y lineamientos básicos para el

planeamiento, análisis y diseño de puentes”.

Temas Selectos de



COMENTARIOS SOBRE EL TÍTULO ICOMENTARIOS SOBRE EL TÍTULO I

Ingeniería Básica. Punto 1.2 Estudios de Hidrología e

Hidráulica.

AVENIDASAVENIDAS

Frecuencia de Avenidas

Probabilidad de ocurrencia de avenidas de

ESTUDIO

Óocurrencia de avenidas de una determinada

magnitud.

HIDROLÓGICO

Avenida de Diseño

Es la avenida que se va a DECISIÓN DEL

Mediciones, probabilidades

Es la avenida que se va a usar para dimensionar el proyecto y que tiene una determinada probabilidad

de ocurrencia.

PROYECTISTARiesgos aceptables,

etc.

Temas Selectos de



AVENIDA DE DISEÑOAVENIDA DE DISEÑOLa selección de la Avenida de Diseño es una decisión importante que corresponde al Jefe de Proyecto (con el equipo de diseño).

La Avenida de Diseño está asociada:Al Estudio HidrológicoAl comportamiento del tramo fluvial comprometido.A la sección en la que está el puente.A las socavaciones respectivas A la importancia y costo de la obra.A la calidad de la información básica

A los riesgos admisibles y sus consecuencias de todo orden (vidas humanas, comercio, seguridad nacional, etc.)

Al tipo de puente, y

A muchas otras consideraciones que no son materia del estudio hidrológico ni del hidráulico.

En realidad la “Avenida de Diseño” se ti d l i f ióescoge a partir de la información

hidrológica, pero en función de muchos otros factores.

Temas Selectos de



HIDROGRAMA DE DISEÑOHIDROGRAMA DE DISEÑO

En el Perú se ha venido considerando usualmente en los diseños un valor puntual p(el pico de la Avenida de Diseño, el máximo

valor instantáneo). Pero, en las zonas del Perú sujetas al

Fenómeno de El Niño (FEN), especialmente cuando por su magnitud tiene

características de Meganiño, se requiere de consideraciones especiales.

Avenida ordinaria

Avenida (FEN)

La diferencia no está únicamente en el

máximo instantáneo

LAS AVENIDAS ASOCIADAS AL FEN

Su larga duración,

El gran volumen descargado, y

LAS AVENIDAS ASOCIADAS AL FEN SE CARACTERIZAN POR:

La aparición de muchos picos.

Es decir, que la acción que sufrirá la estructura en un gran Niño es muy intensa.

Temas Selectos de



1972 1 270 MMC1 270 MMC

1983 9 700 MMC9 700 MMC

31

El contraste mayor se encuentra en las masas descargadas y no en los máximos

valores instantáneos alcanzados.

Máximo 1983 = 3200 m3/s

Máximo 1972 = 1600 m3/s

Masa 1983 = 9700 MMC

2:1

Masa 1983 = 9700 MMC

Masa 1972 = 1270 MMC8:1

Temas Selectos de



La aparición de un Tren de Ondas tiene grandes repercusiones en la deformación

del lecho fluvial, lo que obliga muchas veces a un estudio en modelo hidráulicoveces a un estudio en modelo hidráulico.

MODELOS HIDRÁULICOSLos modelos hidráulicos son de gran ayuda; a eces constit en el único modo de obtenera veces constituyen el único modo de obtener información útil. Los modelos matemáticos se

aplican en condiciones restringidas.

MATERIAL DE ESTUDIO Y MATERIAL DE ESTUDIO Y

DE LECTURA DE LECTURA

COMPLEMENTARIACOMPLEMENTARIA

http://www.postgrado-fic.org/

foros.construaprende.com

http://www.postgrado fic.org/

Temas Selectos de



OS Ó S

INSTITUTO DE LA CONSTRUCCIÓN Y GERENCIA

IV CONGRESO INTERNACIONAL DE LA CONSTRUCCIÓNDICIEMBRE 2008

EROSIÓN EN PILARESY ESTRIBOS DE PUENTES

Dr.- Ing. Arturo Rocha FelicesConsultor de Proyectos Hidráulicos

Versión Actualizada a Enero 2010 en Biblioteca Virtual ICG

Clase 15 Medidas de Proteccion

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