Informe Hidraulico y de Socavacion Puente Acae

ESTUDIOS HIDROLOGICO, HIDRULICO Y SOCAVACIN DEL PUENTE ACAE.

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ESTUDIO HIDROLGICO, HIDRULICO Y DE SOCAVACION

PUENTE ACA


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TABLA DE CONTENIDO

1.- OBJETO Y ALCANCE DEL ESTUDIO.............................................................. 3

2.- ESTUDIO HIDROLGICO ................................................................................. 4 2.1.- Anlisis de Precipitacin .................................................................................................................... 4

2.2.- Tiempo de Concentracin .................................................................................................................. 4

2.3.-Tormenta de Diseo. ........................................................................................................................... 5

2.4.-Estimacin del Caudal Mximo ......................................................................................................... 7

3.- ESTUDIO HIDRULICO .................................................................................. 10 3.1.- Investigaciones de Campo .................................................................................................................10

3.2.- Modelo HEC RAS ...........................................................................................................................11

3.3.- Estimacin del Coeficiente de Rugosidad del Cauce. .....................................................................11

3.4.- Perfil de Flujo ....................................................................................................................................13

4.- ESTUDIO DE SOCAVACIN .......................................................................... 15 4.1.- Caracterizacin del Sedimento del Lecho del Ro Aca. ...............................................................15

4.2.- Socavacin General. ..........................................................................................................................15

4.3.-Socavacin Local. ...............................................................................................................................16

4.4.-Socavacin Total. ................................................................................................................................16

6.- ANALISIS DE RESULTADOS ......................................................................... 17

6.1.-Problemtica General.........................................................................................................................17

6.2.- Anlisis y Acciones Recomendadas ..................................................................................................19

7.- CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ................................................... 20


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1.- OBJETO Y ALCANCE DEL ESTUDIO _________________________________________________________________________

El propsito del presente estudio, fue el de realizar los estudios Hidrolgicos, Hidrulicos y de Socavacin para la rehabilitacin del puente sobre el ro Aca aledao a la poblacin Simn Bolvar en el Departamento del Putumayo. La Figura 1.1 presenta la localizacin del puente.

Las coordenadas geogrficas donde se encuentra el puente son las siguientes:

Latitud: 0 34 16.68 N Longitud: 76 44 19.98 W

Con el fin de alcanzar el anterior objetivo, se realizaron los estudios hidrolgicos cuyo propsito fue el de determinar el caudal de diseo para el puente.

El estudio hidrulico tuvo como propsito el de establecer los niveles mximos del ro Aca que permitan establecer el glibo del puente y determinar los parmetros hidrulicos requeridos para adelantar los estudios de socavacin.

El estudio de socavacin busc identificar los diferentes fenmenos de socavacin que eventualmente se pueden presentar y que puedan afectar los elementos estructurales del puente; en trminos generales se estudiaron las socavaciones general y local.

A continuacin se presentan los criterios, procedimientos y resultados obtenidos en cada una de las actividades mencionadas.


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Figura 1.1: Localizacin del Puente sobre el ro Aca. Se aprecia la poblacin Simn Bolvar.

2.- ESTUDIO HIDROLGICO __________________________________________________________________

El propsito del estudio hidrolgico fue el de establecer el caudal mximo esperado para la creciente de diseo, la cual se fij a la correspondiente a un perodo de retorno igual a 100 aos.

2.1.- Anlisis de Precipitacin

Se revis la informacin hidrometeorolgica disponible en los archivos del IDEAM, identificndose que las estaciones ms cercanas a la cuenca del ro Aca son las que se presentan en la Tabla 2.1, cuya localizacin se presentan en la Figura 2.1.


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Tabla 2.1: Estaciones con Informacin.

Cdigo Tipo Nombre Lat. N Lon. W 4701022 PM El Picudo 031 7652

4701003 PM Pto Asis 031 7628

4701011 PM Pto Caicedo 042 7635

De acuerdo con el tipo de informacin disponible, se estableci la metodologa de establecer los caudales mximos, mediante el anlisis de los registros de precipitacin mxima, lo cual permite desarrollar las curvas de precipitacin duracin perodo de retorno y con base en estas aplicar el mtodo del hidrograma unitario al cual se le aplica la tormenta de diseo con el fin de obtener as la creciente esperada con el perodo de retorno adoptado para el diseo.

Se emple la tcnica de los Polgonos de Thissen para establecer la representatividad de las estaciones en la cuenca bajo estudio. En la Figura 2.1, se presenta la cuenca del ro Aca a la altura del puente, la localizacin de las estaciones y los polgonos de Thiessen. Como se aprecia, la estacin que mejor representa el comportamiento de la lluvia es la estacin El Picudo; en consecuencia sus registros de precipitacin mxima en 24 horas se analizaron desde el punto de vista estadstico.

De la estacin seleccionada, se ajust la serie anual de precipitacin mxima en 24 horas a una funcin de distribucin de probabilidad Gumbel Tipo I, a partir de la cual se estim la precipitacin mxima puntual en 24 horas con perodos de retorno entre 2.33 y 100 aos.

La Tabla 2.2 presenta la serie anual de precipitacin mxima en 24 horas de la estacin El Picudo.

La funcin Gumbel Tipo I obtenida para la Estacin El Picudo es la siguiente:

+=1

lnln527.0076.1

82.2287.112maxTr

TrP

Donde:

Pmax .- Precipitacin mxima en 24 horas en mm. Tr.- Perodo de retorno en aos.


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Figura 2.1: Cuenca del ro Aca; localizacin de las Estaciones recopiladas y Polgonos de Thiessen.


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Tabla 2.2: Serie Anual de Precipitacin Mxima en 24 horas. Estacin El Picudo.

Pmax 24h

orden (mm)

1 89.9

2 96.3

3 93.7

4 143.0

5 104.0

6 130.1

7 283.0

8 79.6

9 171.3

10 129.5

11 133.5

12 99.2

13 146.6

14 104.3

15 113.1

16 98.5

17 107.0

18 132.0

19 102.9

20 80.5

21 105.2

22 107.0

23 116.0

La precipitacin mxima puntual en 24 horas que se estim se presenta en la Tabla 2.3.


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Tabla 2.3: Estimacin de la Precipitacin Mxima en 24 horas

Tr (aos) Pmax(mm) 2.33 114.0

5 133.5

10 149.4

15 158.4

20 164.7

25 169.6

50 184.5

100 199.3

Con base en los estimativos de precipitacin mxima en 24 horas para diferentes perodos de retorno, se construyeron las curvas de Precipitacin Duracin Perodo de Retorno. Para lo anterior, se parti de los resultados encontrados por diversos investigadores como: B.M. Reich, D.M. Hershfield, L.L. Weiss y W.T. Wilson1 que han encontrado que las relaciones duracin lluvia obtenidas en Estados Unidos y otros pases, pueden ser aplicadas en otras regiones del mundo, cuyas localizaciones y climas son muy variados.

El Departamento Meteorolgico de los Estados Unidos (U.S. Weather Bureau) y otros estudios realizados, han concluido que: La lluvia de t minutos de duracin tiene un cociente o relacin estable con la lluvia de una hora y mismo perodo de retorno; al respecto, F.C. Bell reporta las siguientes relaciones para duraciones cortas, indicando que tales cocientes son independientes del perodo de retorno.

DURACIONES, EN MINUTOS 5 10 15 30 45 60 120

0.30 0.45 0.57 0.79 0.91 1.00 1.25

De otra parte, D.M. Hershfield y W.T. Wilson establecieron las siguientes relaciones entre la lluvia de 1 hora y la de 24 horas, cubriendo una amplia variedad de climas del mundo:

1 A.C. Goswami. Short Duration Rainfall Depth-Duration-Frequency Map of India. Proceedings of the

Second International Symposium in Hydrology. Fort Collins, Colorado, USA 1972.


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Nmero medio

de das con lluvia 1 8 16 24 al ao.

Relacin entre la

lluvia de 1 hora y 0.20 0.30 0.40 0.50 24 horas.

Utilizando las relaciones anteriores, se construyeron las curvas de Precipitacin Duracin Perodo de Retorno e Intensidad Duracin Periodo de Retorno la cuenca del rio Aca, obteniendo los resultados que se presentan en las Tablas 2.4 y 2.5.

Tabla 2.4: Curvas de Precipitacin Duracin Perodo de Retorno.

Duracin (min)

Tr (aos) 5 10 15 30 45 60 120 1440 2.33 14.4 26.5 33.6 45.7 52.8 57.8 70.0 113.4

5 16.9 31.1 39.4 53.6 61.9 67.8 82.0 132.8

10 18.9 34.8 44.1 60.0 69.3 75.8 91.7 148.7

15 20.0 36.9 46.7 63.6 73.4 80.4 97.2 157.6

20 20.8 38.3 48.6 66.1 76.3 83.6 101.1 163.9

25 21.4 39.5 50.0 68.0 78.6 86.1 104.1 168.7

50 23.3 42.9 54.4 74.0 85.5 93.6 113.2 183.5

100 25.2 46.4 58.8 80.0 92.4 101.1 122.3 198.3

Nota: Precipitacin en mm

Tabla 2.5: Curvas de Intensidad Duracin Perodo de Retorno.

Duracin (min)

Tr (aos) 5 10 15 30 45 60 120 1440 2.33 173.0 159.2 134.5 91.5 70.4 57.8 35.0 4.7

5 202.6 186.5 157.5 107.1 82.5 67.8 41.0 5.5

10 226.8 208.7 176.3 119.9 92.3 75.8 45.9 6.2

15 240.4 221.2 186.9 127.1 97.9 80.4 48.6 6.6

20 250.0 230.0 194.3 132.2 101.8 83.6 50.6 6.8

25 257.3 236.8 200.0 136.1 104.8 86.1 52.0 7.0

50 280.0 257.6 217.6 148.0 114.0 93.6 56.6 7.6

100 302.4 278.3 235.1 159.9 123.1 101.1 61.2 8.3

Nota: Intensidad en mm/h


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2.2.- Tiempo de Concentracin

El tiempo de concentracin de la cuenca se estableci utilizando los criterios de Kirpich, US Army, Kerby y SCS los cuales se pueden expresar como sigue:

Criterio de Kirpich:

385.0

155.1

066.0HLTc =

donde:

Tc : tiempo de concentracin en horas. L : longitud del cause principal en Km. H : desnivel total del cause principal en Km.

Criterio del US Army:

31

5.0)1.1(707.0S

LCTc

=

Donde:

Tc.- tiempo de concentracin en min. C.- coeficiente de escorrenta. L.- longitud del cause principal en m. S.- pendiente media del cauce principal en m/m. Criterio de Kerby:

467.0

2144.1

=

S

mLTc

Donde:

Tc.- tiempo de concentracin en min. m.- coeficiente que depende de la superficie. L.- longitud del cause principal en m. S.- pendiente media del cauce principal en m/m.


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La Tabla 2.6 presenta los parmetros medidos de la cuenca y el tiempo de concentracin obtenido.

Tabla 2.6: Clculo del Tiempo de Concentracin.

L(m)= 45402.8

S(m/m)= 0.00938

C = 0.35

m = 0.75

a = 0.7

Kirpich = 7.5 h

Kerby = 9.3 h

US FAA = 8.9 h

SCS = 186.0 h

Adoptado = 9 h

De acuerdo con los resultados obtenidos se adopt un tiempo de concentracin igual a 9.0 h, cercano al promedio de los tiempos obtenidos con los criterios de Kerby y US FAA; en consecuencia para la tormenta de diseo se adopt una duracin igual al tiempo de concentracin obtenido (9h), con el fin de garantizar que toda el rea aportara para el caudal mximo estimado.

2.3.-Tormenta de Diseo.

A partir de las curvas de Precipitacin Duracin Perodo de Retorno, se obtuvieron las precipitaciones totales considerando la duracin adoptada (9.0 h) y un perodo de retorno igual a 100 aos (Ver Tabla 2.7).

La precipitacin mxima puntual se afect por un factor, con el propsito de tener en cuenta el efecto de la distribucin espacial de la lluvia. Este factor se adopt de las curvas generalizadas que se han obtenido como resultado del estudio de muchas tormentas en el mundo, obteniendo la siguiente funcin para el rea de la cuenca (206.6 Km2).

( ) 7395.00754.0 += DLnf


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Donde:

D.- duracin en horas.

De otra parte, la precipitacin efectiva se obtuvo a partir del hietograma obtenido, calculando las abstracciones segn el mtodo propuesto por el U.S. Soil Conservation Service2, para lo cual se adopt un nmero de curva N igual a 70.

El mtodo del U.S. Soil Conservation Service se puede expresar de la siguiente manera:

+

+

=

2.20320320

8.5050802

NP

NP

Pe

Donde:

Pe.- Precipitacin efectiva en mm. P.- Precipitacin en mm. N.- Nmero de curva.

Con base en las precipitaciones mximas as obtenidas se construyeron las tormentas de diseo generando el histograma, teniendo en cuenta la distribucin propuesta por F. A. Huff3 para el segundo cuartil, con el 50% de la probabilidad. La Tabla 2.7 presenta los resultados obtenidos.

2 V. T. Chow, D. R. Maidment, L. W. Mays Applied Hydrology Art 5.5. Mc. Graw Hill 1988

3 F. A. Huff, Time Distribution of Rainfall in Heavy Storms Water Resources Research. Vol3, No.4 1967.


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Tabla 2.7: Tormenta de Diseo (Tr = 100 aos)

T(h) P(mm) Pe(mm) H(mm) H(mm) 0.8 66.3 12.9 12.9 6.8

1.5 87.4 24.7 11.8 11.8

2.3 100.8 33.3 8.6 12.9

3.0 110.8 40.0 6.8 8.6

3.8 118.8 45.7 5.7 5.7

4.5 125.5 50.6 4.9 4.9

5.3 131.3 54.9 4.3 4.3

6.0 136.3 58.8 3.9 3.9

6.8 140.9 62.3 3.5 3.5

7.5 145.1 65.5 3.2 3.2

8.3 148.8 68.4 3.0 3.0

9.0 152.3 71.2 2.8 2.8

2.4.-Estimacin del Caudal Mximo

El caudal mximo se obtuvo aplicando el hietograma de precipitacin efectiva obtenido, al hidrograma unitario triangular, estimado mediante el mtodo propuesto por el U. S. Soil Conservation Service, cuyos parmetros bsicos son:

Qp = 0.208 A Pe / tp tp = D/2 + tr tr = 0.6 Tc Tb = 2.67 tp Donde:

Qp : caudal pico en m3/s A : rea de la cuenca de drenaje en Km2 Pe: precipitacin efectiva en mm tp: tiempo al pico del hidrograma unitario en h D: duracin de la tormenta de diseo en h tr: tiempo de retardo en h Tc: tiempo de concentracin en h Tb: tiempo base del hidrograma

Segn lo anterior, se determin el hidrograma unitario con una precipitacin unitaria de 1 mm y 0.8 horas de duracin, obteniendo el hidrograma unitario que se presenta en la Tabla 2.8. De acuerdo con lo anterior, se aplic la tormenta de


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diseo al hidrograma unitario, obteniendo la creciente que se presenta en la Tabla 2.9.

Tabla 2.8: Hidrograma Unitario.(Tr=100 aos)

t(h) Q(m3/s)

0.0 0.00

0.8 0.93

1.5 1.86

2.3 2.79

3.0 3.72

3.8 4.65

4.5 5.58

5.3 6.51

6.0 7.44

6.8 6.87

7.5 6.30

8.3 5.72

9.0 5.15

9.8 4.58

10.5 4.01

11.3 3.43

12.0 2.86

12.8 2.29

13.5 1.72

14.3 1.14

15.0 0.57

15.8 0.00


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Tabla 2.9: Creciente (Tr = 100 aos).

t(h) Q(m3/s)

0.8 0.0

1.5 6.3

2.3 23.6

3.0 52.9

3.8 90.1

4.5 132.6

5.3 179.7

6.0 230.7

6.8 285.4

7.5 333.1

8.3 366.1

9.0 382.5

9.8 388.5

10.5 386.1

11.3 376.3

12.0 360.0

12.8 338.0

13.5 310.6

14.3 278.5

15.0 241.9

15.8 201.1

16.5 160.4

17.3 123.5

18.0 93.4

18.8 70.6

19.5 52.8

20.3 38.2

21.0 26.4

21.8 17.1

22.5 10.0

23.3 4.9

24.0 1.6

24.8 0.0


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De acuerdo con lo anterior, se obtuvo un caudal mximo igual a 388.5 m3/s que corresponde a un perodo de retorno de 100 aos.

3.- ESTUDIO HIDRULICO

El propsito bsico del Estudio Hidrulico fue el de obtener los Niveles Mximos generados en el ro Aca por el paso de la creciente de diseo, teniendo en cuenta las condiciones generadas por el puente existente.

Para lo anterior, se parti de la informacin topogrfica generada en campo y de los resultados del Estudio Hidrolgico. A partir de la informacin topogrfica se tomaron 7 secciones transversales.

Se utiliz el modelo HEC RAS para el clculo de los perfiles de la superficie del agua, cuyos parmetros hidrulicos requeridos por el modelo, se estimaron con base en las observaciones de campo y en los resultados obtenidos en el estudio hidrolgico, del cual se adopt como caudal de diseo el correspondiente al perodo de retorno de 100 aos (388.5 m3/s).

A continuacin se describen las investigaciones de campo adelantadas, los clculos realizados y los resultados obtenidos.

3.1.- Investigaciones de Campo

Adems de los levantamientos topogrficos, se realizaron inspecciones visuales del cauce con el propsito de establecer su conformacin y tipos de materiales tanto en el cauce, como en las mrgenes. Las observaciones obtenidas fueron involucradas para establecer los parmetros bsicos del modelo hidrulico, como se comenta a continuacin.


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3.2.- Modelo HEC RAS

Para el clculo del perfil del agua generado por el caudal de diseo, se utiliz el modelo HEC Ras el cual es una versin para windows del modelo HEC 2, desarrollado por el U. S. Army Corps of Engineers.

El programa calcula perfiles de la superficie del agua para flujos gradualmente variados, tanto en cauces naturales como en canales artificiales. Est en capacidad de calcular perfiles para flujos subcrtico y supercrtico, considerando los efectos de la presencia de obstrucciones tales como: puentes, alcantarillas, vertederos y estructuras en las planicies de inundacin.

El procedimiento bsico de clculo del perfil, es el conocido como estndar por pasos el cual resuelve la ecuacin de la energa entre dos secciones transversales del ro, estimando las prdidas de energa debidas a la friccin, mediante la ecuacin de Manning y las prdidas de energa debidas a cambios en las seccin del canal y/o a la presencia de obstrucciones, como un porcentaje de la carga de velocidad.

3.3.- Estimacin del Coeficiente de Rugosidad del Cauce.

Para la estimacin de los coeficientes de rugosidad del cauce, se utiliz la observacin de que el lecho est compuesto por arenas limosas cuyo tamao caracterstico es D = 0.42 mm.

Segn lo anterior, se estim en primer lugar el valor de la rugosidad del cauce por efecto del tamao de las partculas, mediante la aplicacin del criterio de Strickler el cual se puede expresar como:

Strickler: 0365.24

61

65Dno =

Donde: -.no es la rugosidad del cauce por efecto del tamao de las partculas. -.D es el dimetro representativo del sedimento, donde el subndice

indica el porcentaje en peso que pasa por un tamiz del tamao de la partcula especificada en m.


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Teniendo en cuenta lo anterior, se obtuvo el siguiente valor: no = 0.011

De otra parte se tuvieron en cuenta los dems factores que inciden en el valor del coeficiente de rugosidad del cauce, utilizando para ello el procedimiento de Cowan4, en el cual se expresa el coeficiente de rugosidad total como:

( ) 54321 mnnnnnn o ++++=

Donde:

n .- coeficiente de rugosidad total. n0.- coeficiente de rugosidad debido al tamao del sedimento. n1.- coeficiente de rugosidad debido al grado de irregularidad del cauce. n2.- coeficiente de rugosidad debido a las variaciones en la seccin del cauce. n3.- coeficiente de rugosidad debido al efecto relativo de las obstrucciones en el

cauce. n4.- coeficiente de rugosidad debido al efecto de la vegetacin. m5.- efecto de la presencia de meandros.

Los anteriores valores se estimaron obteniendo los siguientes resultados:

n0 0.011

n1 0.005

n2 0.005

n3 0.008

n4 0.010

m5 1.15

n 0.045

De acuerdo con lo anterior, la rugosidad del cauce se model utilizando un valor igual a 0.045.

Para las orillas y llanuras de inundacin se adopt un valor de 0.10, teniendo en cuenta la cobertura vegetal existente.

4 V. T. Chow. Open Channel Hydraulics. Art. 5-8.


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3.4.- Perfil de Flujo

Teniendo en cuenta la geometra del puente, se realiz la modelacin mediante el programa Hec-Ras, y se corri el modelo con el caudal de diseo (Tr=100 aos). Para lo anterior, se procedi a introducir las secciones transversales obtenidas de la topografa y los coeficientes de rugosidad establecidos al modelo HEC-RAS. As mismo se definieron para las secciones transversales, coeficientes de contraccin igual a 0.1 y de expansin igual a 0.3.

Para el clculo del perfil, se verific primero si el flujo era de carcter subcrtico o supercrtico mediante simulaciones previas. Se estableci en las fronteras tanto de aguas arriba como de aguas abajo, la condicin de flujo normal con un gradiente de energa igual a 0.001 m/m, correspondiente a la pendiente media del cauce en el sector bajo estudio.

El perfil de flujo para la condicin de diseo (Tr=100 aos) se presenta en la Tabla 3.1

Tabla 3.1: Perfil generado por el Paso de la Creciente de Diseo (Q=388.5 m3/s).

Seccin Q Total Cota Min. Cota Agua Yc V F

(m3/s) Canal (m) (m) (m) (m/s)

7 388.5 275.00 282.35 279.02 1.93 0.27

6 388.5 275.00 282.23 2.28 0.33

5 388.5 275.00 282.35 277.72 1.19 0.16

4.5 Bridge

4 388.5 276.00 282.20 1.86 0.28

3 388.5 276.18 282.19 1.74 0.28

2 388.5 276.18 282.15 1.84 0.28

1 388.5 276.17 282.14 279.36 1.78 0.28

Como se observa de los resultados obtenidos, el flujo es de carcter subcrtico, con una velocidad entre 1.19 m/s, y 1.86 m/s; el nivel mximo esperado es de 282.35 msnm; teniendo en cuenta que la rasante del puente en promedio est en la cota 285.00 msnm y que las vigas no superan los 1.0 m de altura, se puede concluir que el puente tiene un glibo suficiente (del orden de 1.65 m), aunque algo limitado teniendo en cuenta la gran cantidad de objetos flotantes que bajan por el cauce (Ver Fotos 1 y 2).


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Foto 1 y 2: Vista de los Objetos Flotantes que se Observan Bajar por el Cauce del ro Aca.


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4.- ESTUDIO DE SOCAVACIN

El propsito del estudio de socavacin fue el de identificar los diferentes tipos de socavacin que se pueden presentar en el puente existente en el ro Aca.

El estudio parti de los resultados obtenidos en el estudio hidrolgico e hidrulico y de la informacin obtenida en el campo.

4.1.- Caracterizacin del Sedimento del Lecho del Ro Aca.

Como resultado de la observacin de los materiales que conforman las orillas y lecho del ro Aca, se observaron algunas gravas y cantos sobre la orilla izquierda, pero que aparentemente fueron llevados hasta all de manera artificial. De otra parte se observ en el resto del cauce tanto en la seccin del puente as como aguas arriba y abajo, que el material que conforma el lecho es una arena limosa de tamao medio. En consecuencia se adopt un tamao caracterstico igual a 0.42 mm.

4.2.- Socavacin General.

Considerando el tipo de material que conforma el lecho, se seleccionaron los criterios de Abbott y Lacey para la estimacin de la socavacin general del lecho.

Dichos criterios se pueden expresar de la siguiente manera:

Criterio de Abbott:

24.0

32.1

=

TQDs

Criterio de Lacey:

31

47.060.0

= f

QxDs

Donde:


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Ds.- descenso del lecho por efecto de la socavacin general en m. Q.- caudal en m3/s. T.- ancho del flujo en m. f.- factor que depende del tamao del sedimento, el cual se calcula mediante la

ecuacin:

5.076.1 Df = D.- dimetro del tamao caracterstico del sedimento en mm.

Al aplicar los anteriores criterios, se obtuvo que el descenso del lecho es del orden de 2.15 m.

4.3.-Socavacin Local.

Teniendo en cuenta que las pilas estn compuestas por dos columnas de 0.4 m de dimetro, se estim la socavacin local mediante el criterio de Jain el cual se puede expresar:

( ) 25.03.0

84.1 cFbd

bDs

=

Donde:

Ds.- descenso del lecho en m. b.- ancho de la pila en m. d.- profundidad del flujo en m. Vc.- velocidad crtica para el tamao caracterstico en m/s Fc.- numero de Froude calculado con la velocidad crtica.

Al considerar que el tamao caracterstico del sedimento es 0.42 mm, se obtiene que la velocidad crtica es igual a Vc = 1.7 m/s; as mismo al considerar un ancho para las pilas de 0.40 m, se obtiene que el descenso del lecho es igual a: Ds = 1.21 m.

4.4.-Socavacin Total.

De acuerdo con lo anterior, las pilas del puente podran sufrir una socavacin total de una magnitud igual a: 2.15 + 1.21 = 3.36 m.


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6.- ANALISIS DE RESULTADOS _________________________________________________________________________

El propsito de este anlisis de resultados es el de contrastar los resultados obtenidos con la problemtica que reportada el puente y como resultado de lo anterior, obtener las acciones recomendadas para afrontar la rehabilitacin del puente.

6.1.-Problemtica General.

Existen reportes o testimonios de pobladores que dicen haber observado movimientos verticales de algunas de las pilas producido por el paso de camiones, como si las pilas se hubiesen socavado y algunas hayan perdido su soporte en el suelo de cimentacin.

Al parecer este tipo de fenmeno motiv la construccin de zapatas de concreto en las tres primeras pilas (de la orilla izquierda a la orilla derecha), que buscaban bsicamente darle apoyo superficial a aquellas que aparentemente evidenciaron el fenmeno de movimientos verticales.

Las Foto 3 y 4 presenta la forma de las zapatas mencionadas, las cuales tienen una forma de punta de diamante, con dimensiones aproximadas de 4.0 m de longitud y 1.3 m de ancho.

Es importante anotar que la direccin del eje de las zapatas construidas no concuerda con la direccin del flujo; es decir que el flujo pasa oblicuamente formando un ngulo de 39, lo cual expone la zapata ante el flujo en un ancho de 2.51 m, en lugar de los 1.3 m de ancho de la zapata, lo que aumenta la socavacin local que esta puede producir.

Las empalizadas que se observaron en campo, pueden exacerbar los niveles de socavacin esperados.

Durante las exploraciones de campo, se busc verificar el movimiento vertical de las pilas reportado por los pobladores aprovechando el paso de las tracto mulas que normalmente transitan por el puente. No se hizo la medicin sistemtica de la deformacin en cada una de las pilas por la limitacin en la disponibilidad del camin; sin embargo se pudo comprobar que por lo menos en una de las pilas se produjo una deformacin vertical de 9 cm que se produce cuando se aplica la carga y se recupera una vez la carga se haya anulado.


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Fotos 3 y 4: Conformacin de las Zapatas Construidas a las Primeras 3 Pilas de la Orilla Izquierda.


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6.2.- Anlisis y Acciones Recomendadas

Si se tiene en consideracin la evidencia de que a) las zapatas de las tres primeras pilas se construyeron para brindar soporte superficial a la estructura, porque aparentemente se haban socavado y perdido el apoyo sobre el suelo de cimentacin y b) que por lo menos en una de las pilas medidas durante el paso de un camin se evidenci una deformacin de 9 cm que se recuper despus de haber pasado el vehculo, se concluye que:

Al parecer las pilas se socavan perdiendo la capacidad de soportar carga por friccin, pero conserva la posibilidad de soportar carga por punta, teniendo en cuenta que una vez que se deforma verticalmente debe entrar en contacto con el suelo desarrollando esta capacidad aunque sea de manera parcial.

Es evidente que no todas las pilas se encuentran en la misma situacin porque de otra manera se hubiesen evidenciado grandes deformaciones en el puente o hubiese fallado; sin embargo no es posible evidenciar que pila se encuentra en un estado adecuado y cual definitivamente requiere refuerzo.

Teniendo la magnitud de la socavacin que potencialmente se puede generar (general ms local del orden de 3.4 m), es evidente que el soporte superficial brindado por las zapatas construidas, tender a perderse en la medida en que la socavacin se genere; por lo tanto las zapatas no pueden ser consideradas como una solucin de largo plazo sino que deben ser consideradas como una accin de emergencia.

Aunque es casi seguro que algunas pilas cuentan con un apoyo relativamente adecuado, no es posible identificar cuales y por lo tanto se recomienda reforzar la cimentacin de todas.

Es importante no dejar almacenar los troncos y dems objetos flotantes que tienden a formar empalizadas al enredarse con las pilas del puente, porque estas exacerban los niveles de socavacin.

Como resultado de lo anterior se recomienda reforzar la cimentacin de las pilas mediante el hincado de pilotes alrededor de cada pila, los cuales mediante un elemento metlico debern recibir la carga de la pila y transferirla al suelo. Para lo anterior se deber tener en cuenta que el nivel de socavacin puede alcanzar los 3.4 m.


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7.- CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

De acuerdo con los estudios realizados, se establecen las siguientes conclusiones y recomendaciones:

1.- De acuerdo con el estudio hidrolgico, el caudal con perodo de retorno de 100 aos que se puede esperar a la altura del Puente existente sobre el ro Acae es igual a 388.5 m3/s.

2.- El nivel mximo esperado para la creciente de diseo es de 282.35 msnm; teniendo en cuenta que la rasante del puente en promedio est en la cota 285.00 msnm y que las vigas no superan los 1.0 m de altura, se puede concluir que el puente tiene un glibo suficiente (del orden de 1.65 m), aunque algo limitado teniendo en cuenta la gran cantidad de objetos flotantes que bajan por el cauce (Ver Fotos 1 y 2).

3.- Como se observa de los resultados obtenidos, el flujo es de carcter subcrtico (0.16


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8.- Aunque es casi seguro que algunas pilas cuentan con un apoyo relativamente adecuado, no es posible identificar cuales y por lo tanto se recomienda reforzar la cimentacin de todas.

9.- Es importante no dejar almacenar los troncos y dems objetos flotantes que tienden a formar empalizadas al enredarse con las pilas del puente, porque estas exacerban los niveles de socavacin.

10.-Como resultado de lo anterior se recomienda reforzar la cimentacin de las pilas mediante el hincado de pilotes alrededor de cada pila, los cuales mediante un elemento metlico debern recibir la carga de la pila y transferirla al suelo. Para lo anterior se deber tener en cuenta que el nivel de socavacin puede alcanzar los 3.4 m.

Ing. Alejandro Durn Osorno M. en I. Aprovechamientos Hidrulicos Cel: 315 257 04 29

Informe Hidraulico y de Socavacion Puente Acae

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