sedimento puentes

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HIDRULICA FLUVIAL: PROCESOS DE EROSIN Y SEDIMENTACIN, OBRAS DE CONTROL Y GESTIN DE ROSHector Daniel Farias, Jos Daniel Brea, Carlos Marcelo Garca (Editores)

Memorias del Quinto Simposio Regional sobre HIDRULICA DEROSSantiago del Estero, Argentina. 2-4 Noviembre de 2011

ISBN 978-987-1780-05-1 (Libro + CD-ROM)

AVANCES EN LA HIDRULICA Y SEDIMENTOLOGA DE PUENTES:EL CASO DELPUENTE SOBRE EL RO SANTA LUCIA (URUGUAY)

Guillermo Lpez, Christian Chreties y Nicols Failache

Instituto de Mecnica de los Fluidos e Ingeniera Ambiental, Facultad de Ingeniera, Universidad de la Repblica, UruguayJulio Herrera y Reissig 565, Montevideo, Uruguay. +598 2 711 33 86 (217)

[email protected]; [email protected]; [email protected]

RESUMEN

En este artculo se presentan avances metodolgicos en el diseo hidrulico y sedimentolgico en el diseo de unpuente y los resultados que surgen de un caso de estudio. La herramienta fundamental para determinar losdistintos parmetros hidrulicos y fluviales utilizados en el diseo del puente es el desarrollado de un modelohidrolgico y un modelo hidrodinmico no estacionario del flujo a lo largo de un tramo de ro (47 km delongitud) que incluye la zona de emplazamiento del nuevo puente proyectado. Entre los criterios de diseo seencuentran los resultados de profundidad de erosin por contraccin y local en la seccin del puente. El estudiode la socavacin local se efectu siguiendo la metodologa clsica (HEC 18). A su vez se agregaron otrasmetodologas de clculo de socavacin local para tener ms elementos que permitan interpretar los resultados.Entre las conclusiones se destaca que para el clculo de la erosin local en las pilas es relevante la diferencia deconsiderar mtodos de estimacin de la evolucin temporal bajo condiciones estacionaras y no estacionariasrespecto a considerar la profundidad de erosin mxima final, obteniendo resultados acordes a la realidad decuencas donde las variaciones temporales son relevantes.

ABSTRACT

In this paper, an integrated (hydraulic and sedimentologic) methodology approach in the bridge design and astudy case are presented. The study is based on the development of a hydrological and hydrodynamic model ofthe river stream (47 km long) where the bridge is placed. The contractions and local scour are estimated andincluded in the bridge design criteria. The local scour estimation is based on the usual methodology proposed byHEC 18. However, other methodologies to estimates the local scour depth evolutions are included. In theconclusion is remarked that in local scour bridge foundation studies is important to consider mythologies of localscour depth evolution under steady an unsteady flow conditions in additions to estimation of maximum scourdepth, particularly in cases where the basin conditions implies significant variations in time of hydraulic

parameters.


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INTRODUCCIN

La Ruta 11 forma parte de un importante corredor vial vertebral del Eje de Integracin yDesarrollo MERCOSUR-Chile que en Uruguay lo integran las Rutas 1, 11, 8, 17, 18 y 26. En

la rbita nacional la Ruta 11 es una carretera que sirve al trnsito transversal permitiendo laconectividad OesteEste, pero a su vez en lo referente al trnsito internacional permite laconexin de Argentina con Brasil mediante el denominado corredor Ro Branco-Colonia-FrayBentos. La actual ruta atraviesa la ciudad de Santa Luca y cruza el ro del mismo nombremediante un puente proyectado como sumergible, del ao 1955, con una estructura angosta ydimensionada para un tren de cargas inferior al actual. A esta problemtica se le suma queestos tramos de accesos al ro Santa Luca incluyen dos cruces sobre la va frrea, uno de loscuales es sumergible ante las crecidas de un afluente a dicho ro.

Desde 1974 se encuentra planteada una variante de trazado a la Ruta 11 en las proximidadesde la ciudad de Santa Luca (proyecto de la consultora W. Hill y Asociados) que en 1986 fueactualizada por la Direccin Nacional de Vialidad del Ministerio de Transporte y ObrasPblicas (en adelante DNV-MTOP) agregando un pasaje a desnivel sobre la va frrea. Estenuevo trazado se sita al Norte de la ciudad de Santa Luca incluyendo un puente sobre el roSanta Luca de aproximadamente 750 m.

El presente artculo presenta la metodologa y resultados obtenidos en el estudio hidrolgico,hidrulico y sedimnetolgico del nuevo puente proyectado sobre el ro Santa Luca en lavariante de trazado de la Ruta 11 en las proximidades de la ciudad de Santa Luca. Como

parte del estudio se pretenda confirmar el emplazamiento, esviaje y longitud del nuevo puentede la Ruta 11 sobre el Ro Santa Luca.

METODOLOGA

Como herramienta bsica se han desarrollado un modelo hidrolgico y un modelohidrodinmico no estacionario del flujo a lo largo de un tramo de ro de 47 km. que incluye lazona de emplazamiento del nuevo puente proyectado. Estos modelos han sido la herramientafundamental para determinar los distintos parmetros hidrulicos y fluviales utilizados en eldiseo del puente.

El esquema general de cuencas de aporte a los trechos de ro modelados fue determinadoutilizando el modelo numrico de terreno global SRTM con una resolucin aproximada de 80metros. En la Figura 1 se presenta dicho esquema y en la Tabla 1 se presentan los valores derea determinados para cada cuenca.


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Paso Pache

Paso Severino

Santa Luca25 de Agosto

Aguas Corrientes

A g u a s C o r r i e n t e s

C u e n c a I n c r e m e n t a l S a n t a L u c a

A r r o y o d e l a V i r g e n

P a s o P a c h e

P a s o S e v e r i n o

C a n e l o n G r a n d e

R o a M o d e l a r

5 0 0 5 0 K i l o m e t e r s

S

N

EW

Figura 1.- Esquema de cuencas de aporte.

Tabla 1.- rea de las cuencas de aporteCategora Area (km2)

Paso Pache, Ro Santa Luca en Ruta 5 4919Paso Severino, Ro Santa Luca Chico 2485Arroyo de la Virgen 514Cuenca incremental Santa Luca 445Arroyo Caneln Grande 724

Para la implementacin de los modelos fueron recopilados datos hidromtricos de 6estaciones existentes en los tramos modelados. Adems, se realiz un relevamiento plani-altimtrico de 13 secciones transversales en los ros Santa Lucia, Santa Lucia Chico y arroyode la Virgen para describir la topografa de los cauces en el modelo hidrodinmico y se

realizaron cateos de suelo en el sitio del emplazamiento proyectado del nuevo puente de Ruta11 para caracterizar la granulometra del material de fondo y planicie del ro. En funcin dedicha clasificacin granulomtrica, y utilizando los resultados del modelo hidrodinmico, serealizo el estudio de la erosin por contraccin en el cauce y socavacin local de pilas yestribos para el puente proyectado.

Los caudales picos del hidrograma asociados a los distintos periodos de retorno se obtuvieronen base a un anlisis estadsticos de los caudales mximos diarios anuales en la estacin 133.0en el puente actual de Ruta 11 sobre el Santa Luca. El anlisis estadstico se realizo en base alajuste de la distribucin de frecuencias de eventos extremos GEV (Generalized Extreme

Values, Coles 2001) mediante el mtodo de mxima verosimilitud. Para determinar la formadel hidrograma de diseo, asociado a determinado perodo de retorno en la zona donde seimplantar el puente en cuestin, fueron analizados los hidrogramas de crecidas observados enla estacin 133.0.

Para el modelo hidrodinmico no estacionario se utiliz el software libre HEC-RAS 3.1.3 delU.S. Army Corps of Engineering. Este software resuelve de las ecuaciones de flujo asuperficie libre no estacionario unidireccional (Ecuaciones de Saint-Vennant), mediante unesquema numrico de diferencias finitas.

Una vez implementado, calibrado y verificado el modelo hidrodinmico se analizaron lasconsecuencias hidrulicas de distintas alternativas de longitud de puente para diferentes


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escenarios de crecidas. Los criterios de diseo se basan en: 1) el anlisis de las afectaciones enlos niveles de agua y consecuentemente en las reas inundadas de la obra sobre las localidadesaledaas, en particular sobre la localidad de 25 de Agosto; 2) el comportamiento de lasvelocidades del agua en el curso, y dentro del puente y 3) los resultados de erosin porcontraccin y local en la seccin del puente. Complementariamente se presentan

recomendaciones para la proteccin de la estructura frente a los efectos de erosin local enpilas y estribos del puente. En resumen, el criterio de diseo es evaluar para distintos eventosde crecida las distintas alternativas de puentes (longitud, esviaje y altura) comparando losdistintos parmetros hidrulicos y fluviales.

Los clculos de socavacin tienen dos propsitos fundamentales: (1) incorporar a laprofundidad de erosin por contraccin como variable en la determinacin delemplazamiento, esviaje y longitud del nuevo puente proyectado sobre el ro Santa Luca en lavariante de trazado de la Ruta 11; (2) cuantificar el efecto de la socavacin local y estudiarmedidas preventivas frente a este fenmeno. Para el abordaje del primer propsitocorresponde cuantificar la profundidad de erosin por contraccin debido a que es estacomponente de la erosin la que resulta ms sensible a las distintas alternativas de puentes. Enel segundo, es importante cuantificar la profundidad de erosin local tanto en los estriboscomo en las pilas del puente y eventualmente disear elementos de mitigacin de la erosinlocal.

El estudio de la socavacin y de las medidas contra la socavacin local se efectu siguiendo lametodologa propuesta en el manual HEC 18. A su vez se agregaron otras metodologas declculo de socavacin local para tener ms elementos que permitan interpretar los resultados.

En funcin de que los hidrogramas de crecidas tiene un tiempo base limitado, se ajusto la

estimacin de la profundidad de la erosin local en pilas con dos metodologas de evolucintemporal de profundidad de erosin local. En primer lugar se consider la profundidad deerosin local que surge de la metodologa de la evolucin temporal bajo condicionesestacionarias propuesta por Oliveto y Hager (2002) durante un tiempo igual al tiempo pico delhidrograma. En segundo lugar, se consider la profundidad de la erosin local que surge de laevolucin temporal bajo hidrogramas escalonados propuesta por Lpez et al (2006) y Lpez etal (2010).

A partir del anlisis de las tres metodologas de estimacin de erosin local se realizan lasrecomendaciones en cuanto al diseo de la fundacin del puente.

RESULTADOS

Modelacin hidrolgica y estadstica

Los resultados del ajuste de la distribucin de frecuencias de eventos extremos GEV para laserie de caudales mximos diarios anuales en la estacin del puente actual de Ruta 11 sobre elro Santa Luca se presentan en la Figura 2.


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0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

35000

1 10 100 1000Periodo de retorno

Caudal(m3/s)

Intervalos de confianza del 95%

Distribucin GEV

Valores obsrvados

Figura 2.- Ajuste estadstico de los caudales mximos en la estacin Ruta 11 cdigo 133.0 de DINAGUA

La amplitud del intervalo de confianza de los caudales para perodos de retorno altos se debe,en gran medida, a que stos son determinados a partir de solo 24 aos de datos. Este error fuecuantificado con series de datos hidromtricos de mayor extensin donde se verific que loscaudales de este anlisis son algo conservadores.

Los hidrogramas adimensionalizados por su caudal pico, centrados y graficados para observarlas caractersticas principales de los eventos extremos, se presentan en la Figura 3, donde se

puede observar la similitud entre los parmetros: tiempo base, tiempo al pico, pendiente de lasramas ascendentes y descendentes. A partir de este resultado se opt por tomar comohidrograma de diseo adimensional el de abril de 1990, individualizado en rojo en la Figura 3,ya que se considera como el que presenta el comportamiento promedio de todos loshidrogramas.

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

0/ 01/ 1900 2/ 01/ 1900 4/ 01/ 1900 6/ 01/ 1900 8/ 01/ 1900 10/ 01/ 1900

Apr-90 Oct-91 Oct-93 Dec-93 Sep-94 Dec-97 Jul-98 Jan-99

Feb-99 Jun-99 Jul-99 May-00 May-00 Jul-00 Jun-01 Oct-01

Mar-02 Mar-02 Jun-03 Sep-03 Nov-03 Oct-04

Figura 3.- Hidrogramas de crecidas, adimensionalizados por su caudal mximo, identificados en la estacin 133.0

De esta manera, para obtener el hidrograma de diseo de cada perodo de retorno se multipliceste hidrograma por el valor de caudal correspondiente. Los resultados se presentan en laFigura 4.


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0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

0 50 100 150 200

Tiempo (horas)

Caudal(m

3/s)

Hidrograma 2 aos Hidrograma 5 aos Hidrograma 10 aos

Hidrograma 25 aos Hidrograma 50 aos Hidrograma 100 aos

Hidrograma 200 aos Hidrograma 500 aos

Figura 4.- Hidrogramas de diseo para los perodos de retorno de 2, 5, 10, 25, 50, 100, 200 y 500 aos

Modelacin hidrodinmica

Una vez definida la geometra del modelo y establecidas sus condiciones de borde se calibr yverific el mismo. Los parmetros del modelo hidrodinmico, a calibrar, son los coeficientesde rugosidad (nmero de Manning) del lecho y planicie de inundacin en cada una de lassecciones transversales incorporadas en el modelo.

Teniendo en cuenta que se busca emplear el modelo para eventos de crecida del ro SantaLuca, la calibracin de los parmetros se realiza para esas condiciones.

En este sentido, a partir de los registros histricos recopilados y del periodo comn de datos(1998 2005) en todas las estaciones hidromtricas, se seleccion un conjunto de 4 eventosextremos (eventos de calibracin). En la Tabla 2 se presentan los eventos y los resultados decalibracin.

Tabla 2.- Resultados de la calibracin del modelo

Los coeficientes de rugosidad adoptados en la calibracin son:- Para el cauce, ncauce= 0.04.- Para la planicie de inundacin, nplanicie=0.11.

En la Figura 5, se presenta la comparacin de niveles de agua medidos y calculados en la

etapa de calibracin para el evento 1.

Nmeros deManning

Cota mxima (m)Eventoidentificado y

duracin (das)

Fecha

cauce planicie calculada observada

Cota mxima connmero de Manningde 0.11 en la planicie

1 (40 d) dic02_ene03 0.04 0.110 8.98 8.97 8.98

2 (60 d) set04_nov04 0.04 0.090 9.83 9.82 9.96

3 (60 d) jun98_ago98 0.04 0.170 10.00 10.01 9.74

4 (40 d) mar02_abr02 0.04 0.115 11.62 11.62 11.55


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Evento 1

2

3

4

5

6

78

9

10

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600

Tiempo (horas)

Cota(0,oficial)

Figura 5.- Resultados de la calibracin en el evento 1

A los efectos de verificar el adecuado funcionamiento del modelo, se incluye una ltima etapaen la modelacin en la cual se analiza la bondad de la calibracin alcanzada para un conjuntode eventos no incluidos en la etapa de calibracin. En la Tabla 3 se presentan los dos eventosutilizados para la validacin del modelo y los resultados obtenidos.

Tabla 3.- Resultados de la validacin del modeloEvento identificado y

duracin (das)Fecha

Cota mxima calculada(m)

Cota mxima observada(m)

5 (60 d) abr02_set02 9.18 9.126 (120 d) jun99_set99 10.27 10.77

En las Figura 6, se observa una comparacin de la serie de niveles observados y simuladospara el evento de verificacin 5.

Evento 5

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800

Tiempo (horas)

Cota(0

,oficial)

Figura 5.- Comparacin de los resultados de la validacin con los datos observados en el Evento 5

La diferencia entre los niveles de agua calculados con el modelo y los observados para los


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eventos considerados en la validacin del modelo se consideran admisibles en funcin de lacantidad y calidad de la informacin disponible y utilizada. Se debe considerar adems laescasa relevancia de esta diferencia en comparacin con los valores absolutos de las variableshidrodinmicas a observar. Por tanto el modelo es validado.

Diseo hidrulico del puente: evaluacin de distintas alternativas

Una vez implementado, calibrado y validado el modelo hidrodinmico y a partir de losdistintos escenarios hidrolgicos de diseo considerados se analizaron las consecuencias eimplicancias hidrulicas que provoca la implantacin del puente a proyectar.

La longitud del puente se disea tomando en cuenta el comportamiento frente a las distintaslongitudes analizadas, para el hidrograma de 100 aos de perodo de retorno, de los

parmetros hidrulicos y fluviales. Se verific tambin el comportamiento de estos parmetroshidrulicos y fluviales con eventos de crecidas ms severos de 200 y 500 aos de perodo deretorno, y menos severos de 2, 5, 10, 25 y 50 aos de perodo de retorno. Las distintaslongitudes de puentes analizadas fueron: 400, 500, 600 y 750 metros, estas fueron ubicadasdentro de la misma seccin transversal de tal manera que proporcionen la mayor rea dedrenaje y por tanto la mayor eficiencia hidrulica de descarga.

Con el objetivo de comparar los eventos de diseo considerados se presentan en las Tablas 4,5 y 6 los resultados de niveles mximos en el puente existente sobre Ruta 11 para lascondiciones de diseo (Tr=100, 200 y 500 aos), la mxima creciente registrada de acuerdo al

proyecto de DNV (1986), los 9 niveles mximos anuales histricos registrados en el puenteexistente y los niveles mximos obtenidos del modelo en los eventos de calibracinrespectivamente.

Tabla 4.- Niveles de agua en el puente de Ruta 11 obtenidos del modelo hidrodinmico por los eventos de diseoconsiderados (TR = 100, 200 y 500 aos) y evento considerado por el proyecto de 1986

Evento Tr=100 Tr=200 Tr=500 Plano DNVHR11(m) 15.29 15.38 16.44 14.50

Tabla 5.- Niveles de agua histricos registrados en el puente existente sobre Ruta 11. Fuente: DINAGUAEvento 1900 1919 1955 1956 1967 1972 1977 1983 1986

HR11(m) 13.16 12.09 11.66 11.81 12.16 11.64 12.66 12.76 12.66

Tabla 6.- Niveles de agua histricos registrados en los ltimos aos en el puente existente sobre Ruta 11 segn DINAGUAEvento Julio1998 Agosto1999 Marzo2002 Abril2002 Diciembre2002 Setiembre2004HR11(m) 10.02 10.77 11.67 11.62 8.97 9.82

Este resultado es coherente con las consideraciones que surgen de la modelacin estadsticautilizando las medidas indirectas de Aguas Corrientes y pone de manifiesto la exigencia de loseventos de diseo utilizados.

Se presenta, a modo de ejemplo, en la Tablas 7, para longitudes de 600 y 750 m, los nivelesmximos alcanzados, velocidades mximas y profundidades de socavacin mximas para Tr=100 aos de recurrencia en el puente proyectado y otras secciones de inters.


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Tabla 7.- Resumen de resultados para 100 aos de perodo de retorno

Longitud (m)Actual

600 750Secciones

H(m) v(m/s)Cota(m)

DH(m)

v(m/s)Erosin

contraccin(m)

Cota(m)

DH(m)

v(m/s)Erosin

contraccin(m)

SL Puente 14.82 2.32 14.84 2.06

SL12550 14.84 1.22 14.88 0.04 1.51 14.87 0.03 1.51

SL14602 14.98 2.70 15.03 0.05 2.86 15.02 0.04 2.87

SL17492 15.66 1.46 15.72 0.06 1.44 15.71 0.05 1.44

AV1002 14.91 0.49 14.98 0.07 0.49 14.97 0.06 0.49

AV2200 14.95 0.24 15.01 0.06 0.28

3.55

15.00 0.05 0.28

2.70

Como resumen de los resultados se puede indicar que para perodos de retorno menores a 200aos las variaciones de cota entre la situacin actual y con las alternativas de puentesanalizadas no supera en ningn caso los 0.20m. Este resultado se encuentra dentro del errordel modelo. Esta situacin se considera aceptable en cuanto las afectaciones que provoca la

implantacin del nuevo puente, en particular en la ciudad de 25 de Agosto. Para perodos deretorno mayores, aunque la cota absoluta de inundacin sea mayor, las diferencias de nivelescon y sin proyecto son menores.

Los resultados de erosin por contraccin han sido utilizados junto con otras variableshidrulicas (velocidades y niveles) en la determinacin de las caractersticas del nuevo puente.La variacin de la profundidad de socavacin por contraccin con la longitud del puente tienemayor sensibilidad que los otros parmetros de diseo. Para el perodo de retorno de diseo(100 aos) la profundidad de erosin por contraccin para puentes de longitudes menores a500 metros no son aceptables ya que supera los 4 metros, descartando estas alternativas. Porotro lado, si bien para el puente de 600 metros de longitud se estima una erosin porcontraccin mayor para el de 750 metros, en ambos casos la erosin estimada es consideradaaceptable si son tomados en cuenta dentro del diseo estructural del puente.

La implantacin del puente nuevo provoca en secciones cercanas aguas abajo, en la Ciudad deSanta Luca, un descenso del nivel mximo de crecida respecto a la situacin actual de escasoscentmetros. Esta afectacin merece las mismas consideraciones anteriores.

La velocidad dentro del nuevo puente, y por tanto su capacidad erosiva, aumenta a medida quedisminuye su longitud y aumenta el perodo de retorno. Para el mayor perodo de retorno (500aos) y la menor longitud de puente (400m) considerados la velocidad no supera los 3.5 m/s.

Se observa que las velocidades en la seccin SL 17492 (puente de AFE) son para un perodode retorno dado, mayores a las obtenidas dentro del nuevo puente, excepcin de la alternativade 400m de longitud.

Para las diferentes alternativas de longitud de puentes consideradas, y para perodos de retornobajos el comportamiento observado es similar en cuanto a niveles de agua y velocidades.

El anlisis de esviaje ha sido realizado para la situacin extrema de 200 aos de perodo deretorno, 20 de esviaje y 400 metros de longitud de puente. Los resultados obtenidos muestranuna diferencia en el nivel de agua entre la situacin con y sin esviaje de 3 cm., mientras que

en las velocidades se observa una diferencia solamente en las secciones inmediatas al puente


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de 0.22 m/s. Estas diferencias no son significativas.

Respecto a la altura del puente, el estudio hidrolgico e hidrulico establece la mxima alturadel nivel de agua dentro de la estructura de longitud ya determinada, y considerandodeterminada revancha o franqua puede fijarse la cota inferior del paquete estructural del

tablero del puente (cota de la clave del puente). Esta cota inferior del paquete estructural hasido determinada a partir de sumar a la cota del nivel de agua dentro del puente para un eventode 100 aos de perodo de retorno y sumndole 0.70 metros de revancha o franqua. Una vezdeterminada esta cota inferior del paquete estructural, se determin el perodo de retorno delevento que produce que el nivel de agua dentro del puente alcance esa cota que resulto ser deunos 180 aos. A su vez, se verifico el comportamiento frente a eventos de 200 y 500 aos de

perodo de retorno.

Erosin local en la Fundacin del Puente

Para las alternativas de longitud de puente de 600 metros se estiman los umbrales de laserosiones locales en estribos y pilas, con el objetivo de analizar medidas preventivas aconsiderar en el diseo del puente. Todas las estimaciones de erosin local son realizadas parael perodo de retorno de diseo igual a 100 aos.

Los parmetros de diseo son: Dimetro de pila = 1.0 m Dimetro medio del sedimento = 1.0 mm Desviacin estndar del sedimento = 3.5 Profundidad del flujo en las proximidades de la fundacin = 10.1 m Velocidad del flujo en las proximidades de la fundacin = 1.1 m

Para las evoluciones temporales se considera la profundidad de erosin alcanzada al tiempo alpico del hidrograma, que en este caso es de 40 horas.

Se presentan en la Tabla 8 los resultados de erosin local en torno a los estribos izquierdo,derecho y a una pila tipo.

Tabla 8.- Profundidades mximas de erosin local en torno a estribos y a pila del puente para la alternativa de longitud delpuente de 600 metros

Formulacin Estribo izquierdo (m) Estribo derecho (m) Pilas (metros)CSU ds maxima 16.23 18.01 4.05

Oliveto y Hager 2002 3.24

Lpez et al (2011) 2.49

Los resultados indican que la erosin local dada por el caudal pico del hidrogramapersistiendo el tiempo base del mismo es el 70 % de la profundidad de erosin mxima dediseo. Incluso la erosin local al final del hidrograma calculada considerando flujo noestacionario es aproximadamente el 80 % de la profundidad de erosin calculada conevolucin temporal bajo flujo estacionario.

En base a los resultados de la profundidad de erosin local obtenidos se propone, en elproyecto ejecutivo, incorporar medidas de control contra la erosin local en los estribos.

Se sugiere que esas medidas apunten a considerar la potencial erosin local que se produce en


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los estribos en la determinacin de las caractersticas de la fundacin y a prestar particularatencin en el plan de monitoreo y seguimiento de la obra al control de la erosin local en

pilas y estribos del puente, en particular luego de cada creciente de importancia.

Adems de las sugerencias realizadas, se presenta el diseo de un enrocado como medida

estructural de control de la erosin local. El diseo se realiz en base a la metodologapropuesta por el manual HEC 18, lo que fue complementado con resultados de otrasformulaciones.

Como resultado para las pilas se obtiene:- el material a ser utilizado es una roca grantica de dimetro medio mnimo igual a 0.35

m.,- el manto de enrocado tendr un espesor de al menos 1.00 m (aproximadamente 3

capas),- la ubicacin en torno a las pilas ser formando un anillo de al menos 5 metros de

dimetro exterior, esto es a una distancia de hasta al menos 2 metros del borde dela pila.

Como resultado para los estribos se obtiene:- el material a ser utilizado es una roca grantica de dimetro medio mnimo igual a 0.25

m.,- el manto de enrocado tendr un espesor de al menos 0.75 m (aproximadamente 3

capas) en la planicie y 0.50 m (aproximadamente 2 capas) sobre el talud delterrapln,

- la ubicacin sobre la planicie de inundacin se extender hasta una distancia de almenos 15 metros del borde del estibo y de terrapln,

- la ubicacin sobre el talud del estribo y del terrapln se extender hasta los 3 metros dealtura,

- el manto del enrocado se extender por el terrapln hasta al menos 30 metros delestribo.

CONCLUSIONES

A partir de un modelo hidrodinmico calibrado y verificado de tramos de los cursos Ro SantaLuca, Ro Santa Luca Chico y Arroyo de la Virgen y de un anlisis hidrolgico y estadstico

de las cuencas involucradas, se ha estudiado el comportamiento hidrulico y las afectacionesdel nuevo puente proyectado sobre el ro Santa Luca en la variante de trazado de la Ruta 11,en las proximidades de las ciudades de Santa Luca y 25 de Agosto.

Los resultados obtenidos muestran que la implantacin del puente proyectado (incluso conesviaje), no produce impactos significativos en cuanto a los niveles mximos de crecidacorrespondientes a los eventos considerados en las ciudades de Santa Luca y 25 de Agosto. El

parmetro que condiciona la eleccin de la longitud del puente es la velocidad del flujo dentrode la obra, y consecuentemente los valores estimados de profundidad de erosin porcontraccin, ya que el canal principal es de lecho granular no cohesivo. La erosin local y porlo tanto la proteccin diseada no vara con la longitud del puente; consecuentemente su costo

es similar en cualquiera de las alternativas. La alternativa de puente considerada no presenta


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esviaje respecto a la planicie de inundacin. Si el proyecto vial considera modificar el esviajedel puente en valores menores a 10 grados, esto no tendr consecuencias hidrulicas sobre lmismo.

Se ha considerado tambin que el comportamiento histrico del puente AFE en 25 de Agosto,

de 600 metros de longitud, no ha presentado problemas hidrulicos ni de erosin. El rea deaporte de este puente tiene unos 514 km2 menos.

De acuerdo a lo antes expuesto, se considera razonable la alternativa de un puente de 600metros de longitud. La cota del pelo de agua, para la condicin de diseo, dentro del puente esde 14.88 metros, y tomando una revancha de 0.70m el paquete estructural del puente sesugiere que comience a los 15.58 metros (cota asociada a 180 aos de perodo de retorno). Encaso de optarse por una alternativa diferente se deber asegurar: (1) al menos 600 metros delongitud, (2) rea de desage no inferior a 4900 m2, (3) distancia entre pilas (que debern sercirculares) no inferior a 15 metros, (3) cota inferior del paquete estructural de al menos de15.58 m (cero oficial), (4) esviaje podr variar como mximo 10 en relacin a la ubicacinestablecida en este trabajo.

La determinacin de la magnitud de la socavacin potencial es muy imprecisa debido a lanaturaleza cclica del proceso de socavacin. Todas las ecuaciones para la estimacin de lasocavacin por contraccin y local son basadas en experiencia de laboratorio, con limitadasverificaciones de campo. Las condiciones en campo son diferentes que las de laboratorio, y engeneral las ecuaciones tienden a sobreestimar la magnitud de la socavacin. Las ecuacionesutilizadas han sido consideradas por la bibliografa como las ms adecuadas para laestimacin de la profundidad potencial de socavacin.

Los resultados obtenidos mediante la aplicacin de estas ecuaciones deben ser por tantoempleados con precaucin, debiendo siempre recurrirse al sentido ingenieril y a la experienciaacumulada sobre el comportamiento de otros puentes similares al proyectado, como lo son el

puente actual de Ruta 11 y el puente ferroviario situado prximo a la localidad de 25 deAgosto.

Los resultados de erosin local en estribos indican la necesidad de tomar medidas de controlfrente a este fenmeno, por esto se sugiere incorporar en las inspecciones del puente un plande monitoreo y seguimiento de la misma y de ser necesario un enrocado de proteccin.Adems, el resultado obtenido sugiere no considerar los primeros 3.50 metros de la capa

superior del suelo a la hora de evaluar el diseo estructural de la fundacin.Para el calculo de la erosin local en las pilas es relevante la diferencia de considerar mtodosde estimacin de la evolucin temporal bajo condiciones estacionaras y no estacionariasrespecto a considerar la profundidad de erosin mxima final, obteniendo resultados acordes ala realidad de cuencas donde las variaciones temporales son relevantes. De esta manera, no serealizan diseos sobredimensionados, en particular de la cota de fundacin.

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