calderas 5006 11 socavacioncanalespuentes
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8/3/2019 Calderas 5006 11 SocavacionCanalesPuentes
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Tema Especial
SOCAVACIN EN CANALES CON PUENTES
Carmelo O. Calderas
Prof. R. Zapata
INCI 50065/26/11
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AGENDA
Introduccin de termino socavacin Socavacin
por contraccin
en pilastras en estribos deposicin aguas debajo del puente
Software disponibles Cmputos con HEC-RAS 4.0 Preguntas
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SOCAVACIN
Es la suspensin de partculas del materialen el lecho
Debido a esfuerzos cortantesQue estos son provocados por la interaccin
entre la obstruccin o cambio en el rea deflujo normal del canal y el flujo del cana
Es un tema resinteme estudiado, donde elprimer artculo fue en el 1949 por Laursen
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SOCAVACIN
No existen mtodo exactos para el computode la profundidad de socavacin
Pero si muchos estudios que han propuestomtodos que solo ayudan a conocer el ordendel valor real
Los diferentes mtodos toman enconsideracin diferentes factores ypropiedades del canal
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SOCAVACIN DEBIDO A LA CONTRACCIN
Es la socavacin causada por la disminucinal rea de flujo, aumentando as la velocidadpromedio del flujo del canal
Cusas:Construccin de terraplenes para el acceso al
puenteColocacin de pilastras y/o estribos
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SOCAVACIN DEBIDO A LA CONTRACCIN
Algunos mtodo utilizados son el de Lischtvan-LevedievStraub Laursen
Donde este ultimo mencionado es el masutilizado en los E.U.
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SOCAVACIN DEBIDO A LA CONTRACCIN
Mtodo de Laursen Donde:
Ks = parmetro de Shields =0.039
Gs = grevedad especifica del
material del fondon n = coeficiente de rugosidadde Manning
Ds = Hs hs Ds = profundidad promedio
de socavacin (m) Hs = profundidad promedio
del flujo, en el are desocavacin luego de lasocavacin (m)
h2 = profundidad existente en laseccin contrada, antes de lasocavacin (m)
Q2 =caudal a travs del puente
(m3
/s) Dm = dimetro medio efectivodel material del lecho 1.25D50(m)
B2 = ancho efectivo del cauceen el puente sin contar laspilastras (m)
Ecuacin simplificada delmtodo Laursen para agua
clara.
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SOCAVACIN POR PILASTRAS
Al interrumpir elflujo crea una
serie de vrticesque terminan ela base lapilastraremoviendo elmaterial dellecho
Comportamiento de flujo en pilastracilndrica. Raudkivi. A. J., 1986
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SOCAVACIN POR PILASTRAS
Como se aprecia en la imagen existen dos(2) tipos de vrtices que controlan lasocavacin en las pilastras,Vrtices de herradura
Creados por la onda que se forma en la pilastrasCreando presiones hacia el fondoSe convierten en vrtices que se alojan al pie de la
pilastraSuspendiendo el material del lecho y trasportndolo
lejos de la pilastra
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SOCAVACIN POR PILASTRAS
Vrtices de estelaSon creados al pie de la pilastraSe mueven hacia arriba
Arrastrando con poco cantidad de partculasTransportndolas lejos
Existe tambin unfenmeno que ocurre al
pie de la pilastras debidoa la fuerza de arrastredel fluido
Creando un hueco desocavacin Hueco de socavacin en la pilastra
circular. Raudkivi. A. J., 1986
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SOCAVACIN POR PILASTRA
No se he encontrado ninguna solucinexacta
La primera propuesta fue el 1965, por
BreusersProponiendo que Hs = 1.4 veces el ancho de la
pilastra
Hasta el momento se han generado variosmtodos, ninguno de carcter confiable Todo siendo una relacin por factores
aplicados al ancho de la pilastra
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SOCAVACIN POR PILASTRA
La figura muestra unarelacin de losdiferentes mtodos
Creada por Jones Donde se aprecia los
diferentes valores Siendo el mtodo de
CSU, UniversidadEstatal de Colorado elvalor medio
Relacin de los diferentes mtodos delos diferentes investigadores. JonesHEC-18
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SOCAVACIN POR PILASTRA
Donde: ds = profundidad de
socavacin (m) Kf = coeficiente de la forma de
la nariz de la pila Kg = coeficiente de la relacin
Hs/a a = ancho de pila (m)
Mtodo de Laursen yToch, 1956
Este mtodo fue
estudiado para lasocavacin mxima
Fue presentado en
unas grafas peroresumido en estaecuacin
Mtodo de Laursen y Toch
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SOCAVACIN POR PILASTRA
Factor de correccin de Kf para forma denariz. Jurez Badillo E. y Rico Rodrguez
A. (1992)
Grafico para estimar Kg. JurezBadillo E. y Rico Rodrguez A. (1992)
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SOCAVACIN DEBIDO A ESTRIBOS
Se encuentran menos estudios que para laspilastras
Aunque se piensa que los factores quegeneran esta socavacin son parecidos a losde las pilastras
De igual forma la socavacin es provocada
por vrtices que se forman con la interaccindel caudal.
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SOCAVACIN DEBIDO A ESTRIBOS
Existen dos (2)vrticesprincipalesVrtice horizontal
Causa ycomportamientoigual a vrtice
herraduraVrtice vertical
Causa ycomportamientoparecido a vrtice de
estela
Comportamiento de flujo en estribo.Presentacin Socavacin, JaimeSuarez
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SOCAVACIN DEBIDO A ESTRIBOS
Existen varios mtodos para el computo deesta socavacin, dando todo un estimadodemasiado conservador
Algunos de estos mtodo son por:
Liu
Chang y Skinner LaursenArtamonov
Froehlich
HIRE (utilizado porHEC-RAS 4.0)Melville
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SOCAVACIN DEBIDO A ESTRIBOS
Nos enfocaremos solo en elmtodo de Leursen El uso de esta ecuacin tiene
vario requisitos estos son:
Pared vertical No hay flujo sobre el puente La relacin de (L/h < 25) para
el estribo La ecuacin provee
profundidad de socavacin
incluyendo el factor porcontraccin
Para valores mximos de ds/higual a 4
Se resuelve por iteraciones
Direccin del flujo conrespecto al estribo igual a cero
Donde:h = profundidad del flujoL = longitud del estribo
= esfuerzo cortante en ellecho aguas arriba del estriboc = esfuerzo cortante criticopara D50 del material del lechoKf = 0.9 correccin paraestribos a 45 de inclinacin
Socavacin en agua clara. Mtodo Laursen
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SOCAVACIN TOTAL
Es la suma total de todos lo tipos de socavacinde los cuales en este informe se mencionantres de estos cinco tipos de socavacin.
Estos son: degradacin a largo plazo migracin lateral de la corriente
socavacin general por contraccin u otras causas socavacin local en pilas socavacin local en estribos.
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DEPOSICIN AGUAS DEBAJO DE LOS PUENTES Esto es el material depositado en las pilastras y
en extraos casos en los estribos Este material se deposita cuando en las
grandes crecidas es transportado de aguasarriba
Esto afecta la pilastra ya que se deposita en el
pie de la misma, aumentando su ancho Y como sabemos que la profundidad de
socavacin local depende proporcionalmentedel ancho de la pilastra
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DEPOSICIN AGUAS DEBAJO DE LOS PUENTES No hay muchos estudios sobre este proceso de
deposicin de basura en las pilastras del puente Para el 1956, Laursen y Toch realizaron
estudios cualitativos Presentaron un mtodo para estimar el efecto de
esta deposicin en el pie de la pilastra Aunque poco confiable para usa de diseo
Para cmputos se aumenta el ancho de las pilastras en el cmputo
de la profundidad de socavacin local Pero esto solo esta a criterios del diseador
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SOFTWARE PARA ESTUDIOS DE SOCAVACION
HEC-RAS 4.0 Uno de los mas utilizados Creadores, U.S. Army Corp of Engineering
CAESAR Utilizado para la inspeccin de puentes Recomendado por Departamento de Agricultura de
los Estados Unidos
River CAD Programa utilizado para modelar canales Permite el estudio de transporte de sedimento
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COMPUTO DE SOCAVACIN CON HEC-RAS 4.0
Utilizaremos un diseo de un puentepreviamente detallado en el programa
Se computara la socavacinPor contraccinDebido a las pilastrasDebido a los estribos
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COMPUTO DE SOCAVACIN CON HEC-RAS 4.0
Ventana principaldel programa
Podemos ver la
geometra delcanal y del puente Contamos con
2 estribos 3 pilastras Contraccin de
19%Pantalla principal programa HEC-RAS yvista 3D de diseo de puente
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COMPUTO DE SOCAVACIN CON HEC-RAS 4.0
Hidraulic DesignFuntion Ventana Bridge
Sour
Contraction
Solo seingresa D50
Luego deoprime K1
FinalmenteCompute
Pantalla para entrar data de contraccindel puente y su cmputo
COMPUTO DE SOCAVACIN PORCONTRACCION
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COMPUTO DE SOCAVACIN CON HEC-RAS 4.0
Se observa las lneasde socavacin en el
perfil Por ultimo de oprime
Report
En la figura vemos losresultados delcomputo
Y el mtodo utilizado
para el computo
COMPUTO DE SOCAVACIN PORCONTRACCION
Pantalla de reporte de cmputosde socavacin por contraccin
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COMPUTO DE SOCAVACIN CON HEC-RAS 4.0
Pestana Pier Requiere
ngulo enque el flujoimpacta lapilastra
D95
PresionamosCompute
COMPUTO DE SOCAVACIN PORPILASTRAS
Pantalla para insertar datos y computar
socavacin por pilastras. HEC-RAS 4.0
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COMPUTO DE SOCAVACIN CON HEC-RAS 4.0
Presionando Report Podemos ver los
resultados de loscalculos Y el mtodo utilizado
para el computo
COMPUTO DE SOCAVACIN PORPILASTRAS
Pantalla de resultado de cmputos desocavacin debido a las pilastras. HEC-RAS
4.0
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COMPUTO DE SOCAVACIN CON HEC-RAS 4.0
Presionamospestaa Abutment
Solo requieresescoger el tipo deestribo
Luegopresionamos
Compute Vemos marcado
en en la seccinla socavacin
Ventana para entrar datos para el cmputode socavacin en estribos. HEC-RAS 4.0
COMPUTO DE SOCAVACIN POR
ESTRIBOS
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COMPUTO DE SOCAVACIN CON HEC-RAS 4.0
Vemos losresultados de lamisma forma
Notamos que elmtodo utilizadofue HIRE
Resultando unosnmerosdemasiadoconservadores
COMPUTO DE SOCAVACIN POR
ESTRIBOS
Ventana de reporte de cmputospara socavacin por estribos. HEC-
RAS 4.0
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REFERENCIAS
GUEVARA, M.E.,"SOCAVACIN EN PUENTES", UNIVERSIDAD DEL CAUCA, POPAYN, 1998, CAP 3CALCULO DE LA SOCAVACIN, CAP 1 TIPO DE SOCAVACIN
Akan A. O., Open Chanel hydraulics, cap 7.2 Scour at Bridge Moncada, Aguirre, Bolvar. Efecto de un aro sobre la socavacin en pilas circulares. Revista de
ciencias e ingeniera. Vol. 28, No 3, agosto-noviembre, 2007
Habilitan paso en puente de Patzun. Comunitario. 22/06/10. www.prensalibre.com
Suarez, J. Presentacin Socavacin, Cap 4 Criterios Bsicos
Facultad de Ingeniera y Ciencias Hdricas. Erosin for contracction y por estribo
En puentes aliviadores en valle de inundacin. Vol. 5, N 2. Junio 1998
United States Department of Agricultur, Bridge Scour Evaluation: Screening, Analysis, &Countermeasures. September 1998
Facultad de Ingeniera y Ciencias Hdricas. Universidad Nacional del Litoral. Erosin en estribos depuentes aliviadores y su interaccin con la distribucin de caudales. 2003
GOVINDASAMY, A. Simplified method for estimating future scour depth at existing bridges. May 2009
http://www.prensalibre.com/http://www.prensalibre.com/ -
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