Calderas 5006 11 SocavacionCanalesPuentes

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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Algunos mtodo utilizados son el de Lischtvan-LevedievStraub Laursen

Donde este ultimo mencionado es el masutilizado en los E.U.


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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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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