Exposición Puentes

Vista previa del material en texto

Dr. Ing. Jorge D. Reyes Salazar
BOCATOMA CHAVIMOCHIC
Bocatoma construida en 1992
Tramo del Río Santa con pendiente 1%
A A
B B
Aliviadero fijo
34 m de largo
Coronación 423.00 
msnm
Aliviadero móvil
3 compuertas de 9.5 m
C1
C2
C3
Bocal de captación
 
 
 
Vórtice tipo herradura
0.063(ˠs- ˠ)d
ˠ y i
Erosión canal de limpia Nº1
C1
C2
Vista en planta de las erosiones en la Bocatoma
Erosión canal de limpia Nº2
Erosión del cuerpo Creager Nº1 y Nº2
Erosión de poza disipadora
A
B
A
B
Zonas de erosiónC1
C2
Vista en planta de las erosiones en la 
Bocatoma
Sección A-A: Perfil longitudinal en el eje del canal de Limpia Nº1 
(Plano de evaluación de daños 1998/1999)
Erosión de canal de limpia y creager
Bocatoma actual: Velocidades para un caudal de 3300 m3/s aguas 
debajo de compuerta Nº2.
V=20 m/s
V=10 m/s
V=4 m/s
Bocatoma modificada: Velocidades para un caudal de 3000 m3/s 
y compuertas Nº1, Nº2, Nº4, Nº5 y Nº6 abiertas
Las consecuencias fueron:
◼ Deterioro acelerado de las estructuras en contacto con las
corrientes de sedimentos.
◼ La zona más afectada fue el área aledaña al pilar N° 2, entre las
compuertas N°1 y N°2.
◼ En la losa de fondo alrededor del pilar se produjo una fosa de
erosión que alcanzó hasta 3m de profundidad, y una erosión en
el pilar mismo del orden de 0.70 m de altura.
Problema presentado en la Bocatoma: 
fenómeno de erosión local
Fuerzas por el vórtice tipo herradura
INTERPRETACION DE LAS CAUSAS DE LA EROSION
Vórtice tipo herradura
◼ La erosión del fondo aguas arriba y en los laterales cercanos al pilar N° 2, se debe al
efecto combinado de un vórtice denominado "herradura".
◼ Fenómeno ligado a la ocurrencia de un desprendimiento de la capa límite, en función de
la existencia de un gradiente de presiones estático provocado por un obstáculo (pilar
N°2).
◼ El gradiente de presiones es positivo en el sentido del flujo y aumenta en forma
significativa en las proximidades del obstáculo. Para caudales pequeños, el aumento se
produce muy próximo al obstáculo, mientras que, para caudales mayores, las presiones
se elevan a partir de puntos más distantes.
◼ El núcleo de cualquier vórtice es una región de bajas presiones pues las partículas
tienden a ser expelidas por efecto de fuerzas centrífugas. Ocurriendo presiones del orden
de la presión de vapor de agua, se forman burbujas que, al ser transportadas a regiones de
presiones elevadas, implosionan y provocan daños por cavitación al ocurrir cerca de la
frontera sólida.
◼ En Chavimochic, el proceso erosivo se ve incrementado por la presencia de sólidos en
gran concentración. Es decir, la formación del vórtice en el flujo mixto líquido-sólido es
la causa de la profunda erosión localizada en el pilar.
◼ Video 1
◼ Vórtice Herradura
Perfil hidrodinámico colocado en prototipo
Muro bajo
Muro inclinado
 
 
Perfil de 45º frente al pilar Nº2
Perfil inclinado
Muro bajo
Recientemente se ha publicado una 
investigación sobre el vórtice tipo herradura: 
Characteristics of Horseshoe Vortex in 
Developing Scour Holes at Piers, 
Subhasish Dey and Rajkumar V. Raikar 
Journal of Hydraulic Engineering, Vol. 
133, Nº4, April 1, 2007. ASCE.
◼POECHOS
Ubicación del estrato duro entre el cuenco amortiguador de la salida de fondo 
y el trampolín.
Video 2 y Video 3
Río Reque 2011
con espigones en la margen derecha
http://www.flickr.com/photos/cyberespia/3153815200/
Cuadro de flujo para 
ensayo con caudal de 
1000 m3/s y lecho 
rigidizado.
Cuadro de flujo para 
ensayo con caudal de 
100 m3/s y lecho 
rigidizado.
Formación de flujo 
helicoidal en la boca 
del canal Norte.
Puentes Caídos en el 
Perú
FEN 1998
Causas de fallas de estructuras
◼ Falta de datos.
◼ Metodología no funciona
◼ Errores de cálculo
Cota 32.3 msnm
Puente Cáceres 2017
Inundaciones en el tramo urbano
Estructuras en el río Piura
•Presa Los Ejidos
•Puente Cáceres
•Puente Sánchez Cerro
•Puente Independencia
•Defensas ribereñas
Equipos humanos preparados con indicaciones para 
gestionar la avenida
Zona Puente Cáceres
2017
Fuerza dinámica
1.- El flujo no ocupa todo el ancho del cauce necesariamente.
Q = 2000 m3/s y el ancho cauce 100 m, entonces q= 20 m3/s/m
2.- La Geometría influye en la erosión local
3.- Cálculo de la erosión debe incluir parámetros geotécnicos 
del suelo.
4.- Ubicación de puentes.
5.- Influencia de la pendiente en el cálculo de la erosión general
6.- Reglamento de puentes
7.- Inadecuada información y falta de conocimiento de un río.
8.-Efectos del encauzamiento de los ríos.
PUENTES
Caudal 2000 m3/s, el ancho 200 m. q = 10 m3/s/m
Real q = 2000/70 = 28.5 m3/s/m
El flujo no ocupa 
todo el ancho del 
cauce
Chosica: Puente Girasoles a punto de
colapsar por caudal del río Rímac
https://www.youtube.com/watch?v=K0IBL1FzpPc&feature=
youtu.be
Pilar que muestra mayor velocidad
https://www.youtube.com/watch?v=K0IBL1FzpPc&feature=youtu.be
https://www.youtube.com/watch?v=SeQ2uCGj0_I=y
outu.be
Mala distribución del caudal
https://www.youtube.com/watch?v=SeQ2uCGj0_I=youtu.be
Erosión general
3/12 )/(*4859.1 fqDS =
mdf *75.1=
Lacey
dm en mm
q caudal unitario
Ds Nivel de agua – fondo erosionado
Calcular la erosión general en un cauce de un río que transporta 
2500 m3/s y el dm es igual a 0.3 mm (tiene un estrato). Nivel del 
agua cota 30 msnm
VIDEO 4
PUENTE CACERES
4 puntos
Efectuar un análisis de 3 puentes a través de 
videos o material fotográfico y debe opinar:
- Sobre el ancho ocupado por el flujo.
https://udepoffice365ms-my.sharepoint.com/personal/jorge_reyes_udep_edu_pe/Documents/DOS 2020-I/Clases/Clases/Clase 3 Puentes/Bolognesi.avi
PUENTE
Entonces Tr = 140 años para el puente
Riesgo admisible = 25%
n = vida útil 40 años 
1.- El flujo no ocupa todo el ancho del cauce necesariamente.
2.- La Geometría influye en la erosión local
3.- Cálculo de la erosión debe incluir parámetros geotécnicos 
del suelo.
4.- Ubicación de puentes.
5.- Influencia de la pendiente en el cálculo de la erosión general
6.- Reglamento de puentes
7.- Inadecuada información y falta de conocimiento de un río.
8.-Efectos del encauzamiento de los ríos.
Aspectos de diseño
erosión local
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Pilares Puente Bolognesi
Pilares del Puente Cáceres
ENSAYO SIN FOSO DE SOCAVACIÓN – CONTORNOS 
DE VELOCIDAD
Fig. Pilar angosto hacia arriba
Fig. Pilar angosto hacia abajo
MODELACION NUM ERICA
ENSAYO CON FOSO DE SOCAVACIÓN- CONTORNOS DE VELOCIDAD
Fig. Pilar angosto hacia arriba
1.- El flujo no ocupa todo el ancho del cauce necesariamente.
2.- La Geometría influye en la erosión local
3.- Cálculo de la erosión debe incluir parámetros geotécnicos 
del suelo.
4.- Ubicación de puentes.
5.- Influencia de la pendiente en el cálculo de la erosión general
6.- Reglamento de puentes
7.- Inadecuada información y falta de conocimiento de un río.
8.-Efectos del encauzamiento de los ríos.
Limitaciones principales
- Estratigrafía del suelo 
no considerada
- Diámetro constante
Se propone……
El método del Indice de 
Erodobilidad
Combinación de principios hidráulicos con técnicas de Ingeniería 
Geológica
4.2 Resistencia del material
◼ La socavación en un suelo
complejo, como roca, se define por
múltiples parámetros.
◼ Las propiedades que determinan la
resistencia a la socavación de los
suelos son:
1. Resistencia del suelo,
2.Tamaño del bloque,
3. Resistencia al cortante entre
bloques
4. La forma relativa y orientación de
los bloques de roca.
◼ Indice geo-mecánico que cuantifica
la habilidad relativa de los
materiales de tierra a resistir erosión
llamado Indice de erodobilidad.
CASO DE APLICACION
Velocidad Aguas arriba m/s 3.10
Cota de la superficie del agua m 28.71
Cota de la superficie del fondo del rio m 20.64
Profundidad del flujo m 8.07
Gamma KN/m
3
9.81
Pendiente de energía1
0.00078
Potencia del flujo Aguas arriba, Pa KW/m
2
0.19143
Profundidad de socavación, Ymax m 9.00
Cota de socavación máxima m entre 12 y 15
Caudal actual 3900 m
3
/segVariables Hidráulicas
1.- El flujo no ocupa todo el ancho del cauce necesariamente.
2.- La Geometría influye en la erosión local
3.- Cálculo de la erosión debe incluir parámetros geotécnicos 
del suelo.
4.- Ubicación de puentes.
5.- Influencia de la pendiente en el cálculo de la erosión general
6.- Reglamento de puentes
7.- Inadecuada información y falta de conocimiento de un río.
8.-Efectos del encauzamiento de los ríos.
Problemas 
ocasionados 
por la mala 
ubicación de 
los puentes
ANALISIS DEL COLAPSO 
DEL PUENTE YANANGO
◼ Ubicado en el camino de la Red Nacional 
Tarma-San Ramón, a 41 km de Tarma.
◼ Sirve de acceso a la Selva Central del país.
◼ Este puente se construyó el año 1998.
◼ Estructura metálica.
◼ Colapsó en el 2005 por las fuertes lluvias 
ocurridas en la zona. 
Ubicado en la confluencia de tres cauces
Río 
Yanango
Río Tarma
1.- El flujo no ocupa todo el ancho del cauce necesariamente.
2.- La Geometría influye en la erosión local
3.- Cálculo de la erosión debe incluir parámetros geotécnicos 
del suelo.
4.- Ubicación de puentes.
5.- Influencia de la pendiente en el cálculo de la erosión general
6.- Reglamento de puentes
7.- Inadecuada información y falta de conocimiento de un río.
8.-Efectos del encauzamiento de los ríos.
Variación de la pendiente
Pendientes entre Puentes
 Cáceres y Sánchez Cerro
y = 0.0001x1.1172
R2 = 0.9546
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
0 1000 2000 3000 4000 5000
Caudal (m3/s)
P
e
n
d
ie
n
te
 (
m
/k
m
)
2/3
047.0
2/3
'2/12/12/3
8














−

=
m
D
RS
n
n
g
m
D
sB
g 
Fórmula de Meyer Peter y Muller:
Cálculo de la concentración de 
sedimentos en suspensión
)log()
*
log314.0log409.0799.1(
*
log457.0log286.0435.5log
www
n
w
wu
w
S
cr
U
US
U
D
UD
t
C −−−+−−=
 Ct = Concentración total de sedimentos en partes por millón por peso 
 D = Diámetro medio 
 S = Pendiente media del nivel de agua o de la línea energética 
 U* = Velocidad de corte 
 U = Velocidad Promedio del agua 
 U cr = Velocidad promedio crítica del agua en movimiento incipiente 
 n = Viscosidad cinemática 
 w = Velocidad terminal de caída 
  = Viscosidad dinámica 
 
3.3.1 Modificaciones al diseño inicial
1.- El flujo no ocupa todo el ancho del cauce necesariamente.
2.- La Geometría influye en la erosión local
3.- Cálculo de la erosión debe incluir parámetros geotécnicos 
del suelo.
4.- Ubicación de puentes.
5.- Influencia de la pendiente en el cálculo de la erosión general
6.- Reglamento de puentes
7.- Inadecuada información y falta de conocimiento de un río.
8.-Efectos del encauzamiento de los ríos.
Determinación del perfil de flujo ante el paso del caudal de 
diseño a lo largo del
cauce; se sugiere la utilización de los programas de cómputo 
HEC-2, HEC-RAS o similares.
Determinación de las características hidráulicas del flujo; estas 
comprenden la
velocidad media, ancho superficial, área de flujo, pendiente de 
la línea de energía,
nivel de la superficie de agua, etc., cuyos valores son necesarios 
para la
determinación de la profundidad de socavación.
¿Qué es el acorazamiento?
Es la característica de los sedimentos no cohesivos de
granulometría extendida (g  2) de desarrollar una coraza o
armadura en la superficie del lecho.
2/3
047.0
2/3
'2/12/12/3
8














−

=
m
D
RS
n
n
g
m
D
sB
g 
Reglamento
◼ 2.1.4.3.3.1 Altura libre sobre el Nivel del agua de los
ríos. En los puentes sobre cursos de agua, se debe
considerar como mínimo una altura libre de 1.50 m de la
parte más baja del fondo de la viga de la superestructura
con respecto al nivel máximo de las aguas, NAM, que
corresponde al caudal de diseño cuando el río no arrastra
palizadas.
1998
2017
3468 m3/ss
3924 m3/ss
Puente Independencia, Bajo Piura
1.- El flujo no ocupa todo el ancho del cauce necesariamente.
2.- La Geometría influye en la erosión local
3.- Cálculo de la erosión debe incluir parámetros geotécnicos 
del suelo.
4.- Ubicación de puentes.
5.- Influencia de la pendiente en el cálculo de la erosión general
6.- Reglamento de puentes
7.- Inadecuada información y falta de conocimiento de 
un río.
8.-Efectos del encauzamiento de los ríos.
Zona 1
Zona 2
Recorrido del río Piura aguas abajo de la ciudad de Tambogrande
Meandro
Meandro
Figura Nº3 Detalle de las zonas Nº1 y Nº2 
de la Figura Nº2
Curva El Coco
Flujo
114 m.s.n.m.
131.76 m.s.n.m (20.08.94)
D.V 24 de Mayo de 1994
D.V 12 de julio de 1994
D.V 20 de octubre de 1990
Lagesa 04 de mayo de 1989
Nazario Agosto 1995
D.V 23 de julio de 1992
D.V 03 de mayo de 1991
D.V 25 de octubre de 
1994
Perfil 1976
1325 m.s.n.m.
N.A. 125.90 m.s.n.m (Agosto 
1995)
Niveles de agua
Secciones batimétricas
 1989 - 1995
114 m.s.n.m.
Flujo
Secciones batimétricas
Niveles de agua
N.A. 125.90 m.s.n.m (Agosto 
1995)
1325 m.s.n.m.
Perfil 1976
D.V 24 de Mayo de 1994
131.76 m.s.n.m (20.08.94)
D.V 23 de julio de 1992
Puente Carrasquillo 1969
Apuntes
1) Puente de 120 metros de 
longitud construido en 
1965
2) Colapsó en 1983 porque el 
río Piura se ensanchó a 700 
m.
3) Observar la sección 530 m 
aguas abajo porque allí luego 
se construyó el nuevo puente 
en 1984
Sección 530 
m aguas 
abajo
Sección 530 
m aguas 
abajo
En 1984 se 
construyó un 
nuevo 
puente, el 
que colapsó 
en 1988 en 
una sección 
situada a 530 
m aguas 
abajo de la 
sección 
original.
1984
Puente Carrasquillo 
Año 2012
1.- El flujo no ocupa todo el ancho del cauce necesariamente.
2.- La Geometría influye en la erosión local
3.- Cálculo de la erosión debe incluir parámetros geotécnicos 
del suelo.
4.- Ubicación de puentes.
5.- Influencia de la pendiente en el cálculo de la erosión general
6.- Reglamento de puentes
7.- Inadecuada información y falta de conocimiento de un río.
8.-Efectos del encauzamiento de los ríos.
Proceso de sedimentación por construcción de 
diques en cauce meándrico
Inundaciones en el Bajo Piura
Inundaciones en el Bajo Piura
El nivel del fondo dentro de los diques 
está más alto que fuera de ellos
Fondo del cauce 
más alto
Terrenos más bajos
Dique
Diques Bajo Piura
Ing. Juan Silva
Proyecto Chira Piura
Los diques están diseñados para avenidas de 1700 m3/s, 
por tanto no evitan inundaciones en la parte baja
Inundaciones en el Bajo Piura
Influencia de la no desembocadura del río al mar
Ciudad de
Piura 
Distancia desde Piura
P
U
E
N
T
E
 IN
D
E
P
E
N
D
E
N
C
IA
Sedimentación
Fondo actual del cauce
1998
2017
Trazo en zonas de sedimentación
Puente en carretera Panamericana norte