Clase 13 Fallas en Puentes

8/18/2019 Clase 13 Fallas en Puentes

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Temas Selectos de

Hidráulica FluvialDr. Arturo Rocha FelicesCLASE 13

INSTITUTO DE LA CONSTRUCCION Y GERENCIA - ICGEmail: [email protected] / Web: www.construccion.org

TEMAS SELECTOS DE

HIDRÁULICA FLUVIAL

EXPOSITOR:Dr. Arturo Rocha Felices

Consultor de Proyectos Hidráulicos

Clase 13

TEMAS SELECTOS DE HIDRÁULICAFLUVIAL

1. Morfología y dinámica fluvial

2. El transporte sólido I

3. El transporte sólido II

4. Defensas con espigones

5. Erosión en pilares de puentes

6. Sedimentación y purga de embalses


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CAPÍTULO 5

EROSION EN PILARES DE PUENTESCONTENIDO

A. Fallas en puentes. Aspectos hidráulicos

en el diseño de puentes.

B. Cálculo de la profundidad de socavación.

C. Medidas de protección. Comentarios sobreel manual de puentes.

D. Conclusiones y Recomendaciones.

FALLAS EN LOS PUENTES. ASPECTOSHIDRAULICOS EN EL DISEÑO

DE LOS PUENTES

1. Aspectos generales

2. Fallas en puentes

3. Hidráulica de Puentes


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PUENTERÍO

INTERACCIÓN

UNA ESTRUCTURA HIDRÁULICA QUE

PRODUZCA LA MENOR PERTURBACIÓN

POSIBLE EN EL RÍO.

1

Y, QUE A UN COSTO RAZONABLE DEBACUMPLIR ADECUADAMENTE LOS

FINES BUSCADOS.

2

PUENTESPUENTESSuperestructura: el tablero

Infraestructura: cimientos, estribos y pilares

B = L = ?

PILAR

Los estribos van en losextremos y empalmancon los terraplenes de

aproximación.

Los pilares (pilas) sonlos apoyos

intermedios, cuandohay más de un tramo.

Los cimientos soportan el peso de la estructura


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TERRAPLÉNDE ACCESO

TERRAPLÉNDE ACCESO

MARGEN IZQUIERDAMARGEN DERECHA

CALZADA

ZAPATAS

ESTRIBOS PILARES

B =? L = ?

La profundidad de

socavación

determinará la de la

Q

cimentación, la quedebe estar debajo de

la profundidad de

socavación.

¿POR QUÉ SE PRODUCE LA¿POR QUÉ SE PRODUCE LASOCAVACIÓN?SOCAVACIÓN?

Aparecen velocidades locales

mucho mayores que lavelocidad media de lacorriente.

Aparecen vórtices endiferentes direcciones.


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PILARES Y

ESTRIBOS

ELEMENTOS EXTRAÑOS

DENTRO DE LA CORRIENTE

CHOQUE DELFLUJO CONTRA

UN PILAR

VORTICOSAS

Con aporte

FLUJO

Sin aportede sólidos.

V < Vc

V > Vc

HAMILL, L. (1999) Bridge Hydraulics. E & F Spon, London and New York.

FLUJO

PILAR

Falla típica por erosión local(Martín Vide)

10Simulación de la socavación al pie de un

pilar de puente (Modelo CCHE3D).


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MELVILLE, B. W. & COLEMAN, S. E. (2000) Bridge Scour. Water ResourcesPublications, Highlands Ranch (CO).

Nueva Zelanda

DISEÑO DE LA CIMENTACIÓNDISEÑO DE LA CIMENTACIÓNDE PUENTESDE PUENTES

LABOR ESENCIALMENTEMULTIDISCIPLINARIA

Vialidad

Hidráulica Fluvial

Transporte de

Análisis Estructural

Modelos hidráulicosCostosProcedimientos de

Hidrología

Geología

Geotecnia

construcciónOtras (Topografía,Batimetría, etc.)


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FALLAS EN LOS PUENTES. ASPECTOS

HIDRAULICOS EN EL DISEÑODE LOS PUENTES

1. Aspectos generales

2. Fallas en puentes

3. Hidráulica de

Puentes

¿POR QUÉ FALLAN¿POR QUÉ FALLAN

LOS PUENTES?LOS PUENTES?

¿POR QUÉ SE ESTUDIA¿POR QUÉ SE ESTUDIA

LAS FALLAS OCURRIDAS ENLAS FALLAS OCURRIDAS EN

LOS PUENTES?LOS PUENTES?

EL ESTUDIO DE LAS FALLAS ES FUENTE DE CONOCIMIENTO.

Lima, Puente Balta. 14 marzo 2009


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CAUSAS MÁS FRECUENTES DECAUSAS MÁS FRECUENTES DE

FALLAS DE GRANDES PUENTESFALLAS DE GRANDES PUENTESA NIVEL MUNDIALA NIVEL MUNDIAL

oque con cuerpos ex ra os(embarcaciones, bloques de hielo, etc.)

Comportamiento fluvial (Socavación,dinámica fluvial)

Sismos.

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Estas causas pueden presentarse aisladaso combinadas

¿Pueden ocurrir dos omás eventos, con su

máxima intensidad, en¡Su probabilidades remota, pero

Debe examinarse cuidadosamente la

orma s mu t nea

“ Eventos extremos”

no es mpos e

Q

probabilidad de ocurrencia de eventosextremos, aislada o conjunta, para noexagerar los costos de la estructura.


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INFORMACIÓN ESTADÍSTICA SOBREINFORMACIÓN ESTADÍSTICA SOBREFALLAS EN 143 PUENTES DE TODO ELFALLAS EN 143 PUENTES DE TODO EL

MUNDOMUNDO(Smith D. W., 1971)Corrosión (1)

Viento (4)

Diseño inadecuado (5)

Sismos (11)

Construcción (12)

Sobrecar a e im acto de embarcaciones

(14)Materiales defectuosos (22)

Avenidas (70)

17PRÁCTICAMENTE EL 50% DE LAS FALLAS TUVO SU

ORIGEN EN PROBLEMAS HIDRÁULICOS

70/143

Shirole y HoltPeriodo de estudio 30 años

Puentes fallados: 1000

( de los 600 000 existentes60%: Socavación

AASHTO(American Association of State Highway and

.

Causa más común:

“La mayor parte de los puentes que hanfallado, en USA y en todo el mundo, ha

sido debido a la socavación.”


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MEGANIÑO1982-83

55 PUENTES

DESTRUIDOS O AFECTADOS

FALLAS EN EL PERÚFALLAS EN EL PERÚ

MEGANIÑO1997-98

58 PUENTES

PUENTE REQUE(Marzo 1998)

28 PUENTES

AFECTADOS

LOS DAÑOS EN LA INFRAESTRUCURA VIALFUERON CONSIDERABLES

MEGANIÑO 1997MEGANIÑO 1997--9898

INFORME SOBRE LOS DAÑOS

PUENTE PARCA.El único acceso a la

uebrada de SantaEulalia, fue arrasadopor los huaicos yaisló a decenas defamilias. (1998)


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LOS DAÑOS DE ORIGEN HIDRAÚLICOLOS DAÑOS DE ORIGEN HIDRAÚLICO

QUE SUFREN LOS PUENTES TIENENQUE SUFREN LOS PUENTES TIENENDIVERSOS ORÍGENESDIVERSOS ORÍGENES

Fundamentalmente provienen de noprever debidamente elcomportamiento de ríos y quebradas.

De la mala ubicación de las obras.

De su insuficiente dimensionamiento.

PRÁCTICAMENTE LA TOTALIDAD DE LAS FALLAS

OCURIDAS EN EL PERÚ EN LAS ÚLTIMAS

DÉCADAS TUVO SU ORIGEN EN PROBLEMAS DE

HIDRÁULICA FLUVIAL Y NO EN LOS LLAMADOS

”PROBLEMAS ESTRUCTURALES”.

ES INDISPENSABLE MIRAR EL PROBLEMA

DESDE ESTA PERSPECTIVA Y ESTUDIAR EL

COMPORTAMIENTO FLUVIAL Y SU

INTERACCIÓN CON LOS PUENTES.


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FALLAS EN LOS PUENTES. ASPECTOSHIDRAULICOS EN EL DISEÑO

DE LOS PUENTES

1.Aspectos generales

2.Fallas en puentes

. u u

HIDRÁULICA DE PUENTESHIDRÁULICA DE PUENTES

Aspectos de la Hidráulica Fluvialaplicada al diseño de puentes.

frente a la acción del agua.

Calcular las profundidades de erosión.Garantizar el tránsito de la Avenida deDiseño.

RÍO

PUENTE

MOVILIDAD

ESTABILIDAD


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En el diseño de puentes es

importantísimo realizar un estudiode Hidráulica Fluvial, lo

suficientemente profundo como

para prever y controlar los efectos

de la interacción río-puente.

LOS RÍOS SON ELEMENTOSLOS RÍOS SON ELEMENTOSFUNDAMENTALMENTE DINÁMICOS ENFUNDAMENTALMENTE DINÁMICOS EN

EL TIEMPO Y EN EL ESPACIO.EL TIEMPO Y EN EL ESPACIO.


a) El conocimiento del río.

b La avenida, o el hidro rama, de

diseño.

c) Emplazamiento del puente.

d) Alineación del puente con respecto a

.

e) Luz y altura del tablero.

f) Otros.


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Es fundamental tener un buen conocimiento del río

Determinación del tipo de río: recto, entrelazado o

a) Conocimiento del río

meándrico.

El diseño está ligado al tipo de río

Tipo de río = tramo fluvial comprometido

Analizar las características de cada tramo fluvial (arenoso,pedregoso, pendientes, etc.)

s a a e ramo uv a comprome o ncauzam en o

Condiciones de aproximación.

EL DISEÑO DE UN PUENTE IMPLICA UN RIGUROSOESTUDIO DE HIDRÁULICA FLUVIAL, COORDINADO CON

ASPECTOS HIDROLÓGICOS Y SEDIMENTOLÓGICOS.


La selección de la Avenida de Diseñocorresponde al Jefe del Proyecto (es una de las

b) La avenida, o el hidrograma, de diseño…

decisiones más importantes). Está asociada a:

• Comportamiento del tramo fluvial comprometido• La sección en la que se ubica el puente

• Las socavaciones previstas

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• Importancia y costo de la obra

• Otros aspectos. Es decir, que proviene de unanálisis técnico económico y

no exclusivamente de unanálisis hidrológico.


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La AASHTO (American Association of State

b) … La avenida, o el hidrograma, de diseño...

g way an ransportat on c a srecomienda la Avenida Centenaria o “aquellaque siendo menor alcance el nivel del tablero”.

PARA EL CÁLCULO DE LA SOCAVACIÓNPARA EL CÁLCULO DE LA SOCAVACIÓN

e era g way m n s ra on

Manual “HEC-18” (Lechos arenosos)

Hydraulic Engineering Circular Nº 18:

Evaluating Scour at Bridges.


No siempre es útil el concepto de Avenida de

b) … La avenida, o el hidrograma, de diseño.

se o. veces ay que recurr r a concep o eHidrograma de Diseño, según nuestra

experiencia en proyectos nacionales.

Consideraciones de Diseño de EstructurasHidrául icas Sujetas al Fenómeno de El Niño (XIV

,

El concepto de Avenida (Caudal) suele implicarun valor instantáneo. Durante los grandes Niñosse presenta un tren de ondas, que debe sertomado en cuenta.


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Durante el Fenómeno de El Niño lasavenidas se caracterizan, más que por unvalor puntual, por un tren de ondas descrito

b) … La avenida, o el hidrograma, de diseño.

por un rograma e rec as.

RÍO PIURA


Hay que compatibilizar las necesidades viales conlas hidráulicas (en el más amplio sentido del término)

c) Emplazamiento del puente

Richardson y otros autores señalan la importancia

de:La morfología fluvial

El alineamiento del río

Las característicashidrológicas

Longitud del puente

fluvial con el tiempo

El material constituyentedel lecho y de lasmárgenes

Los costos del eventualencauzamiento

ro emas eexpropiaciones

Costos de mantenimiento

Procedimientos deconstrucción

Otros factores.


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d) Alineación del puente conrespecto de la corriente

Se debe determinar el talweg, φ (Q)

La dirección de la corriente, φ (Q)

sobre los pilares.


No siempre la “máxima avenida” es la más

e) Luz y altura del tablero

desfavorable.Hay que verificar los niveles de la superficie libre

para diferentes caudales, en función de ladegradación o agradación del lecho.Las avenidas deben poder transitar con el pelode agua debajo del tablero. “Borde libre”.Debe considerarse la posibilidad de cuerposextraños (Ejemplo, palizadas)Dimensiones del vano (o vanos): longitud y alturalibres.Capacidad de descarga del vano (s)


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INSTITUTO DE LA CONSTRUCCION Y GERENCIA - ICG


Sobreelevación aguas abajo por obstrucciónparcial del cauce de avenidas.

f) Otros

Erosión por estrechamiento del cauce.Socavación (erosión local) por pilares yestribos.

H I D R Á U L I C A D E P U E N T E S

¡¡¡ EL PUENTE FORMA PARTE DE UN¡¡¡ EL PUENTE FORMA PARTE DE UNCAMINO E INTERACTÚA CON UN RÍO!!!CAMINO E INTERACTÚA CON UN RÍO!!!

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