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1 Sociedad Mexicana de Ingeniería Estructural PROPUESTA DE UNA METODOLOGÍA PARA LA ESTIMACIÓN DE DAÑOS POR SOCAVACIÓN EN PUENTES Alejandro Aguado 1 , Leo M. Castañeda 2 , Mauro Niño 1 Marco A. Torres 1 , y Eduardo Reinoso 1,2 RESUMEN Se plantea una metodología para la evaluación del daño generado como consecuencia de la socavación en la cimentación y obras de acceso de puentes a nivel regional ante la ocurrencia de avenidas de gran magnitud considerando la presencia de pilas, la contracción del cauce original y el arrastre del material del fondo del lecho del cauce. Se considera que la metodología planteada es de amplia aplicación para la prevención y mitigación del daño en puentes, además para la creación de planes que ayuden a la gestión y transferencia del riesgo por parte de las entidades correspondientes. ABSTRACT This paper propose a methodology to assess the damage generated as consequence of bridge scour at the foundation and bridge access at regional level by the occurrence of large floods considering the presence of piers, the contraction of the original flow and debris transportation on the bed of the river. This methodology might be widely applicable to the prevention and mitigation of bridge damage and to create plans under the disaster risk management philosophy by the corresponding entities. INTRODUCCIÓN En el presente trabajo se presenta una metodología para determinar el nivel de daño en puentes a nivel regional, consecuencia de la socavación. Este fenómeno es la principal causa del colapso de puentes derivado de la ocurrencia de eventos hidroclimatológicos extremos. La socavación, ocurre independientemente de la existencia de alguna estructura en el torrente fluvial, sin embargo, éstas intensifican el problema, pues los elementos como estribos o pilas de los puentes dentro del cauce, originan una disminución en el área hidráulica del mismo, provocando un aumento en la velocidad y por ende, remoción del material de fondo, ocasionando un incremento en la profundidad de socavación. La socavación en los puentes puede generar que éstos fallen total o parcialmente, ocasionando pérdidas directas e indirectas, no solo económicas, sino consecuenciales (al quedar inhabilitado y dejar incomunicadas las localidades o regiones a las que conecta) y lamentablemente, en algunos casos, pérdida de vidas humanas. Tal es el caso del puente Tonalá, límite entre los estados de Veracruz y Tabasco, que en el 2009, debido a una depresión tropical que aumentó el volumen del cauce, presentó socavación local en dos de sus pilas ocasionando el colapso del puente y cobrando la vida de personas que se encontraban cruzando el puente. Otro ejemplo de las consecuencias de este fenómeno es el puente Macuilxóchitl, localizado en la carretera Oaxaca Tehuantepec, el cual presentó socavación local en estribos ocasionada por fuertes lluvias, generando una separación entre la superestructura y el terraplén de acceso, dejando inhabilitado el puente. Para evitar situaciones como las anteriores, es importante determinar el daño que se puede presentar ante la ocurrencia de grandes avenidas que provoquen socavaciones de magnitudes mayores a las que originalmente 1 Instituto de Ingeniería, UNAM, Ciudad Universitaria, Coyoacán 04510, [email protected], [email protected], [email protected] , [email protected] 2 ERN, Evaluación de Riesgos Naturales y Antropogénicos S.A. de C.V. Vito Alessio Robles No 179, Hacienda de Guadalupe Chimalistac, C.P. 01050, México, D.F. [email protected]

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Sociedad Mexicana de Ingeniería Estructural

PROPUESTA DE UNA METODOLOGÍA PARA LA ESTIMACIÓN DE DAÑOS POR

SOCAVACIÓN EN PUENTES

Alejandro Aguado1, Leo M. Castañeda

2, Mauro Niño

1 Marco A. Torres

1, y Eduardo Reinoso

1,2

RESUMEN

Se plantea una metodología para la evaluación del daño generado como consecuencia de la socavación en la

cimentación y obras de acceso de puentes a nivel regional ante la ocurrencia de avenidas de gran magnitud

considerando la presencia de pilas, la contracción del cauce original y el arrastre del material del fondo del

lecho del cauce. Se considera que la metodología planteada es de amplia aplicación para la prevención y

mitigación del daño en puentes, además para la creación de planes que ayuden a la gestión y transferencia del

riesgo por parte de las entidades correspondientes.

ABSTRACT

This paper propose a methodology to assess the damage generated as consequence of bridge scour at the

foundation and bridge access at regional level by the occurrence of large floods considering the presence of

piers, the contraction of the original flow and debris transportation on the bed of the river. This methodology

might be widely applicable to the prevention and mitigation of bridge damage and to create plans under the

disaster risk management philosophy by the corresponding entities.

INTRODUCCIÓN

En el presente trabajo se presenta una metodología para determinar el nivel de daño en puentes a nivel

regional, consecuencia de la socavación. Este fenómeno es la principal causa del colapso de puentes derivado

de la ocurrencia de eventos hidroclimatológicos extremos. La socavación, ocurre independientemente de la

existencia de alguna estructura en el torrente fluvial, sin embargo, éstas intensifican el problema, pues los

elementos como estribos o pilas de los puentes dentro del cauce, originan una disminución en el área

hidráulica del mismo, provocando un aumento en la velocidad y por ende, remoción del material de fondo,

ocasionando un incremento en la profundidad de socavación.

La socavación en los puentes puede generar que éstos fallen total o parcialmente, ocasionando pérdidas

directas e indirectas, no solo económicas, sino consecuenciales (al quedar inhabilitado y dejar incomunicadas

las localidades o regiones a las que conecta) y lamentablemente, en algunos casos, pérdida de vidas humanas.

Tal es el caso del puente Tonalá, límite entre los estados de Veracruz y Tabasco, que en el 2009, debido a una

depresión tropical que aumentó el volumen del cauce, presentó socavación local en dos de sus pilas

ocasionando el colapso del puente y cobrando la vida de personas que se encontraban cruzando el puente.

Otro ejemplo de las consecuencias de este fenómeno es el puente Macuilxóchitl, localizado en la carretera

Oaxaca – Tehuantepec, el cual presentó socavación local en estribos ocasionada por fuertes lluvias, generando

una separación entre la superestructura y el terraplén de acceso, dejando inhabilitado el puente.

Para evitar situaciones como las anteriores, es importante determinar el daño que se puede presentar ante la

ocurrencia de grandes avenidas que provoquen socavaciones de magnitudes mayores a las que originalmente

1 Instituto de Ingeniería, UNAM, Ciudad Universitaria, Coyoacán 04510, [email protected],

[email protected], [email protected] , [email protected] 2 ERN, Evaluación de Riesgos Naturales y Antropogénicos S.A. de C.V. Vito Alessio Robles No 179,

Hacienda de Guadalupe Chimalistac, C.P. 01050, México, D.F. [email protected]

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se diseña la estructura, y así crear los planes y programas que ayuden a prevenir y mitigar este tipo de

problemas.

Partiendo de esta primicia, en este artículo se presenta una metodología simplificada para estimar el daño en

puentes por socavación, estableciendo los elementos que conforman los puentes, el costo que representan

cada uno con un porcentaje de daño ocasionado en función de un nivel de socavación, y finalmente

conjuntando todo esto para definir, de manera global, el daño en la estructura.

METODOLOGÍA

De manera general, la metodología para determinar el daño esperado está compuesta por los siguientes pasos:

1. Determinar los elementos que componen a un puente.

2. Establecer el valor que representa cada elemento respecto al costo total del puente.

3. Establecer diferentes niveles de socavación.

4. Definir un porcentaje de daño de cada elemento debido al nivel de socavación establecido.

5. Determinar el daño esperado en el puente para los diferentes niveles de socavación establecidos en el

punto 3 a través del uso de la ec. 1.

1

N

s Ei Ei s

i

E Y K F Y

donde,

(Ys)] = daño esperado en el puente respecto a cierto nivel de socavación

FEi (Ys) = daño en el i-ésimo elemento del puente

= proporción del costo total que representa el i-ésimo elemento del puente

N = número de elementos del puente

6. Graficar los resultados de daño vs. los diferentes niveles de socavación empleados.

A continuación se describen de manera detallada cada uno de los pasos mencionados anteriormente.

ELEMENTOS QUE COMPONEN A UN PUENTE

Es importante tener presente que no todos los puentes tienen el mismo comportamiento y el mismo nivel de

socavación, incluso en un mismo puente, los elementos que lo conforman se comportan de manera diferente,

ocasionando que la socavación y sus efectos no sean los mismos para cada uno de ellos. Por lo anterior, es

necesario determinar en primer lugar cuáles son los elementos que más se dañan cuando este fenómeno se

presenta.

Cada puente, debido a sus características geométricas, está conformado de elementos que se comportarán de

cierta manera, por lo que es importante hacer un listado de ellos, por ejemplo, como parte de la

superestructura está la superficie de rodamiento y los parapetos; como parte de la subestructura, se encuentran

los alerones, estribos y pilas; como parte de la cimentación, están la cimentación en estribos y la cimentación

en pilas. Además de lo anterior, en conveniente considerar los terraplenes de acceso, ya que si estos sufren

algún daño, el puente puede quedar inutilizable.

Superestructura

La superestructura es aquella parte que permite la unión entre dos puntos, formado de uno o más tramos o

claros. Los elementos de la superestructura son los últimos en dañarse debido a la socavación.

Superficie de rodamiento: Superficie superior de la superestructura donde se apoyan los vehículos o

peatones para el cruce del puente.

Parapetos: Dispositivos colocados longitudinalmente en una obra vial, para una mejor conducción

de los vehículos, logrando dar a los conductores y a la estructura mayor seguridad y protección.

Banqueta: Zonas destinadas al tránsito de peatones.

(1)

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Subestructura

La subestructura de los puentes es aquella que une la superestructura con la cimentación, está constituida por

estribos y pilas, estos elementos trabajan en conjunto con alerones y cabezales, respectivamente. Dentro de

este grupo los alerones son los primeros en dañarse debido a la socavación.

Estribos: Estructuras que soportan el extremo de un claro de puente y proporciona apoyo lateral para

el material de relleno sobre la cual descansa el camino inmediato al puente. Debido a la socavación,

se daña junto con las pilas después de la cimentación.

Alerones: Contienen el terraplén de acceso, al encausar el río, protegen al estribo de la socavación

por contracción, por lo que se dañan antes que el estribo.

Pilas: Provee un apoyo intermedio para la superestructura. Debido a la socavación, se daña junto con

los estribos después de la cimentación.

Cabezales: Conecta la superestructura con los apoyos del puente.

Cimentación

Transmitirá las cargas de la estructura al suelo, después de los terraplenes y alerones se daña la cimentación

debido a la socavación.

Pilas o pilotes: Elementos estructurales alargados, de diferentes materiales, empleados en la

cimentación profunda de estructuras con el objeto de transmitir las cargas de la subestructura al

suelo.

Zapata: Elemento estructural que transmite la carga de una estructura al suelo.

Obras de acceso

Las obras de acceso permiten darle la utilidad y funcionalidad al puente, esto se logra con terraplenes de

acceso, que debido a la socavación es de los primeros elementos en resultar dañados.

ESTABLECER EL VALOR DE CADA ELEMENTO

Una vez que se lleva a cabo la identificación de los elementos (estructurales y no estructurales), se les asigna

el valor que representa cada uno respecto al costo total del puente, de lo contrario, se tendría un mismo daño

para todos aquellos puentes que estuvieran sometidos a condiciones de flujos similares, independientemente

de su tipo, lo cual en la realidad no ocurre. Como ejemplo de lo anterior se consideran las pilas de un puente

de tres claros, las cuales representan cierto porcentaje de la subestructura del puente, en cambio, un puente de

un solo claro, las pilas no tendrán ningún valor, pues está apoyado solamente por estribos y éstos sí tendrán

una mayor importancia en la subestructura de este tipo de puente. Este valor corresponde a KEi dentro de la ec.

1.

ESTABLECER DIFERENTES NIVELES DE SOCAVACIÓN

Generalmente, la susceptibilidad a la socavación está asociada a una socavación crítica definida en los

diferentes reglamentos de diseño existentes. Con base en esto, se han propuesto diferentes metodologías para

estimar la socavación potencial a la que están expuestos los diferentes puentes. Una de las metodologías es la

propuesta por el Instituto de Geología de Montana elaborado en colaboración con el Departamento de

Transportes de Montana (Holnbeck y Parrett, 1997), quienes estiman la profundidad de socavación con la

ayuda de pocos datos del sitio de interés, cuyos resultados son comparables con aquellos obtenidos a través de

métodos más elaborados que requieren una gran cantidad de datos para su uso. Este método fue desarrollado

tomando como base de datos la correspondiente a 122 evaluaciones detalladas de puentes en 10 estados de la

Unión Americana a través de una relación entre la profundidad de socavación y las características hidráulicas

que se pueden medir de manera fácil en campo. De igual manera, existen otras expresiones que requieren

poca información para estimar los diferentes tipos de socavación que puede presentar un puente;

investigadores como Federico et al. (2002) proponen una expresión para el cálculo de socavación en pilas,

Richardson y Davis (1995) para el cálculo de socavación en estribos o Laursen (1963) que considera

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solamente el gasto, un ancho de sección y las características del material del lecho del cauce para determinar

la socavación por contracción.

Las bases teóricas para el diseño estructural de puentes están bien establecidas. En contraste, el mecanismo

del flujo y la erosión en ríos no está bien definida y no es posible estimar adecuadamente los cambios en los

límites de los ríos que pueden ocurrir donde se localiza un puente. Esto se debe no solamente a la complejidad

extrema del problema, sino también al hecho que las características del río, la geometría del puente, la

interacción del suelo con el agua son diferentes para cada puente así como también lo son para cada flujo (fig.

1).

Figura 1 Diferencias en socavación presentadas en una misma sección transversal

Factores que afectan la socavación en puentes

Los principales factores que afectan la profundidad de la socavación de la cimentación en puentes son: los

factores geomorfológicos, los sedimentos y materiales arrastrados por la corriente y los factores debido a la

geometría de los puentes.

a) Factores geomorfológicos: Estos factores influyen de manera importante en la socavación general,

dentro de estos factores se encuentran los factores climatológicos y topográficos, la vegetación y las

características del suelo de la cuenca a la que pertenece el río. Estos factores son de primera

importancia porque determinan los porcentajes de agua y sedimentos en la zona donde se localiza el

puente. Otros factores que afectan la socavación son las características del río, como el lugar por el

cual éste circula (zona plana, de colinas o montañosa), la forma de la sección transversal de su cauce

y las características en sus fronteras y finalmente, el tipo de plataforma (recta, sinuosa o meándrica).

Los ríos meándricos se caracterizan por un continuo desarrollo de los meandros, lo cual origina un

peligro potencial asociados a problemas como son la erosión de las obras de acceso debido a la

migración del cauce.

b) Factores debidos a la corriente y materiales arrastrados: Éstos son importantes en la determinación

de la socavación general y local. El flujo de agua o corriente se caracteriza por su velocidad y

profundidad. Además, se debe considerar la materia transportada por el flujo hidráulico ya que las

condiciones de socavación varían si este fenómeno es ocasionado por aguas libres de sólidos o aguas

con material arrastrado.

c) Factores debido a sedimentos: Este tipo de factores incluyen el tamaño y distribución de partículas

y, para sedimentos no cohesivos, la distribución espacial y el tamaño de los sedimentos; todo esto en

la zona donde se localizan los puentes. Estos factores no varían únicamente y de manera significativa

con el tiempo en un sitio en particular, sino que también varían de una parte del sitio en estudio a

otra del mismo sitio, y de un sitio a otro, aún en el mismo depósito de suelo.

d) Factores geométricos: Los factores de la geometría del puente son importantes para la evaluación de

la socavación local. Éstos incluyen el grado de contracción del cauce originado por las dimensiones

del puente en el área en la que éste se localiza, la geometría de la cimentación y la presencia de obras

construidas para evitar la socavación. La contracción del cauce puede ser lateral debido al

acortamiento ocasionado por las obras de acceso del puente y vertical debido a la presencia de la

superestructura. La geometría de las pilas del puente se puede describir por el tipo, forma, longitud,

ancho y alineación respecto al flujo de cada una de las pilas. De igual manera, los estribos se pueden

Nivel de socavación

estimado

Límite del área de

socavación estimada

(considerando sección

trapezoidal)

Nivel de original

del lecho del cauce

Nivel de avenida

Nivel normal

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definir por su tipo, forma de sus extremos, longitud y alineación de los estribos incluyendo las obras

de acceso.

Debido a que este tipo de fenómeno es local y depende de manera importante de las condiciones de la

estructura a estudiar, no es posible definir a priori escenarios de inundación, ya que es necesario conocer las

características de la subestructura y localización de la misma para hacer la estimación de la socavación

respectiva.

Tipos de socavación

En este artículo, la socavación en puentes estará definida por dos tipos de socavación, socavación por

contracción y local (fig. 2). La socavación por contracción se origina debido al cambio de velocidad y

dirección del flujo ocasionada por la disminución de la sección transversal del cauce debida a la presencia de

las pilas y los estribos del puente. La socavación local se presenta debido a la presencia de un obstáculo en la

trayectoria del flujo, siendo éstos las pilas y los estribos.

Figura 2 Distintos tipos de socavación en puentes localizados en ríos o arroyos

Socavación por contracción. Ocurre cuando la cimentación y/o las obras de acceso de los estribos de

un puente restringen el flujo de un río (Fig. 3). Además de lo anterior, la socavación por contracción

llega a ocurrir si el puente está situado en una contracción natural en el ancho del río, situación que

es muy común, ya que este tipo de estructuras generalmente se construyen en las zonas más angostas

de un cauce.

Figura 3 Socavación por contracción

Socavación local. La socavación local en un puente ocurre cuando el flujo local cerca de una pila o

estribo es lo suficientemente fuerte para remover el material que se encuentra en el lecho del cauce,

es por ello que la obstrucción del flujo en un cauce debido a la subestructura de un puente es de suma

importancia en el proceso de socavación ya que la profundidad de ésta es fuertemente dependiente

del ancho y de la forma de las pilas que forman la subestructura (fig. 4).

Socavación

local

Socavación total

en pila

Socavación por contracción

más socavación general

Socavación local en estribo

Nivel de avenida

Nivel normal

Nivel final

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Figura 4 Socavación local en pilas

Socavación total. Una vez que ya se han definido todas las socavaciones ante la ocurrencia de una

avenida extraordinaria, se procede a determinar la socavación total, para cada uno de los apoyos del

puente, como la suma de los diferentes tipos de socavación considerados.

En este artículo se utilizan los modelos de la herramienta HEC-Ras 4.1 (Hydrologic Engineering Center,

2010) para realizar el análisis hidráulico y de socavación. Para esto es necesario conocer los siguientes

parámetros:

Gasto promedio en el flujo que cruza el puente.

Granulometría del suelo donde se localiza el puente

Tipo de subestructura

Perfiles de la sección aguas arriba y donde se localiza el puente

Las curvas de vulnerabilidad para puentes debido a socavación se definirán considerando que el daño iniciará

en las obras de acceso debido la socavación en los estribos hasta llegar al daño estructural, considerando que

éste ocurre cuando la profundidad de socavación de la cimentación en pilas o estribos (YP, YE) es tal que la

fricción entre el suelo y las paredes de los pilotes de cimentación no es suficiente para soportar la carga de

diseño del puente.

DEFINIR PORCENTAJE DE DAÑO DEL ELEMENTO EN FUNCIÓN DE LA SOCAVACIÓN

Como se mencionó anteriormente, cada elemento se comporta de manera diferente y el daño que sufre cierto

elemento es distinto al daño en otro elemento del mismo puente, por lo que se define el porcentaje de daño de

cada elemento causado por un nivel de socavación establecido, FE de la ec. 1, además de que estos niveles

servirán para definir la curva de daño por socavación.

ESTIMAR EL DAÑO TOTAL EN EL PUENTE

Ya establecidos los parámetros, se calcula el daño del puente con la ec. 1, donde la sumatoria representa el

daño de todos los elementos para un nivel de socavación específico. La aplicación de la ec. 1 se repite para

cada uno de los niveles de socavación establecidos en el paso 3.

GRAFICAR LOS RESULTADOS

Existen diferentes metodologías para determinar la socavación en puentes, una vez que se haya hecho esto y,

junto con las curvas de daño obtenidas a partir de la metodología mencionada en este documento, es posible

realizar diferentes combinaciones de gráficas y resultados para utilizarlos en la manera en que se considere

conveniente.

Nivel de avenida

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EJEMPLO DE APLICACIÓN

En el año 2010, el huracán Alex impacto al estado de Nuevo León, provocando lluvias intensas que derivaron

en crecidas importantes en los ríos de la entidad. Especialmente se debe de nombrar el caso de Linares, Nuevo

León, el cual presentó daños importantes en los puentes Camacho, Gómez Morín, Negro, Río Pilón, Viejo,

Villaseca, Lázaro Dimas, El Perico, San Joaquín, Lampazos, Río Verde, Fomerrey, que requirieron la

reconstrucción total o parcial de la obra (Gobierno del Estado de Nuevo León) a consecuencia del aumento

del caudal en el río Pablillos.

Un caso puntual que abordaremos en el siguiente análisis, es el del puente Pablillos Viejo o más comúnmente

llamado puente Amarillo. El puente se encuentra localizado en las coordenadas geográficas 24°51'16" latitud

norte y 99°33'32” longitud oeste, en la sección Sureste del área urbana de Linares.

Según el reporte de daños recabado por el gobierno del estado de Nuevo León, el puente Amarillo registró

daños en las pilas, y consecuentemente se propuso la reconstrucción del mismo. Conocido esto, se decidió

calcular la socavación producida en el puente a consecuencia del caudal registrado en el río Pablillos,

producido como respuesta de la cuenca a las lluvias intensas registradas por el paso del huracán Alex.

La siguiente figura muestra una toma satelital del municipio de Linares, así como la localización del puente

sobre el río Pablillos y una imagen del puente Amarillo, de estructura metálica.

Figura 5 Localización y vista del puente Amarillo

REGIMEN DE AVENIDAS

Para el cálculo del régimen de avenidas en el río Pablillos a la altura del puente Amarillo, se tomaron como

base los datos de la estación hidrométrica clave 25010, administrada por la CONAGUA y localizada

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aproximadamente 500 metros aguas abajo del puente (BANDAS, 2008). Sin embargo, estos datos no han sido

actualizados, así que se solicitó directamente a la administración del organismo de Cuenca Río Bravo, los

datos más recientes en la estación hidrométrica, mismos que fueron proporcionados. Habiendo revisado los

datos máximos diarios en las fechas de ocurrencia del fenómeno hidrometeorológico mencionado, se tomó el

dato de 2074.135 m3/s, como el gasto máximo instantáneo durante el evento y fue registrado el 1 de julio de

2010 En la figura 6 se muestra el cauce turbulento del río Pablillos, al fondo se observa el puente Amarillo y

cómo el nivel del cauce está por llegar al nivel de la superestructura.

Figura 6 Puente Amarillo durante el paso del huracán Alex.

MODELO HIDRÁULICO

Conocido el dato caudal máximo durante el evento en el puente, se desarrolló el modelo hidráulico del tramo

del río Incluyendo la geometría del puente. Los insumos son los siguientes:

Modelos Digital del Terreno con tecnología Lidar

Base de datos de la SCT (SCT, 2008) de los puentes del estado.

Ortofotos escala 1:10,000.

Primero se realizó el modelo del río sobre un Sistema de Información Geográfica, en cual se especificaron las

siguientes características (ver fig. 7): las orillas del rio (Rojo), los patrones de flujo (Morado), el centro del

flujo (Azul) y las secciones transversales antes y después del puente (Verde). Después, se trasladó el modelo

del río al programa de cálculo hidráulico Hec-Ras 4.1, se introdujeron los datos geométricos del puente

Amarillo y el gasto máximo registrado durante la ocurrencia del huracán Alex. A continuación se muestra la

vista del modelo desarrollado y una foto del puente.

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Figura 7 Modelo hidráulico del río Pablillos utilizado en el programa HEC-Ras 4.1

Cálculo de curvas de daño

Para poder estimar el daño en el puente debido a la socavación, se identifican los elementos que conforman el

puente, los cuales se mencionan en la Tabla 1, así como el valor que representa cada uno en relación al costo

total del puente (KE)

Tabla 1 Elementos del puente

Elemento Porcentaje que representa (KE)

Superestructura

Terraplenes de acceso 10%

Superficie de rodamiento 20%

Parapeto 3%

Subestructura

Alerones 3%

Estribos 10%

Pilas 10%

Cimentación Cimentación de estribos 20%

Cimentación de pilas 23%

Total 100%

Los niveles de socavación establecidos van de 0 a 17 metros de profundidad, donde se definirá un porcentaje

de daño en el elemento para cada nivel de socavación.

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Al aplicar la ec. 1 sin realizar la sumatoria que determina el daño global del puente, pero sí con los distintos

niveles de socavación, se obtienen las curvas que se muestran en la fig. 8, las cuales muestran el daño

presentado en cada elemento del puente. La curva de daño en pilas y daño en estribos se considera que son la

misma, al igual que la curva de daño en cimentación en estribos y la de daño en cimentación de pilas.

Figura 8 Curva de daño de cada elemento

RESULTADOS

La socavación generada, según los resultados del modelo hidráulico para el gasto máximo instantáneo, se

muestran en la figura 9 y en la tabla 2.

Figura 9 Socavación en el puente Amarillo debido al huracán Alex

0

20

40

60

80

100

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800

Da

ño

(%

)

Profundidad de socavación (cm)

Terraplenes de acceso

Superficie de rodamiento

Parapeto

Alerones

Estribos

Cimentación estribos

Pilas

Cimentación pilas

0 100 200 300 400 500 600334

336

338

340

342

344

346

348

350

352

354

Bridge Scour RS = 645.0662

Station (m)

Ele

vation

(m

)

Legend

WS PF 51

Ground

Ineff

Bank Sta

Contr Scour

Total Scour

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Tabla 2 Resultados de socavación en el puente Amarillo debido al huracán Alex

Tipo Margen

Izquierdo Canal

Margen Derecho

Socavación por Contracción (m) 0 0 0.59

Velocidad crítica (m/s) 0.91 1.02 0.81

Método Lecho Vivo

Socavación en pilas (m) 5.77 --- ---

Método CSU

Socavación en estribos (m) 0 --- 9.91

Método Froehlich

Socavación por Pilas (m) + Socavación por Contracción (m) 5.77 --- ---

Socavación por Estribos (m) + Socavación por Contracción (m) 10.5 --- ---

Con las curvas definidas en la figura 8, es posible calcular el daño para el puente en estudio una vez conocidas

las características de socavación en cada uno de los elementos que componen al puente

Tabla 3 Daño estimado en cada elemento del puente

Elemento Socavación

(m) Daño local

(%) Daño global

(%)

Estribo izquierdo 0 0 0

Pilas (1, 2, 3) 5.77 17.7 3.53

Estribo derecho 10.5 74 4.89

Superestructura 1 5.77 11.16 0.50

Superestructura 2 5.77 11.16 0.50

Superestructura 3 5.77 11.16 0.50

Superestructura 4 10.5 68 3.04

Obras de acceso 1 0 0 0.00

Obras de acceso 2 10.5 100 4.50

Cimentación estribo izquierdo 0 0 0.00

Cimentación estribo derecho 10.5 85 4.46

Cimentación pilas (1, 2, 3) 5.77 27.7 20.83

Alerón estribo izquierdo 0 0 0.00

Alerón estribo derecho 10.5 98 0.85

Parapeto 1 5.77 3 0.02

Parapeto 2 5.77 3 0.02

Parapeto 3 5.77 2.54 0.02

Parapeto 4 10.5 68 0.51

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Con base en los resultados mostrados en la tabla 3 para cada uno de los componentes del puente, se tiene que

el daño del puente es del 44.16 % del costo total. Dado este valor, se puede estimar que es posible llevar a

cabo una reparación del mismo para regresarlo a sus condiciones originales de servicio sin necesidad de

demolerlo y construir un nuevo puente.

CONCLUSIONES

En este artículo se presenta una metodología para estimar el daño en puentes por socavación a nivel regional,

considerando en su formulación el comportamiento que puede presentar cada uno de los elementos que

componen un puente para definir un daño global.

La formulación presentada es sencilla en su concepción pero robusta en sus bases al considerar los diferentes

niveles de daño presentados en los puentes a través de una discretización de sus elementos, lo que permite

emplearla a nivel regional para toda una cartera de este tipo de infraestructura.

El conocer el nivel de daño esperado que un puente puede presentar ante avenidas extraordinarias coadyuvará

en la creación de planes de prevención y mitigación de los daños, así como en la creación de planes de

atención de emergencias en un contexto integral para la gestión del riesgo.

REFERENCIAS

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