6 Puentes - Hidrologia e Hidraulica
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Acerca de la Elaboración de un Estudio de Hidrología e
Hidráulica para el Diseño de Puentes
Mediante el Estudio de Hidrología e Hidráulica se especifica aquellos aspectos hidráulicos relevantes para el diseño del puente en base a una estimación del caudal máximo de diseño y los efectos de su paso a través del conjunto cauce natural-puente proyectado.
Elevación Puente Buenqueme
Objetivo del Estudio de Hidrología
• Estimar el caudal máximo de diseño
Objetivo del Estudio de Hidráulica
• Estimar las dimensiones mínimas que debiera tener la obra de cruce para evacuar el caudal máximo de diseño sin daños que paralicen el servicio de la vía ante la ocurrencia de un evento extremo previsible.
Estudio de Hidrología
Métodos de Hidrología Utilizados
• Análisis de Frecuencia• Método del Hidrograma Unitario• Método Racional
Selección de la Metodología Apropiada
• Cuando se trata de un río que cuenta con información hidrométrica (caudales máximos), la serie histórica de tales datos puede ser adquirida y puede llevarse a cabo un análisis de frecuencia que proporcione el caudal máximo de diseño.
• Si se trata de un río o quebrada que no cuenta con información hidrométrica, el caudal máximo debe ser estimado a partir de la información pluviométrica (precipitación), en tal caso se hace uso del método del hidrograma unitario o, en algunos casos, el método racional. Estos métodos requerirán la estimación de la tormenta máxima de diseño, de modo que también es necesario llevar a cabo un análisis de frecuencia con la información pluviométrica.
Ubicación del cruce puente-curso de agua
• Una fuente de información importante para la ubicación del cruce puente-curso de agua son las cartas nacionales del Instituto Geográfico Nacional (IGN). Estas cartas suelen ser adquiridas a escala 1/100 000; sin embargo, también se tienen disponibles a escala 1/50 000 y 1/250 000. En estas cartas están representadas las vías asfaltadas y sin asfaltar, los cursos de agua visibles, las curvas de nivel con indicación de accidentes geográficos importantes, líneas de alta tensión, etc., con localización mediante coordenadas geográficas.
• También se dispone de planos topográficos a escala 1/25 000 en el Proyecto Especial Titulación de Tierras y Catastro Rural (PETT) del Ministerio de Agricultura. Estos planos no cubren todo el territorio nacional, sólo las tierras del catastro rural; sin embargo, ello corresponde a gran parte de la costa y la sierra del Perú.
Porción de la Carta Nacional Mazuco
Fuentes de Información Hidrométrica y Pluviométrica • Existen diversas fuentes para adquirir información
hidrométrica y pluviométrica, sin embargo, la más importante sería el Servicio Nacional de Meteorología e Hidrología (SENAMHI), la cual está a cargo de la mayor parte de las estaciones de medición distribuidas en el país.
• Adicionalmente, puede hallarse información en Electro Perú, el Instituto Nacional de Recursos Naturales (INRENA), Proyectos Especiales de Desarrollo y empresas mineras de nuestro territorio.
Información hidrométrica y/o pluviométrica que debe adquirirse• Si el curso de agua a estudiar cuenta con una estación
hidrométrica cercana a la ubicación del cruce, debe adquirirse el registro de caudales máximos, el cual suele ser proporcionado a nivel mensual, para un cierto número de años.
• Si el caudal máximo de diseño debe estimarse a partir de información pluviométrica, debe adquirirse el registro de precipitación máxima en 24 horas, el cual también suele ser proporcionado a nivel mensual, para un cierto número de años. De contarse con información pluviográfica, lo cual no es usual, debe adquirirse el registro de intensidades máximas, el cual suele ser proporcionado para diferentes duraciones de tormenta, para un cierto número de años.
Delimitación de la Cuenca Hidrográfica
• En el caso de una determinación del caudal máximo de diseño a partir de un registro de caudales no suele ser necesario efectuar una delimitación de la cuenca hidrográfica del río a estudiar, sin embargo, esta puede efectuarse con el fin de establecer la magnitud de esta cuenca (área) para relacionarla con el caudal máximo obtenido, sólo como descripción.
• En el caso de una determinación a partir de registros de lluvia sí es imperativo delimitar la cuenca hidrográfica del río o quebrada y determinar algunas de sus características físicas, parámetros que serán utilizados para la estimación precipitación-caudal.
Características Físicas - Cuenca Buenqueme
Nombre ProgresivaArea
(km2)Longitud
(km)Desnivel
(m)Pendiente
(m/m)tc(h)
Q 1 315+699.00 0.587 1.628 130.0 0.080 0.26Q 2 316+017.00 0.478 1.355 125.0 0.092 0.21Q 3 Loro Piwicho 316+293.50 0.184 1.228 140.0 0.114 0.18Q 4 Loro Aurora 316+809.25 1.196 2.635 220.0 0.083 0.36Q 5 Loro Chacarero 317+893.80 0.410 1.438 155.0 0.108 0.21Q 6 Dos de Mayo 318+295.00 29.647 7.391 215.0 0.029 1.21Q 7 Amanapu 320+642.60 2.116 3.021 200.0 0.066 0.44Q 8 321+456.00 0.506 1.362 165.0 0.121 0.19Q 9 Buenqueme 322+655.00 2.453 2.429 200.0 0.082 0.34Q 9a 323+237.47 0.273 0.921 50.0 0.054 0.19Q 9b 324+292.70 0.236 1.036 60.0 0.058 0.20Q 10 Huanquimy 324+875.00 10.546 4.404 150.0 0.034 0.76Q 11 326+744.00 0.103 0.644 65.0 0.101 0.11Q 12 Villa Rosita 327+135.90 0.164 0.579 60.0 0.104 0.10Q 12a 327+590.48 0.109 0.515 60.0 0.116 0.09Q 13 Ronsoco 328+134.82 0.957 1.448 65.0 0.045 0.29Q 13a 328+754.60 0.073 0.474 100.0 0.211 0.07Q 14 El Arenal 328+982.66 3.510 2.431 180.0 0.074 0.36Q 15 Avispa 329+780.00 2.275 2.333 190.0 0.081 0.33Q 15a 330+174.82 0.026 0.342 80.0 0.234 0.05Q 16 Isula 332+181.82 0.086 0.500 70.0 0.140 0.08PM 1 342+817.77 0.184 0.866 50.0 0.058 0.18PM 2 Santa Rosa 343+261.56 1.273 1.680 100.0 0.060 0.29PM 3 344+014.50 0.085 0.821 100.0 0.122 0.13PM 4 Lino 344+340.00 0.686 1.539 135.0 0.088 0.24PM 5 El Minero 344+793.50 0.178 1.142 100.0 0.088 0.19PM 6 345+006.55 0.076 0.718 60.0 0.084 0.13PM 7 345+135.00 0.046 0.541 50.0 0.092 0.10PM 8 Ccoto 345+396.90 0.229 1.099 100.0 0.091 0.18PM 9 Manacaraco 345+608.50 0.070 0.481 50.0 0.104 0.09PM 10 Ollanta 346+005.01 5.156 3.413 130.0 0.038 0.60PM 10a 346+392.50 0.131 0.860 40.0 0.047 0.19PM 11 Santa Rita 346+675.20 0.555 1.152 90.0 0.078 0.20PM 12 Guacamayo 347+555.50 0.144 0.832 30.0 0.036 0.21PM 13 Santa Rita Alta 347+911.60 1.161 2.255 115.0 0.051 0.39PM 14 El Tigre 348+770.60 0.795 1.958 90.0 0.046 0.36PM J1 29.941 8.112 205.0 0.025 1.37PM J2 24.151 8.336 110.0 0.013 1.80PM J3 6.979 5.077 100.0 0.020 1.05
N°
Cuadro N° 1Características Físicas de las Cuencas
Análisis de Frecuencia de Datos Hidrológicos
• La información hidrométrica y pluviométrica disponible es histórica, con eventos cuyo patrón de ocurrencia debe ser analizado a fin de establecer la probabilidad de que se presente un evento superior al que se consideraría en el diseño o, recíprocamente, a partir de una probabilidad de excedencia adoptada, establecer cuál sería el evento de diseño. La probabilidad de excedencia viene a ser la frecuencia, la cual es equivalente a la inversa del periodo de retorno (tiempo promedio en años transcurrido entre los eventos que igualan o exceden determinada magnitud en determinado lugar).
Modelos de Análisis de Frecuencia Utilizados
• Gumbel• Log Normal• Log Pearson Tipo III
Selección de la Muestra de Datos Hidrológicos para Análisis• Se dispondrá inicialmente de un registro histórico con
un dato por mes y por año a partir del cual se obtendrá una muestra de longitud igual al número de años en los que se cuenta con información (longitud del registro en años). Lo usual es tomar un valor por año hidrológico: el máximo valor anual de la variable hidrológica analizada. El año hidrológico se inicia con el inicio del periodo de avenidas y finaliza con el término del periodo de sequías, periodos que se suceden año a año.
• Existen otras metodologías para elaborar la muestra, sin embargo, la indicada previamente es la recomendable para el rango de periodos de retorno utilizados en el diseño de puentes.
AñoP24
(mm)1965 230.8 1966 155.0 1967 192.0 1968 264.2 1969 206.5 1970 187.3 1971 130.2 1972 270.0 1973 270.0 1974 200.0 1975 175.4 1976 183.8 1977 276.2 1998 172.2 1999 224.0 2000 198.9 2001 175.4 2002 160.0 2003 235.5 2004 166.1
* Fuente: SENAMHI, Oficina General de Estadística e Informática
Cuadro N° 2
Valores de Precipitación Máxima en 24 horas Utilizados*Estación: Quincemil
Periodos de Retorno Utilizados para el Diseño de Puentes• El periodo de retorno es un parámetro de diseño
determinante. Si bien en el caso de puentes suele considerarse un periodo de retorno de diseño de 100 años, la entidad que solicita el proyecto debe indicar en los Términos de Referencia cuál será el periodo de retorno a considerar para el diseño.
• En algunos casos puede recomendarse incrementar el periodo de retorno indicado en los Términos de Referencia; ello dependerá de la importancia de la estructura y las pérdidas que podrían resultar si esta falla.
• En algunos casos se requiere que la socavación sea evaluada tanto para el periodo de retorno de 100 años como de 500 años.
Resultado del Análisis de Frecuencia
• Caudal máximo para el periodo de retorno solicitado.
• Precipitación máxima en 24 horas para el periodo de retorno solicitado.
• Intensidad máxima para distintas duraciones de tormenta para el periodo de retorno solicitado.
Tr(años)
P máx 24 hr
2 197.4 5 242.8
10 272.8 25 310.8 50 338.9
100 366.9 500 431.5
* Son los obtenidos con el modelo Gumbel.
Cuadro Nº 4
Valores de Diseño* de Precipitación Máxima en 24 HorasEstación: Quincemil
En el caso de una estimación a partir de los datos de lluvia
Elaboración de la Curva Intensidad- Duración correspondiente
• A partir de la precipitación máxima en 24 horas determinada para el periodo de retorno de diseño solicitado puede estimarse cuál sería la precipitación correspondiente a duraciones menores a 24 horas. Para ello se utilizan factores determinados regionalmente.
• Entonces puede estimarse la intensidad para tales duraciones.
• El gráfico de estos valores intensidad-duración viene a ser la curva ID para el periodo de retorno considerado. Esta curva es utilizada directamente en el Método Racional.
Figura Nº 1
Intensidad de Lluvia - Duración (escala logarítmica)Estación: Quincemil
y = 114.35x-0.5715
y = 89.823x-0.5715
y = 97.232x-0.5715
y = 82.36x-0.5715
1.00
10.00
100.00
1000.00
0.01 0.1 1 10 100
Duración (horas)
Inte
nsi
dad
de
Llu
via
(mm
/hr)
Tr = 2 años Tr = 10 años Tr = 25 años Tr = 50 años Tr = 100 años Tr = 500 años
Nombre ProgresivaArea
(km2)tc
(min)C
I100
(mm/h)
Q100
(m3/s)C
I500
(mm/h)
Q500
(m3/s)Q 4 Loro Aurora 316+809.25 1.196 21.8 0.47 173.36 27.09 0.56 203.88 37.97Q 7 Amanapu 320+642.60 2.116 26.5 0.47 155.12 42.90 0.56 182.43 60.11Q 9 Buenqueme 322+655.00 2.453 20.6 0.47 179.13 57.41 0.56 210.67 80.45Q 15 Avispa 329+780.00 2.275 20.1 0.47 181.90 54.07 0.56 213.92 75.76
N°
Cuadro N° 7aCaudales Máximos de Diseño de los Puentes Obtenidos con el Método Racional
Elaboración del Hietograma de la Tormenta de Diseño
• A partir de la curva ID puede elaborarse el hietograma de la tormenta de diseño, el cual es utilizado en el Método del Hidrograma Unitario.
• El hietograma utilizado es un hietograma de precipitación: incrementos de precipitación para determinados intervalos de tiempo.
Figura 3Hidrograma de Avenida Tr = 100 años - Huanquimy
0.0
25.0
50.0
75.0
100.0
125.0
150.0
175.0
200.0
225.0
250.0
0 5 10 15 20 25 30 35
Tiempo (h)
Cau
dal
(m
3/s)
Hietograma de Precipitación Efectiva
0
10
20
30
40
50
60
70
1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49 52 55 58 61 64 67 70 73 76
Intervalo de Tiempo 0,31 h
Pe
(mm
)
Hidrograma Unitario
0.000
0.200
0.400
0.600
0.800
1.000
1.200
1.400
1.600
0.000 1.000 2.000 3.000 4.000 5.000 6.000 7.000 8.000 9.000
Tiempo (h)
Cau
dal
Un
itar
io (
m3/
s/m
m)
Finalmente, se habrá estimado el caudal máximo de diseño, esto es, el
caudal máximo asociado a un periodo de retorno que tiene en
cuenta minimizar el riesgo de falla del puente.
Estudio de Hidráulica
Métodos de Hidráulica Utilizados
• Flujo Gradualmente Variado• Flujo Uniforme (excepcionalmente)• Dinámica Fluvial General y Local
Información Necesaria
• Planos topográficos con curvas de nivel cada 0,50 m en un tramo de 1 km aguas arriba y 1 km aguas abajo del cruce (ubicación del puente).
• Características granulométricas del suelo (de preferencia perfiles estratigráficos) en la ubicación del cruce (a lo largo de la sección transversal).
• Condición de la superficie en lecho y márgenes en el tramo estudiado (presencia de vegetación, bolonería, palizada, etc.).
• De ser posible, fotografías aéreas (recientes y antiguas) que evidencien la dinámica general del cauce.
Vista hacia aguas arriba
Vista hacia aguas abajo
Vista del lecho
PROYECTO : CORREDOR VIAL INTEROCEÁNICO SURTRAMO III : Km. 300+000 al Km. 366+000CONTRATISTA : CONIRSASUPERVISIÓN : CESEL S.A.
PuenteCoordenada -- - --Prog. (Km.) 322+634 Límite Líquido MTC E 110Prof. 0,00 - 2,90 Ensayo 1 2 3Fecha Nº de Golpes 32 24 16
Recipiente Nº 72 66 31R + Suelo Hum. 40.93 41.67 49.49
Granulometria de los agregados (MTC E 107) R + Suelo Seco 37.27 37.91 45.37
Datos de ensayo Peso Recip. 21.73 22.50 29.33Peso de muestra húmeda : Peso Agua 3.66 3.76 4.12Peso de muestra seca : 22822 Peso S. Seco 15.54 15.41 16.04Peso de muestra lavada : 22203 % de Humedad 23.55 24.40 25.69
Peso % Ret % Ret % que Límite Plástico MTC E 111Tamiz mm. (gr) Parcial Acum. Pasa Ensayo 1 2
6" 152.40 Recipiente Nº 4 185" 127.00 R + Suelo Hum. 35.96 32.284" 101.60 R + Suelo Seco 34.86 31.043" 76.200 100.0 Peso Recip. 26.77 21.86
2 1/2" 63.500 495.0 2.2 2.2 97.8 Peso Agua 1.10 1.242" 50.600 2231.0 9.8 11.9 88.1 Peso S. Seco 8.09 9.18
1 1/2" 38.100 2417.0 10.6 22.5 77.5 % de Humedad 13.60 13.511" 25.400 3585.0 15.7 38.2 61.8
3/4" 19.050 2024.0 8.9 47.1 52.91/2" 12.700 1807.0 7.9 55.0 45.03/8" 9.525 903.0 4.0 59.0 41.0No4 4.760 1733.0 7.6 66.6 33.410 2.000 1151.2 5.0 71.6 28.420 0.840 619.8 2.7 74.3 25.740 0.420 2411.5 10.6 84.9 15.1
100 0.149 2484.9 10.9 95.8 4.2200 0.074 340.9 1.5 97.3 2.7pasa 618.7
L.L : NP L.P : NP I.P : NP GW A-1-a (0)
OBSERVACIONES : Se apresia material meyores de 2" a 3" es = 5%.Nivel Freático esta a 1,50 mts.
Análisis Mecánico por Tamizado y Límites de Attembertg
Especifi-caciones
Malla
Buenqueme
3 de noviembre de 2006
Clasificación Sucs : Clasificación AASHTO :
CURVA GRANULOMETRICA
15
2.4
00
12
7.0
00
10
1.6
00
76
.20
06
3.5
00
50
.60
0
38
.10
0
25
.40
0
19
.05
0
12
.70
0
9.5
25
6.3
50
4.7
60
2.3
80
2.0
00
1.1
90
0.8
40
0.5
90
0.4
20
0.3
00
0.2
50
0.1
80
0.1
49
0.0
74
6" 5" 4" 3" 2½" 2" 1½" 1" 3/4" 1/2" 3/8" ¼" Nº4 8 10 16 20 30 40 50 60 20010080
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0.01
0
0.10
0
1.00
0
10.0
00
100.
000
1000
.000
ABERTURA (mm)
% Q
UE
PA
SA
EN
PE
SO
DETERMINACION DE LIMITE LIQUIDO
10.0
11.0
12.0
13.0
14.0
15.0
16.0
10 100Numero de golpes
% d
e H
um
ed
ad
NP
Características Hidráulicas Importantes
• Las características hidráulicas del flujo en la ubicación de la obra de cruce, en caso de presentarse el caudal máximo de diseño, son determinadas generalmente mediante técnicas de flujo gradualmente variado y sólo excepcionalmente como flujo uniforme.
• Son importantes: el nivel máximo que alcanzará la superficie de agua, el ancho superficial máximo correspondiente y la velocidad promedio en la sección.
• También será de utilidad conocer el régimen del flujo, la pendiente hidráulica, los esfuerzos cortantes actuantes sobre el lecho del cauce, el tirante medio hidráulico, el radio hidráulico.
-20 -15 -10 -5 0 5 10337.0
337.5
338.0
338.5
339.0
339.5
340.0
Puente Buenqueme Plan: 1) Plan 01 16/01/2007
Station (m)
Ele
vatio
n (m
)
Legend
EG PF 1
WS PF 1
Crit PF 1
Ground
Bank Sta
.045
.045 .045
0 100 200 300 400 500 600 700330
332
334
336
338
340
342
344
Puente Buenqueme Plan: Plan 02 19/02/2007
Main Channel Distance (m)
Ele
vat
ion
(m)
Legend
EG PF 1
WS PF 1
Crit PF 1
Ground
Buenqueme Puente
Estimación de la Socavación Potencial en Pilares y Estribos• Socavación general: se estima según la profundización
del lecho observada a lo largo de varios años y la tendencia a futuro.
• Socavación por contracción: se estima si los estribos del puente contraen el flujo en cauce, es decir, cuando la luz del puente es menor al ancho superficial máximo evaluado en un cauce sin puente o, también en el caso de una contracción natural del cauce.
• Socavación local: se estima si los pilares o estribos interactúan con el flujo en cauce, lo obstaculizan, creando una dinámica local que produce una mayor socavación.
• La suma de los tres tipos de socavación indicados viene a ser la socavación potencial total.
Para la estimación de la socavación por contracción y local, se cuenta con fórmulas
empíricas elaboradas por distintos autores. El U.S. Department of Transportation de la
Federal Highway Administration (E.E.U.U.) recomienda el uso de la ecuación de Laursen para la socavación por contracción, la ecuación de la Colorado State University (CSU) para la socavación local en pilares y la ecuación HIRE
(Highways in the River Environment) de la FHWA, para la socavación local en estribos. Fuente:
HEC-18 (Hydraulic Engineering Circular N° 18).
Dimensionamiento del Puente desde el Punto de Vista Hidráulico• Se puede indicar una luz de puente mayor al ancho
superficial del flujo obtenido en la hidráulica del cauce sin puente; así se evita la ocurrencia de socavación local y sólo se tendrá que estimar la socavación general y por contracción.
• Si la luz del puente obliga a un modelamiento hidráulico con interacción del cauce y la estructura, se tendrá que estimar una socavación potencial mayor que incluya la socavación general, por contracción y local.
• Adicionando un borde libre apropiado a la elevación de agua máxima calculada, se determina la elevación mínima del tablero de puente (parte inferior).
• Restando la profundidad de socavación potencial al nivel mínimo del cauce (terreno), se determina la elevación máxima de cimentación de los apoyos del puente.
Comparación para Análisis de Alternativas
Q diseño 57.4 m3/s
Para el caudal de diseño indicado, en la ubicación de la obra de cruce setendría un flujo de las siguientes características (obtenido luego de utilizarel programa de cómputo Hec RAS):
NA 338.69 m nivel de aguaNmin 337.28 m nivel mínimo del cauceA 19.61 m2 área de flujoT 19.90 m ancho superficialV 2.93 m/s velocidad mediaY medio 0.99 m tirante medioY máximo 1.41 m tirante máximoEsf. Cort. 173.09 N/m2 esfuerzo cortante totald50 16.30 mm diámetro medio partículas de lecho
Estimación de la erosión general
x 0.33 exponente que depende de d50ds 2.70 m
Estimación de la erosión por contracción
Determinación del tipo de erosión
y1 0.76 m tirante medio hidráulico sección aguas arribaS1 0.0094 pendiente de la línea de energía aguas arribaV1 1.99 m/s velocidad media aguas arribaVc 1.50 m/s velocidad crítica
V1>Vc EROSIÓN DE LECHO VIVO
v* 0.27 m/s velocidad de cortew 0.32 m/s velocidad de caída d50
v*/w 0.83 ALGO DE MATERIAL EN SUSPENSIÓN
Cálculo utilizando la expresión de Laursen
y1 0.76 m tirante medio hidráulico sección aguas arribayo 0.99 m tirante en la sección contraída antes de erosiónQ1 55.42Q2 57.41W1 39.36 m ancho del cauce aguas arribaW2 19.90 m ancho del cauce en sección contraídan1 0.045 Manning sección aguas arriban2 0.045 Manning sección contraídak1 0.64 exponentek2 0.21 exponentey2 1.21 m tirante medio hidráulico en sección contraída
Estimación de la Profundidad de Erosión Potencial - PUENTE BUENQUEMETr = 100 años
Q diseño 57.4
Para el caudal de diseño indicado, en la ubicación de la obra de cruce setendría un flujo de las siguientes características (obtenido luego de utilizar
NA 338.69 m nivel de aguaNmin 337.28 m nivel mínimo del cauceA 19.61 m2 área de flujoT 19.90 m ancho superficialV 2.93 m/s velocidad mediaY medio 0.99 m tirante medioY máximo 1.41 m tirante máximoEsf. Cort. 173.09 N/m2 esfuerzo cortante totald50 16.30 mm diámetro medio partículas de lecho
Estimación de la erosión general
0.94 coeficiente de contracción3.15 coeficiente de capacidad hidráulica1.00 coeficiente de periodo de retorno
x 0.33 exponente que depende de d50ds 2.70 m
sg 1.3 m
Estimación de la erosión por contracción
Determinación del tipo de erosión
y1 0.76 m tirante medio hidráulico sección aguas arribaS1 0.0094 pendiente de la línea de energía aguas arribaV1 1.99 m/s velocidad media aguas arribaVc 1.50 m/s velocidad crítica
V1>Vc EROSIÓN DE LECHO VIVO
v* 0.27 m/s velocidad de cortew 0.32 m/s velocidad de caída d50
v*/w 0.83 ALGO DE MATERIAL EN SUSPENSIÓN
Cálculo utilizando la expresión de Laursen
y1 0.76 m tirante medio hidráulico sección aguas arribayo 0.99 m tirante en la sección contraída antes de erosiónQ1 55.42Q2 57.41W1 39.36 m ancho del cauce aguas arribaW2 19.90 m ancho del cauce en sección contraídan1 0.045 Manning sección aguas arriban2 0.045 Manning sección contraídak1 0.64 exponentek2 0.21 exponentey2 1.21 m tirante medio hidráulico en sección contraída
Q diseño 57.4
Para el caudal de diseño indicado, en la ubicación de la obra de cruce setendría un flujo de las siguientes características (obtenido luego de utilizar
NA 338.69 m nivel de aguaNmin 337.28 m nivel mínimo del cauceA 19.61 m2 área de flujoT 19.90 m ancho superficialV 2.93 m/s velocidad mediaY medio 0.99 m tirante medioY máximo 1.41 m tirante máximoEsf. Cort. 173.09 N/m2 esfuerzo cortante totald50 16.30 mm diámetro medio partículas de lecho
Estimación de la erosión general
x 0.33 exponente que depende de d50ds 2.70 m
Estimación de la erosión por contracción
Determinación del tipo de erosión
y1 0.76 m tirante medio hidráulico sección aguas arribaS1 0.0094 pendiente de la línea de energía aguas arribaV1 1.99 m/s velocidad media aguas arribaVc 1.50 m/s velocidad crítica
V1>Vc EROSIÓN DE LECHO VIVO
v* 0.27 m/s velocidad de cortew 0.32 m/s velocidad de caída d50
v*/w 0.83 ALGO DE MATERIAL EN SUSPENSIÓN
Cálculo utilizando la expresión de Laursen
y1 0.76 m tirante medio hidráulico sección aguas arribayo 0.99 m tirante en la sección contraída antes de erosiónQ1 55.42 m3/s flujo en el cauce aguas arribaQ2 57.41 m3/s flujo en el cauce contraído, caudal totalW1 39.36 m ancho del cauce aguas arribaW2 19.90 m ancho del cauce en sección contraídan1 0.045 Manning sección aguas arriban2 0.045 Manning sección contraídak1 0.64 exponentek2 0.21 exponentey2 1.21 m tirante medio hidráulico en sección contraída
sc 0.3 m
Elevación Puente Buenqueme
Obras de ProtecciónSon evaluadas según las características hidráulicas del flujo en el tramo estudiado, teniendo en cuenta la dinámica fluvial general.
• Enrocado de protección de diámetro adecuado.• Gaviones caja y/o colchones de protección de
dimensiones y calidad apropiados.• Mampostería de piedra.• Otro tipo de protección.
Finalmente, se habrá estimado las características hidráulicas del flujo ante el paso del caudal máximo de diseño, el efecto de esta hidráulica sobre el lecho y márgenes del río, y
con ello, se habrá indicado los parámetros que desde el punto de vista hidrológico e hidráulico deben
ser considerados en el dimensionamiento del puente.
Debe aceptarse que algunas estimaciones se basan en fórmulas empíricas que aún no son consideradas válidas para todos
los casos, de modo que el criterio ingenieril debe estar presente en toda
estimación; sin embargo, el avance logrado a la fecha en el conocimiento de
las técnicas de hidrología e hidráulica utilizadas es tal que el estudio no puede
limitarse al sólo uso de este criterio ingenieril.
La falla de un puente puede deberse a un diseño defectuoso o también puede ser
resultado de los vacíos aún presentes en nuestro estado de conocimiento respecto
a la compleja hidráulica fluvial; sin embargo, también es cierto que el diseño
lleva asociado un riesgo y es posible la ocurrencia de un evento extraordinario
superior al considerado en el análisis. No será posible la construcción de
superestructuras que garanticen un riesgo cero.
Caso de la Quebrada Huanquimy
Vista hacia aguas arriba
Vista hacia aguas abajo
Vista del lecho
Q diseño 170.3 m3/s
Para el caudal de diseño indicado, en la ubicación de la obra de cruce setendría un flujo de las siguientes características (obtenido luego de utilizarel programa de cómputo Hec RAS):
NA 309.87 m nivel de aguaNmin 305.15 m nivel mínimo del cauceA 74.38 m2 área de flujoT 21.49 m ancho superficialV 2.29 m/s velocidad mediaY medio 3.46 m tirante medioY máximo 4.72 m tirante máximoEsf. Cort. 57.49 N/m2 esfuerzo cortante totald50 0.20 mm diámetro medio partículas de lecho
PUENTE HUANQUIMYTr = 100 años