ESTUDIO HIDROLÓGICO, HIDRÁULICO Y DE ......ESTUDIOS HIDROLOGICO, HIDRÁULICO Y SOCAVACIÓN DEL...

ESTUDIOS HIDROLOGICO, HIDRÁULICO Y SOCAVACIÓN DEL PUENTE ACAE.

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ESTUDIO HIDROLÓGICO, HIDRÁULICO Y DE SOCAVACION

PUENTE ACAÉ


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TABLA DE CONTENIDO

1.- OBJETO Y ALCANCE DEL ESTUDIO................... ........................................... 3

2.- ESTUDIO HIDROLÓGICO ................................................................................. 4

2.1.- Análisis de Precipitación .................................................................................................................... 4

2.2.- Tiempo de Concentración .................................................................................................................. 4

2.3.-Tormenta de Diseño. ........................................................................................................................... 5

2.4.-Estimación del Caudal Máximo ......................................................................................................... 7

3.- ESTUDIO HIDRÁULICO ............................ ...................................................... 10

3.1.- Investigaciones de Campo .................................................................................................................10

3.2.- Modelo HEC – RAS ...........................................................................................................................11

3.3.- Estimación del Coeficiente de Rugosidad del Cauce. .....................................................................11

3.4.- Perfil de Flujo ....................................................................................................................................13

4.- ESTUDIO DE SOCAVACIÓN ......................... ................................................. 15

4.1.- Caracterización del Sedimento del Lecho del Río Acaé. ...............................................................15

4.2.- Socavación General. ..........................................................................................................................15

4.3.-Socavación Local. ...............................................................................................................................16

4.4.-Socavación Total. ................................................................................................................................16

6.- ANALISIS DE RESULTADOS ........................ ................................................. 17

6.1.-Problemática General.........................................................................................................................17

6.2.- Análisis y Acciones Recomendadas ..................................................................................................19

7.- CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ................ ................................... 20


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1.- OBJETO Y ALCANCE DEL ESTUDIO _________________________________________________________________________ El propósito del presente estudio, fue el de realizar los estudios Hidrológicos, Hidráulicos y de Socavación para la rehabilitación del puente sobre el río Acaé aledaño a la población Simón Bolívar en el Departamento del Putumayo. La Figura 1.1 presenta la localización del puente. Las coordenadas geográficas donde se encuentra el puente son las siguientes: Latitud: 0° 34’ 16.68” N Longitud: 76° 44’ 19.98” W Con el fin de alcanzar el anterior objetivo, se realizaron los estudios hidrológicos cuyo propósito fue el de determinar el caudal de diseño para el puente. El estudio hidráulico tuvo como propósito el de establecer los niveles máximos del río Acaé que permitan establecer el gálibo del puente y determinar los parámetros hidráulicos requeridos para adelantar los estudios de socavación. El estudio de socavación buscó identificar los diferentes fenómenos de socavación que eventualmente se pueden presentar y que puedan afectar los elementos estructurales del puente; en términos generales se estudiaron las socavaciones general y local. A continuación se presentan los criterios, procedimientos y resultados obtenidos en cada una de las actividades mencionadas.


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Figura 1.1: Localización del Puente sobre el río Ac aé. Se aprecia la población Simón Bolívar. 2.- ESTUDIO HIDROLÓGICO __________________________________________________________________ El propósito del estudio hidrológico fue el de establecer el caudal máximo esperado para la creciente de diseño, la cual se fijó a la correspondiente a un período de retorno igual a 100 años. 2.1.- Análisis de Precipitación

Se revisó la información hidrometeorológica disponible en los archivos del IDEAM, identificándose que las estaciones más cercanas a la cuenca del río Acaé son las que se presentan en la Tabla 2.1 , cuya localización se presentan en la Figura 2.1.


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Tabla 2.1: Estaciones con Información.

Código Tipo Nombre Lat. N Lon. W

4701022 PM El Picudo 0º31’ 76º52’

4701003 PM Pto Asis 0º31’ 76º28’

4701011 PM Pto Caicedo 0º42’ 76º35’

De acuerdo con el tipo de información disponible, se estableció la metodología de establecer los caudales máximos, mediante el análisis de los registros de precipitación máxima, lo cual permite desarrollar las curvas de precipitación – duración – período de retorno y con base en estas aplicar el método del hidrograma unitario al cual se le aplica la tormenta de diseño con el fin de obtener así la creciente esperada con el período de retorno adoptado para el diseño. Se empleó la técnica de los Polígonos de Thissen para establecer la representatividad de las estaciones en la cuenca bajo estudio. En la Figura 2.1 , se presenta la cuenca del río Acaé a la altura del puente, la localización de las estaciones y los polígonos de Thiessen. Como se aprecia, la estación que mejor representa el comportamiento de la lluvia es la estación El Picudo; en consecuencia sus registros de precipitación máxima en 24 horas se analizaron desde el punto de vista estadístico. De la estación seleccionada, se ajustó la serie anual de precipitación máxima en 24 horas a una función de distribución de probabilidad Gumbel Tipo I, a partir de la cual se estimó la precipitación máxima puntual en 24 horas con períodos de retorno entre 2.33 y 100 años. La Tabla 2.2 presenta la serie anual de precipitación máxima en 24 horas de la estación El Picudo. La función Gumbel Tipo I obtenida para la Estación El Picudo es la siguiente:

−+−=

1lnln527.0

076.1

82.2287.112max

Tr

TrP

Donde: Pmax .- Precipitación máxima en 24 horas en mm. Tr.- Período de retorno en años.


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Figura 2.1: Cuenca del río Acaé; localización de la s Estaciones recopiladas y Polígonos de Thiessen.


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Tabla 2.2: Serie Anual de Precipitación Máxima en 2 4 horas. Estación El

Picudo.

Pmax 24h

orden (mm)

1 89.9

2 96.3

3 93.7

4 143.0

5 104.0

6 130.1

7 283.0

8 79.6

9 171.3

10 129.5

11 133.5

12 99.2

13 146.6

14 104.3

15 113.1

16 98.5

17 107.0

18 132.0

19 102.9

20 80.5

21 105.2

22 107.0

23 116.0

La precipitación máxima puntual en 24 horas que se estimó se presenta en la Tabla 2.3 .


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Tabla 2.3: Estimación de la Precipitación Máxima en 24 horas

Tr (años) Pmax(mm)

2.33 114.0

5 133.5

10 149.4

15 158.4

20 164.7

25 169.6

50 184.5

100 199.3

Con base en los estimativos de precipitación máxima en 24 horas para diferentes períodos de retorno, se construyeron las curvas de Precipitación – Duración – Período de Retorno. Para lo anterior, se partió de los resultados encontrados por diversos investigadores como: B.M. Reich, D.M. Hershfield, L.L. Weiss y W.T. Wilson1 que han encontrado que las relaciones duración – lluvia obtenidas en Estados Unidos y otros países, pueden ser aplicadas en otras regiones del mundo, cuyas localizaciones y climas son muy variados. El Departamento Meteorológico de los Estados Unidos (U.S. Weather Bureau) y otros estudios realizados, han concluido que: “La lluvia de t minutos de duración tiene un cociente o relación estable con la lluvia de una hora y mismo período de retorno”; al respecto, F.C. Bell reporta las siguientes relaciones para duraciones cortas, indicando que tales cocientes son independientes del período de retorno.

DURACIONES, EN MINUTOS 5 10 15 30 45 60 120

0.30 0.45 0.57 0.79 0.91 1.00 1.25 De otra parte, D.M. Hershfield y W.T. Wilson establecieron las siguientes relaciones entre la lluvia de 1 hora y la de 24 horas, cubriendo una amplia variedad de climas del mundo:

1 A.C. Goswami. “Short Duration Rainfall Depth-Duration-Frequency Map of India”. Proceedings of the Second International Symposium in Hydrology. Fort Collins, Colorado, USA 1972.


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Número medio de días con lluvia 1 8 16 24 al año. Relación entre la lluvia de 1 hora y 0.20 0.30 0.40 0.50 24 horas.

Utilizando las relaciones anteriores, se construyeron las curvas de Precipitación – Duración – Período de Retorno e Intensidad – Duración – Periodo de Retorno la cuenca del rio Acaé, obteniendo los resultados que se presentan en las Tablas 2.4 y 2.5. Tabla 2.4: Curvas de Precipitación – Duración – Per íodo de Retorno. Duración (min)

Tr (años) 5 10 15 30 45 60 120 1440

2.33 14.4 26.5 33.6 45.7 52.8 57.8 70.0 113.4

5 16.9 31.1 39.4 53.6 61.9 67.8 82.0 132.8

10 18.9 34.8 44.1 60.0 69.3 75.8 91.7 148.7

15 20.0 36.9 46.7 63.6 73.4 80.4 97.2 157.6

20 20.8 38.3 48.6 66.1 76.3 83.6 101.1 163.9

25 21.4 39.5 50.0 68.0 78.6 86.1 104.1 168.7

50 23.3 42.9 54.4 74.0 85.5 93.6 113.2 183.5

100 25.2 46.4 58.8 80.0 92.4 101.1 122.3 198.3

Nota: Precipitación en mm

Tabla 2.5: Curvas de Intensidad – Duración – Períod o de Retorno. Duración (min)

Tr (años) 5 10 15 30 45 60 120 1440

2.33 173.0 159.2 134.5 91.5 70.4 57.8 35.0 4.7

5 202.6 186.5 157.5 107.1 82.5 67.8 41.0 5.5

10 226.8 208.7 176.3 119.9 92.3 75.8 45.9 6.2

15 240.4 221.2 186.9 127.1 97.9 80.4 48.6 6.6

20 250.0 230.0 194.3 132.2 101.8 83.6 50.6 6.8

25 257.3 236.8 200.0 136.1 104.8 86.1 52.0 7.0

50 280.0 257.6 217.6 148.0 114.0 93.6 56.6 7.6

100 302.4 278.3 235.1 159.9 123.1 101.1 61.2 8.3

Nota: Intensidad en mm/h


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2.2.- Tiempo de Concentración

El tiempo de concentración de la cuenca se estableció utilizando los criterios de Kirpich, US Army, Kerby y SCS los cuales se pueden expresar como sigue: Criterio de Kirpich:

385.0

155.1

066.0H

LTc =

donde:

Tc : tiempo de concentración en horas. L : longitud del cause principal en Km. H : desnivel total del cause principal en Km.

Criterio del US Army:

31

5.0)1.1(707.0

S

LCTc

−=

Donde: Tc.- tiempo de concentración en min. C.- coeficiente de escorrentía. L.- longitud del cause principal en m. S.- pendiente media del cauce principal en m/m. Criterio de Kerby:

467.0

21

44.1

=

S

mLTc

Donde: Tc.- tiempo de concentración en min. m.- coeficiente que depende de la superficie. L.- longitud del cause principal en m. S.- pendiente media del cauce principal en m/m.


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La Tabla 2.6 presenta los parámetros medidos de la cuenca y el tiempo de concentración obtenido. Tabla 2.6: Cálculo del Tiempo de Concentración.

L(m)= 45402.8

S(m/m)= 0.00938

C = 0.35

m = 0.75

a = 0.7

Kirpich = 7.5 h

Kerby = 9.3 h

US FAA = 8.9 h

SCS = 186.0 h

Adoptado = 9 h

De acuerdo con los resultados obtenidos se adoptó un tiempo de concentración igual a 9.0 h, cercano al promedio de los tiempos obtenidos con los criterios de Kerby y US FAA; en consecuencia para la tormenta de diseño se adoptó una duración igual al tiempo de concentración obtenido (9h), con el fin de garantizar que toda el área aportara para el caudal máximo estimado. 2.3.-Tormenta de Diseño.

A partir de las curvas de Precipitación – Duración – Período de Retorno, se obtuvieron las precipitaciones totales considerando la duración adoptada (9.0 h) y un período de retorno igual a 100 años (Ver Tabla 2.7 ). La precipitación máxima puntual se afectó por un factor, con el propósito de tener en cuenta el efecto de la distribución espacial de la lluvia. Este factor se adoptó de las curvas generalizadas que se han obtenido como resultado del estudio de muchas tormentas en el mundo, obteniendo la siguiente función para el área de la cuenca (206.6 Km2).

( ) 7395.00754.0 += DLnf


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Donde: D.- duración en horas. De otra parte, la precipitación efectiva se obtuvo a partir del hietograma obtenido, calculando las abstracciones según el método propuesto por el U.S. Soil Conservation Service2, para lo cual se adoptó un número de curva N igual a 70. El método del U.S. Soil Conservation Service se puede expresar de la siguiente manera:

−+

+−=

2.20320320

8.505080

2

NP

NP

Pe

Donde: Pe.- Precipitación efectiva en mm. P.- Precipitación en mm. N.- Número de curva. Con base en las precipitaciones máximas así obtenidas se construyeron las tormentas de diseño generando el histograma, teniendo en cuenta la distribución propuesta por F. A. Huff3 para el segundo cuartil, con el 50% de la probabilidad. La Tabla 2.7 presenta los resultados obtenidos. 2 V. T. Chow, D. R. Maidment, L. W. Mays “Applied Hydrology” Art 5.5. Mc. Graw Hill 1988 3 F. A. Huff, “ Time Distribution of Rainfall in Heavy Storms” Water Resources Research. Vol3, No.4 1967.


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Tabla 2.7: Tormenta de Diseño (Tr = 100 años)

T(h) P(mm) Pe(mm) ∆∆∆∆H(mm) H(mm)

0.8 66.3 12.9 12.9 6.8

1.5 87.4 24.7 11.8 11.8

2.3 100.8 33.3 8.6 12.9

3.0 110.8 40.0 6.8 8.6

3.8 118.8 45.7 5.7 5.7

4.5 125.5 50.6 4.9 4.9

5.3 131.3 54.9 4.3 4.3

6.0 136.3 58.8 3.9 3.9

6.8 140.9 62.3 3.5 3.5

7.5 145.1 65.5 3.2 3.2

8.3 148.8 68.4 3.0 3.0

9.0 152.3 71.2 2.8 2.8

2.4.-Estimación del Caudal Máximo

El caudal máximo se obtuvo aplicando el hietograma de precipitación efectiva obtenido, al hidrograma unitario triangular, estimado mediante el método propuesto por el U. S. Soil Conservation Service, cuyos parámetros básicos son:

Qp = 0.208 A Pe / tp

tp = D/2 + tr tr = 0.6 Tc Tb = 2.67 tp Donde:

Qp : caudal pico en m3/s A : área de la cuenca de drenaje en Km2 Pe: precipitación efectiva en mm tp: tiempo al pico del hidrograma unitario en h D: duración de la tormenta de diseño en h tr: tiempo de retardo en h Tc: tiempo de concentración en h Tb: tiempo base del hidrograma

Según lo anterior, se determinó el hidrograma unitario con una precipitación unitaria de 1 mm y 0.8 horas de duración, obteniendo el hidrograma unitario que se presenta en la Tabla 2.8 . De acuerdo con lo anterior, se aplicó la tormenta de


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diseño al hidrograma unitario, obteniendo la creciente que se presenta en la Tabla 2.9.

Tabla 2.8: Hidrograma Unitario.(Tr=100 años)

t(h) Q(m3/s)

0.0 0.00

0.8 0.93

1.5 1.86

2.3 2.79

3.0 3.72

3.8 4.65

4.5 5.58

5.3 6.51

6.0 7.44

6.8 6.87

7.5 6.30

8.3 5.72

9.0 5.15

9.8 4.58

10.5 4.01

11.3 3.43

12.0 2.86

12.8 2.29

13.5 1.72

14.3 1.14

15.0 0.57

15.8 0.00


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Tabla 2.9: Creciente (Tr = 100 años).

t(h) Q(m3/s)

0.8 0.0

1.5 6.3

2.3 23.6

3.0 52.9

3.8 90.1

4.5 132.6

5.3 179.7

6.0 230.7

6.8 285.4

7.5 333.1

8.3 366.1

9.0 382.5

9.8 388.5

10.5 386.1

11.3 376.3

12.0 360.0

12.8 338.0

13.5 310.6

14.3 278.5

15.0 241.9

15.8 201.1

16.5 160.4

17.3 123.5

18.0 93.4

18.8 70.6

19.5 52.8

20.3 38.2

21.0 26.4

21.8 17.1

22.5 10.0

23.3 4.9

24.0 1.6

24.8 0.0


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De acuerdo con lo anterior, se obtuvo un caudal máximo igual a 388.5 m3/s que corresponde a un período de retorno de 100 años. 3.- ESTUDIO HIDRÁULICO El propósito básico del Estudio Hidráulico fue el de obtener los Niveles Máximos generados en el río Acaé por el paso de la creciente de diseño, teniendo en cuenta las condiciones generadas por el puente existente. Para lo anterior, se partió de la información topográfica generada en campo y de los resultados del Estudio Hidrológico. A partir de la información topográfica se tomaron 7 secciones transversales. Se utilizó el modelo HEC – RAS para el cálculo de los perfiles de la superficie del agua, cuyos parámetros hidráulicos requeridos por el modelo, se estimaron con base en las observaciones de campo y en los resultados obtenidos en el estudio hidrológico, del cual se adoptó como caudal de diseño el correspondiente al período de retorno de 100 años (388.5 m3/s). A continuación se describen las investigaciones de campo adelantadas, los cálculos realizados y los resultados obtenidos. 3.1.- Investigaciones de Campo Además de los levantamientos topográficos, se realizaron inspecciones visuales del cauce con el propósito de establecer su conformación y tipos de materiales tanto en el cauce, como en las márgenes. Las observaciones obtenidas fueron involucradas para establecer los parámetros básicos del modelo hidráulico, como se comenta a continuación.


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3.2.- Modelo HEC – RAS Para el cálculo del perfil del agua generado por el caudal de diseño, se utilizó el modelo HEC – Ras el cual es una versión para windows del modelo HEC – 2, desarrollado por el U. S. Army Corps of Engineers. El programa calcula perfiles de la superficie del agua para flujos gradualmente variados, tanto en cauces naturales como en canales artificiales. Está en capacidad de calcular perfiles para flujos subcrítico y supercrítico, considerando los efectos de la presencia de obstrucciones tales como: puentes, alcantarillas, vertederos y estructuras en las planicies de inundación. El procedimiento básico de cálculo del perfil, es el conocido como “estándar por pasos” el cual resuelve la ecuación de la energía entre dos secciones transversales del río, estimando las pérdidas de energía debidas a la fricción, mediante la ecuación de Manning y las pérdidas de energía debidas a cambios en las sección del canal y/o a la presencia de obstrucciones, como un porcentaje de la carga de velocidad.

3.3.- Estimación del Coeficiente de Rugosidad del C auce. Para la estimación de los coeficientes de rugosidad del cauce, se utilizó la observación de que el lecho está compuesto por arenas – limosas cuyo tamaño característico es D = 0.42 mm. Según lo anterior, se estimó en primer lugar el valor de la rugosidad del cauce por efecto del tamaño de las partículas, mediante la aplicación del criterio de Strickler el cual se puede expresar como:

Strickler: 0365.24

61

65Dno =

Donde: -.no es la rugosidad del cauce por efecto del tamaño de las partículas. -.D es el diámetro representativo del sedimento, donde el subíndice

indica el porcentaje en peso que pasa por un tamiz del tamaño de la partícula especificada en m.


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Teniendo en cuenta lo anterior, se obtuvo el siguiente valor: no = 0.011 De otra parte se tuvieron en cuenta los demás factores que inciden en el valor del coeficiente de rugosidad del cauce, utilizando para ello el procedimiento de Cowan4, en el cual se expresa el coeficiente de rugosidad total como:

( ) 54321 mnnnnnn o ++++= Donde: n .- coeficiente de rugosidad total. n0.- coeficiente de rugosidad debido al tamaño del sedimento. n1.- coeficiente de rugosidad debido al grado de irregularidad del cauce. n2.- coeficiente de rugosidad debido a las variaciones en la sección del cauce. n3.- coeficiente de rugosidad debido al efecto relativo de las obstrucciones en el

cauce. n4.- coeficiente de rugosidad debido al efecto de la vegetación. m5.- efecto de la presencia de meandros. Los anteriores valores se estimaron obteniendo los siguientes resultados:

n0 0.011

n1 0.005

n2 0.005

n3 0.008

n4 0.010

m5 1.15

n 0.045

De acuerdo con lo anterior, la rugosidad del cauce se modeló utilizando un valor igual a 0.045. Para las orillas y llanuras de inundación se adoptó un valor de 0.10, teniendo en cuenta la cobertura vegetal existente.

4 V. T. Chow. “Open Channel Hydraulics”. Art. 5-8.


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3.4.- Perfil de Flujo Teniendo en cuenta la geometría del puente, se realizó la modelación mediante el programa Hec-Ras, y se corrió el modelo con el caudal de diseño (Tr=100 años). Para lo anterior, se procedió a introducir las secciones transversales obtenidas de la topografía y los coeficientes de rugosidad establecidos al modelo HEC-RAS. Así mismo se definieron para las secciones transversales, coeficientes de contracción igual a 0.1 y de expansión igual a 0.3. Para el cálculo del perfil, se verificó primero si el flujo era de carácter subcrítico o supercrítico mediante simulaciones previas. Se estableció en las fronteras tanto de aguas arriba como de aguas abajo, la condición de flujo normal con un gradiente de energía igual a 0.001 m/m, correspondiente a la pendiente media del cauce en el sector bajo estudio. El perfil de flujo para la condición de diseño (Tr=100 años) se presenta en la Tabla 3.1 Tabla 3.1: Perfil generado por el Paso de la Crecie nte de Diseño (Q=388.5

m3/s).

Sección Q Total Cota Min. Cota Agua Yc V F

(m3/s) Canal (m) (m) (m) (m/s)

7 388.5 275.00 282.35 279.02 1.93 0.27

6 388.5 275.00 282.23 2.28 0.33

5 388.5 275.00 282.35 277.72 1.19 0.16

4.5 Bridge

4 388.5 276.00 282.20 1.86 0.28

3 388.5 276.18 282.19 1.74 0.28

2 388.5 276.18 282.15 1.84 0.28

1 388.5 276.17 282.14 279.36 1.78 0.28

Como se observa de los resultados obtenidos, el flujo es de carácter subcrítico, con una velocidad entre 1.19 m/s, y 1.86 m/s; el nivel máximo esperado es de 282.35 msnm; teniendo en cuenta que la rasante del puente en promedio está en la cota 285.00 msnm y que las vigas no superan los 1.0 m de altura, se puede concluir que el puente tiene un gálibo suficiente (del orden de 1.65 m), aunque algo limitado teniendo en cuenta la gran cantidad de objetos flotantes que bajan por el cauce (Ver Fotos 1 y 2 ).


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Foto 1 y 2: Vista de los Objetos Flotantes que se O bservan Bajar por el

Cauce del río Acaé.


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4.- ESTUDIO DE SOCAVACIÓN El propósito del estudio de socavación fue el de identificar los diferentes tipos de socavación que se pueden presentar en el puente existente en el río Acaé. El estudio partió de los resultados obtenidos en el estudio hidrológico e hidráulico y de la información obtenida en el campo. 4.1.- Caracterización del Sedimento del Lecho del Río Acaé. Como resultado de la observación de los materiales que conforman las orillas y lecho del río Acaé, se observaron algunas gravas y cantos sobre la orilla izquierda, pero que aparentemente fueron llevados hasta allí de manera artificial. De otra parte se observó en el resto del cauce tanto en la sección del puente así como aguas arriba y abajo, que el material que conforma el lecho es una arena limosa de tamaño medio. En consecuencia se adoptó un tamaño característico igual a 0.42 mm.

4.2.- Socavación General.

Considerando el tipo de material que conforma el lecho, se seleccionaron los criterios de Abbott y Lacey para la estimación de la socavación general del lecho. Dichos criterios se pueden expresar de la siguiente manera: Criterio de Abbott:

24.0

32.1

=T

QDs

Criterio de Lacey:

31

47.060.0

=

f

QxDs

Donde:


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Ds.- descenso del lecho por efecto de la socavación general en m. Q.- caudal en m3/s. T.- ancho del flujo en m. f.- factor que depende del tamaño del sedimento, el cual se calcula mediante la

ecuación: 5.076.1 Df = D.- diámetro del tamaño característico del sedimento en mm. Al aplicar los anteriores criterios, se obtuvo que el descenso del lecho es del orden de 2.15 m. 4.3.-Socavación Local. Teniendo en cuenta que las pilas están compuestas por dos columnas de 0.4 m de diámetro, se estimó la socavación local mediante el criterio de Jain el cual se puede expresar:

( ) 25.03.0

84.1 cFb

d

b

Ds

=

Donde: Ds.- descenso del lecho en m. b.- ancho de la pila en m. d.- profundidad del flujo en m. Vc.- velocidad crítica para el tamaño característico en m/s Fc.- numero de Froude calculado con la velocidad crítica. Al considerar que el tamaño característico del sedimento es 0.42 mm, se obtiene que la velocidad crítica es igual a Vc = 1.7 m/s; así mismo al considerar un ancho para las pilas de 0.40 m, se obtiene que el descenso del lecho es igual a: Ds = 1.21 m. 4.4.-Socavación Total. De acuerdo con lo anterior, las pilas del puente podrían sufrir una socavación total de una magnitud igual a: 2.15 + 1.21 = 3.36 m.


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6.- ANALISIS DE RESULTADOS _________________________________________________________________________ El propósito de este análisis de resultados es el de contrastar los resultados obtenidos con la problemática que reportada el puente y como resultado de lo anterior, obtener las acciones recomendadas para afrontar la rehabilitación del puente. 6.1.-Problemática General.

Existen reportes o testimonios de pobladores que dicen haber observado movimientos verticales de algunas de las pilas producido por el paso de camiones, como si las pilas se hubiesen socavado y algunas hayan perdido su soporte en el suelo de cimentación. Al parecer este tipo de fenómeno motivó la construcción de zapatas de concreto en las tres primeras pilas (de la orilla izquierda a la orilla derecha), que buscaban básicamente darle apoyo superficial a aquellas que aparentemente evidenciaron el fenómeno de movimientos verticales. Las Foto 3 y 4 presenta la forma de las zapatas mencionadas, las cuales tienen una forma de punta de diamante, con dimensiones aproximadas de 4.0 m de longitud y 1.3 m de ancho. Es importante anotar que la dirección del eje de las zapatas construidas no concuerda con la dirección del flujo; es decir que el flujo pasa oblicuamente formando un ángulo de 39°, lo cual expone la zapata ante el flujo en un ancho de 2.51 m, en lugar de los 1.3 m de ancho de la zapata, lo que aumenta la socavación local que esta puede producir. Las empalizadas que se observaron en campo, pueden exacerbar los niveles de socavación esperados. Durante las exploraciones de campo, se buscó verificar el movimiento vertical de las pilas reportado por los pobladores aprovechando el paso de las tracto mulas que normalmente transitan por el puente. No se hizo la medición sistemática de la deformación en cada una de las pilas por la limitación en la disponibilidad del camión; sin embargo se pudo comprobar que por lo menos en una de las pilas se produjo una deformación vertical de 9 cm que se produce cuando se aplica la carga y se recupera una vez la carga se haya anulado.


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Fotos 3 y 4: Conformación de las Zapatas Construida s a las Primeras 3 Pilas de la Orilla Izquierda.


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6.2.- Análisis y Acciones Recomendadas Si se tiene en consideración la evidencia de que a) las zapatas de las tres primeras pilas se construyeron para brindar soporte superficial a la estructura, porque aparentemente se habían socavado y perdido el apoyo sobre el suelo de cimentación y b) que por lo menos en una de las pilas medidas durante el paso de un camión se evidenció una deformación de 9 cm que se recuperó después de haber pasado el vehículo, se concluye que: • Al parecer las pilas se socavan perdiendo la capacidad de soportar carga por

fricción, pero conserva la posibilidad de soportar carga por punta, teniendo en cuenta que una vez que se deforma verticalmente debe entrar en contacto con el suelo desarrollando esta capacidad aunque sea de manera parcial.

• Es evidente que no todas las pilas se encuentran en la misma situación porque de otra manera se hubiesen evidenciado grandes deformaciones en el puente o hubiese fallado; sin embargo no es posible evidenciar que pila se encuentra en un estado adecuado y cual definitivamente requiere refuerzo.

• Teniendo la magnitud de la socavación que potencialmente se puede generar (general más local del orden de 3.4 m), es evidente que el soporte superficial brindado por las zapatas construidas, tenderá a perderse en la medida en que la socavación se genere; por lo tanto las zapatas no pueden ser consideradas como una solución de largo plazo sino que deben ser consideradas como una acción de emergencia.

• Aunque es casi seguro que algunas pilas cuentan con un apoyo relativamente adecuado, no es posible identificar cuales y por lo tanto se recomienda reforzar la cimentación de todas.

• Es importante no dejar almacenar los troncos y demás objetos flotantes que tienden a formar empalizadas al enredarse con las pilas del puente, porque estas exacerban los niveles de socavación.

Como resultado de lo anterior se recomienda reforzar la cimentación de las pilas mediante el hincado de pilotes alrededor de cada pila, los cuales mediante un elemento metálico deberán recibir la carga de la pila y transferirla al suelo. Para lo anterior se deberá tener en cuenta que el nivel de socavación puede alcanzar los 3.4 m.


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7.- CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES De acuerdo con los estudios realizados, se establecen las siguientes conclusiones y recomendaciones: 1.- De acuerdo con el estudio hidrológico, el caudal con período de retorno de 100

años que se puede esperar a la altura del Puente existente sobre el río Acae es igual a 388.5 m3/s.

2.- El nivel máximo esperado para la creciente de diseño es de 282.35 msnm;

teniendo en cuenta que la rasante del puente en promedio está en la cota 285.00 msnm y que las vigas no superan los 1.0 m de altura, se puede concluir que el puente tiene un gálibo suficiente (del orden de 1.65 m), aunque algo limitado teniendo en cuenta la gran cantidad de objetos flotantes que bajan por el cauce (Ver Fotos 1 y 2 ).

3.- Como se observa de los resultados obtenidos, el flujo es de carácter subcrítico

(0.16<F<0.28), con velocidades entre 1.19 m/s, y 1.86 m/s. 4.-Los análisis de socavación indican que se puede presentar una socavación

total del orden de 3.4 m. 5.- Al parecer las pilas se socavan perdiendo la capacidad de soportar carga por

fricción, pero conserva la posibilidad de soportar carga por punta, teniendo en cuenta que una vez que se deforma verticalmente debe entrar en contacto con el suelo desarrollando esta capacidad aunque sea de manera parcial.

6.- Es evidente que no todas las pilas se encuentran en la misma situación porque

de otra manera se hubiesen evidenciado grandes deformaciones en el puente o hubiese fallado; sin embargo no es posible evidenciar que pila se encuentra en un estado adecuado y cual definitivamente requiere refuerzo.

7.- Teniendo la magnitud de la socavación que potencialmente se puede generar

(general más local del orden de 3.4 m), es evidente que el soporte superficial brindado por las zapatas construidas, tenderá a perderse en la medida en que la socavación se genere; por lo tanto las zapatas no pueden ser consideradas como una solución de largo plazo sino que deben ser consideradas como una acción de emergencia.


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8.- Aunque es casi seguro que algunas pilas cuentan con un apoyo relativamente adecuado, no es posible identificar cuales y por lo tanto se recomienda reforzar la cimentación de todas.

9.- Es importante no dejar almacenar los troncos y demás objetos flotantes que

tienden a formar empalizadas al enredarse con las pilas del puente, porque estas exacerban los niveles de socavación.

10.-Como resultado de lo anterior se recomienda reforzar la cimentación de las

pilas mediante el hincado de pilotes alrededor de cada pila, los cuales mediante un elemento metálico deberán recibir la carga de la pila y transferirla al suelo. Para lo anterior se deberá tener en cuenta que el nivel de socavación puede alcanzar los 3.4 m.

Ing. Alejandro Durán Osorno M. en I. Aprovechamientos Hidráulicos Cel: 315 257 04 29

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