anexo n 2.iii hidraulica socavaciones

Ingelog

II.5 II.5.1

SOCAVACIONES Antecedentes.

Se considera los resultados desprendidos del clculo del eje hidrulico y la curva granulomtrica de mecnica de suelos. En este caso, se considera el sondaje N 6, emplazado en el lecho del Ro, la cota del horizonte empleado como muestra corresponde a 1.20 hasta 1.80 m. No se consider el estrato superior, porque en el caso de las crecidas es fcilmente erosionable.

Tabla 2-5 Granulometra Sondaje 6 % Pasa 100 96 96 94 93 82 38

Tamiz mm US 25.00 1" 20.00 3/4" 10.00 3/8" 4.76 Malla # 4 2.00 Malla # 10 0.50 Malla # 40 0.07 Malla # 200

Para el estudio de socavaciones se emplear los caudales y resultados correspondientes a 200 aos de perodo de retorno. Las siguientes tablas resumen los resultados hidrulicos: a) Socavacin General. La socavacin general es aquella producida por un estrechamiento artificial o natural del cauce, que provoca un descenso del lecho en un determinado tramo, debido a un desequilibrio de la tasa de salida y entrada del sedimento. En el caso del puente en estudio se consider el estrechamiento provocado por el los estribos del puente en sus orillas. Se ocuparn 2 mtodos dados en el Manual de Carreteras Volumen 3, ao 2001. Estos son el Mtodo de Neill y el Mtodo de Lischtvan-Levediev.

Estudio de Ingeniera Construccin Puente Rodrigo Bastidas y Habilitacin Costanera en Villarrica, IX regin Escrito por INGELOG Revisado por: Especialista en Obras Viales Aprobado por: Gerente de Ingeniera y Desarrollo Rev. 00 13.12.03 Pgina 1 de 31

Ingelog

Para ello se divide el perfil transversal del cauce donde se ubica el puente, en franjas o secciones. Las que se calcularn sus parmetros hidrulicos segn la metodologa descrita anteriormente.

_ Mtodo de Neill. Para sedimentos finos arenosos como es el caso del puente de este estudio se ocupar la siguiente ecuacin: Vc hc = 0,787 ghc D Donde: Vc= Velocidad crtica de arrastre. hc= altura de escurrimiento para la condicin de arrastre crtico. D= Dimetro representativo del sedimento del lecho. ks= aspereza o rugosidad determinante de la prdida de carga. g = aceleracin de gravedad. Para suelos finos: ks=d65 y D= d50 dm. La siguiente figura sacada del manual muestra la forma de realizar el clculo:0 , 5

12 hc Ln ks

La socavacin de la franja o sub-seccin j denominada en la figura Sj, queda definida como: Sj=hcj-hj Donde: hcj = altura de la franja socavada. hc = altura de la franja sin socavar.Estudio de Ingeniera Construccin Puente Rodrigo Bastidas y Habilitacin Costanera en Villarrica, IX regin Escrito por INGELOG Revisado por: Especialista en Obras Viales Aprobado por: Gerente de Ingeniera y Desarrollo Rev. 00 13.12.03 Pgina 2 de 31

Ingelog

Finalmente igualando caudales la expresin anterior queda:

qj 12hcj hcj Ln = ks 0,787 gD Donde qj, es el caudal por unidad de ancho, sacado de la siguiente expresin:2 3

Qj 1 j Rj 3 qj = = Bj Bj R

2

nj Q n

Dnde: Qj= Caudal total de la franja. Bj= Ancho de la franja. j = Area de la franja Rj = Radio Hidrulico

j Bj , R, n, Q =las mismas variables anteriores, definidas para la seccin total. Rj =Se consideran los siguientes parmetros para suelos finos:ks = D= D65= D50= 0.23 mm 0.12 mm

_ Mtodo de Litschvan-Levediev Para sedimentos no cohesivos. 1+ x qj hj = 0,68 D 0, 28 hj = Altura de escurrimiento de la franja socavada. qj= Caudal por unidad de ancho de la franja socavada j. D = Dimetro del sedimento obtenido de la curva granulomtrica. s = Peso volumtrico del material seco. = Coeficiente funcin de la probabilidad de excedencia segn tabla 3.707.405A. =Coeficiente que considera la influencia del sedimento en suspensiin segn tabla 3.707.405B. X=Parmetro de la frmula de arrastre crtico segn tabla 3.707.405C n = rugosidad de Manning. i = pendiente media del lecho.1


Ingelog

Se consideraron los siguientes valores: D =dm = 0.35 mm. = 1.01 para 200 aos, interpolado segn tabla 3.707.405A. =1.27, considerando un = 1.20 segn tabla 3.707.405B. X= 0.43, para d=0.05 suelo no cohesivo segn tabla 3.707.405C Consideraciones previas: Debido a que el problema de socavaciones ataca principalmente el estribo izquierdo, se considerar un muro gua, para rectificar las lneas de flujos del agua. Por lo tanto los clculos consideran dos posibles estados: con y sin muro gua, los resultados a continuacin: Tabla: Clculo de socavaciones sin muro gua en el estribo izquierdo.Pto. X (m) 46.23 46.24 46.25 46.26 48.23 64.43 73.00 81.71 81.83 85.13 89.54 94.83 99.49 105.36 115.57 133.78 168.87 169.87 ZF (msm) 214.98 214.90 214.85 214.80 212.33 211.00 209.50 207.51 207.49 207.00 206.79 207.00 208.11 209.14 210.00 211.50 211.95 214.98 ZH (msm) 214.98 214.98 214.98 214.98 214.98 214.98 214.98 214.98 214.98 214.98 214.98 214.98 214.98 214.98 214.98 214.98 214.98 214.98 hmax= hj nj bj pmj Aj rhj ki Qj qj Neill hcj (m) 0.04 0.10 0.15 1.41 3.31 4.73 6.47 7.48 7.73 8.08 8.08 7.42 6.35 5.41 4.23 3.26 1.52 8.08 0.074 0.074 0.074 0.074 0.042 0.042 0.042 0.042 0.042 0.042 0.042 0.042 0.042 0.042 0.042 0.074 0.074 0.01 0.01 0.01 1.97 16.20 8.57 8.71 0.12 3.30 4.41 5.29 4.66 5.87 10.21 18.21 35.09 1.00 0.08 0.05 0.05 3.16 16.25 8.70 8.93 0.12 3.34 4.41 5.29 4.79 5.96 10.25 18.27 35.09 3.19 0.00 0.00 0.00 2.79 53.70 40.54 56.40 0.90 25.53 35.65 42.77 34.60 37.30 55.24 77.03 114.22 1.52 0.00 0.02 0.03 0.88 3.30 4.66 6.31 7.38 7.65 8.08 8.08 7.22 6.26 5.39 4.22 3.25 0.47 0.00 0.00 0.00 34.65 2836.39 2692.35 4586.37 81.00 2359.80 3417.13 4099.95 3078.28 3016.65 4043.42 4786.11 3389.84 12.46 38434.3 9 0.00 0.00 0.00 1.12 91.96 87.29 148.69 2.63 76.50 110.78 132.92 99.80 97.80 131.09 155.17 109.90 0.40 0.00 0.00 0.01 0.57 5.68 10.19 17.07 21.88 23.18 25.12 25.13 21.42 16.66 12.84 8.52 3.13 0.40 0.02 0.02 0.02 0.17 1.78 3.47 6.38 8.59 9.21 10.15 10.15 8.37 6.20 4.55 2.82 0.92 0.13 Smax= Sj LischtvanLevediev hcj Sj (m) 0.0 0.0 0.0 0.9 4.6 6.9 9.8 11.7 12.2 12.9 12.9 11.5 9.7 8.1 6.0 3.0 0.7 Smax= 0.0 0.0 0.0 0.0 1.2 2.1 3.4 4.2 4.4 4.8 4.8 4.1 3.3 2.6 1.8 0.0 0.0 4.8

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18

0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 1.1 1.5 2.1 2.1 0.9 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 2.1

Tabla: Clculo de socavaciones con muro gua en el estribo izquierdo.Neill hcj Sj (m) 0.15 0.28 0.36 0.64 4.10 7.96 8.77 8.77 6.31 2.96 1.63 1.41 1.22 0.02 Smax= LischtvanLev. hcj Sj (m) 0.0 0.0 0.0 0.0 2.0 3.5 3.8 3.8 2.9 1.6 0.9 0.8 0.7 0.0 3.8

Punto 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

X (m) 27.73 29.04 34.58 41.01 61.29 81.83 85.13 89.54 94.83 105.36 133.78 157.15 170.36 181.98 191.17

ZF ZH (msnm) (msnm) 214.03 214.98 213.50 214.98 213.00 214.98 212.86 214.98 211.38 214.98 207.49 214.98 207.00 214.98 206.79 214.98 207.00 214.98 209.14 214.98 211.50 214.98 211.66 214.98 212.00 214.98 212.16 214.98 217.65 214.98 hmax=

hj 1.21 1.73 2.05 2.86 5.54 7.73 8.08 8.08 6.91 4.66 3.40 3.15 2.90 0.07 8.08

nj 0.074 0.074 0.074 0.074 0.042 0.042 0.042 0.042 0.042 0.042 0.042 0.042 0.042 0.042

bj 1.31 5.54 6.43 20.28 20.54 3.30 4.41 5.29 10.53 28.42 23.37 13.21 11.62 9.19

pmj 1.41 5.56 6.43 20.33 20.91 3.34 4.41 5.29 10.75 28.52 23.37 13.21 11.62 10.70

Aj 1.59 9.58 13.18 58.00 113.89 25.53 35.65 42.77 72.76 132.44 79.46 41.61 33.70 0.69

rhj 1.13 1.72 2.05 2.85 5.45 7.65 8.08 8.08 6.77 4.64 3.40 3.15 2.90 0.06

ki 23.28 186.14 287.41 1576.44 8396.26 2359.80 3417.13 4099.95 6200.84 8777.21 4277.61 2128.51 1631.52 2.64 43364.7

Qj 0.67 5.35 8.26 45.30 241.26 67.81 98.19 117.81 178.17 252.20 122.91 61.16 46.88 0.08

qj 0.51 0.97 1.28 2.23 11.75 20.55 22.26 22.27 16.92 8.87 5.26 4.63 4.03 0.01

0.0 0.8 0.0 1.3 0.0 1.6 0.0 2.4 0.0 7.6 0.2 11.2 0.7 11.8 0.7 11.8 0.0 9.8 0.0 6.2 0.0 4.3 0.0 3.9 0.0 3.6 0.0 0.0 0.7 Smax=


Ingelog

Conclusin: Tabla Resumen de Socavacin GeneralMtodo Neill Lischtvan-Lev. Promedio con muro gua 0.7 3.8 2.25 Sin muro Gua 2.1 4.8 3.45

Se considera, segn las recomendaciones del Manual de Carreteras, un valor promedio del mximo encontrado en cada mtodo. Adems, el muro-gua claramente disminuye la profundidad de socavaciones. Por lo tanto, el valor para la socavacin generalizada adoptado es: 2.25 m

b) Socavacin Local en Estribos. Se considerar la condicin de muro gua en el estribo izquierdo


Ingelog

c) socavacin local en cepas Segn Breusser, Nicollet y ShenRgimen con arrastre incipiente

Slc h = 2 o tanh b b

b= h= Por lo tanto,

3.00 8.06

m m Slc=

Ancho de pila. Altura mxima de escurriminento aguas arriba. 5.94 m

Socavacin local al pi de pilas.

Factor de correccin

K = Ks K Kg Kgr K R Kd_ Ks = Factor de Forma de la pila = 1.00 para pila circular. _ K= Factor de Esviaje para pilas rectangulares = 1.00 pila circular. _ Kg = Factor de dispersin granulomtrica. D50 = 0.12 mm D84 = 0.64 mm

g= d84/d50 = 5.33


Ingelog

Por la expresin de Jhonson

Kg = 0, 24Kg= 0.67 _Kgr = Factor de grupo de pilas = 1.00 (1 sola pila) _ Kr = Factor de afloramiento de base de la fundacin. B = ancho de la base de la fundacin. = 10.60 m b = 3.00 m B/b = 3.53 a/h = 0/8.06 = 0.00 Segn 3.707.402 D, interpolando Kr = 0.75 _ Kd Factor del tamao del sedimento b/D50 >130 sedimento fino. Por lo tanto, Kd=1.00 Por lo tanto, el factor de correccin es K=0.502 Con lo cual la socavacin local en cepas es de 3.00 m Resumen de Socavaciones:Socavacin generalizada Socavacin Local en estribos Socavacin Local en cepas Socavacin Total Estribos Socavacin Total cepas 2.25 4.33 3.00 6.60 5.30

Recomendaciones: Adems de utilizar el muro gua se recomienda colocar rieles en la fundacin, para evitar el desplazamiento del enrocado. Y disminuir la proyeccin de la fundacin hacia el interior del cauce. En el plano se presenta el proyecto completo de defensas fluviales. A continuacin la memoria de clculo del muro gua y su enrocado:


Ingelog

CALCULO DEL MURO GUA


Ingelog


Ingelog


Ingelog


Ingelog

En Verde: Socavacin sin muro gua. En Magenta: Socavacin con muro gua. En Rojo: Proyeccin del muro gua. En Caf y Vertical: posicin de los rieles.


Ingelog


Ingelog


Ingelog

Transversales Puente Transversal 20Puente Rodrigo de Bastidas - VillarricaRS = 20 216 214 Cota (m) 212 210 208 206 .074 .042 .074 Legend Energa NAM 100 aos Altura Crtica Terreno Borde Cauce

0

100

200 Distancia (m)

300

400

500

Transversal 19Puente Rodrigo de Bastidas - VillarricaRS = 19 216 215 214 Cota (m) 213 212 211 210 209 208 0 100 200 Distancia (m) 300 400 500 .074 .042 .074 Legend Energa NAM 100 aos Altura Crtica Terreno Borde Cauce

Transversal 18Puente Rodrigo de Bastidas - VillarricaRS = 18 216 215 214 Cota (m) 213 212 211 210 209 -100 0 100 Distancia (m) 200 300 400 .074 .042 .074 Legend Energa NAM 100 aos Altura Crtica Terreno Borde Cauce


Ingelog

Transversal 17Puente Rodrigo de Bastidas - VillarricaRS = 17 218 216 214 Cota (m) 212 210 208 206 -100 .074 .042 .074 Legend Energa NAM 100 aos Altura Crtica Terreno Borde Cauce

0

100 Distancia (m)

200

300

400

Transversal 16Puente Rodrigo de Bastidas - VillarricaRS = 16 218 216 214 Cota (m) 212 210 208 206 204 -50 0 50 100 150 200 250 300 350 400 .074 .042 .074 Legend Energa NAM 100 aos Altura Crtica Terreno Borde Cauce

Distancia (m)

Transversal 15Puente Rodrigo de Bastidas - VillarricaRS = 15 218 216 214 Cota (m) 212 210 208 206 204 -50 0 50 100 150 Distancia (m) 200 250 300 350 .074 .042 .074 Legend Energa NAM 100 aos Altura Crtica Terreno Borde Cauce


Ingelog

Transversal 14Puente Rodrigo de Bastidas - VillarricaRS = 14 220 218 216 Cota (m) 214 212 210 208 206 204 0 50 100 150 Distancia (m) 200 250 300 350 .074 .042 .074Legend Energa 100 aos NAM 100 aos Altura Crtica 100 aos 0 m/s 1 m/s 2 m/s 3 m/s 4 m/s Terreno Borde Cauce

Transversal 13Puente Rodrigo de Bastidas - VillarricaRS = 13 224 222 220 218 Cota (m) 216 214 212 210 208 206 0 50 100 150 Distancia (m) 200 250 300 .074 .042 .074Legend EG 200 aos WS 200 aos EG 100 aos WS 100 aos Crit 200 aos Crit 100 aos 0 m/s 1 m/s 2 m/s 3 m/s Ground Ineff Bank Sta

Transversal 12.5 Puente Proyectado aguas arribaPuente Rodrigo de Bastidas - VillarricaRS = 12.50 226 224 222 220 Cota (m) 218 216 214 212 210 208 206 0 50 100 150 Distancia (m) 200 250 300 .074 .042 BR .074Legend EG 200 aos WS 200 aos EG 100 aos WS 100 aos Crit 200 aos Crit 100 aos 1 m/s 2 m/s 3 m/s 4 m/s Ground Ineff Bank Sta


Ingelog

Transversal 12.5 Puente Proyectado aguas abajoPuente Rodrigo de Bastidas - VillarricaRS = 12.50 226 224 222 220 Cota (m) 218 216 214 212 210 208 206 0 50 100 150 Distancia (m) 200 250 300 .074 .042 BR .074Legend EG 200 aos EG 100 aos WS 200 aos WS 100 aos Crit 200 aos Crit 100 aos 0 m/s 1 m/s 2 m/s 3 m/s 4 m/s Ground Ineff Bank Sta

Transversal 12Puente Rodrigo de Bastidas - VillarricaRS = 12 224 222 220 218 Cota (m) 216 214 212 210 208 206 0 50 100 150 Distancia (m) 200 250 300 .074 .042 .074Legend EG 200 aos EG 100 aos WS 200 aos WS 100 aos Crit 200 aos Crit 100 aos 0 m/s 1 m/s 2 m/s 3 m/s 4 m/s Ground Ineff Bank Sta

Transversal 11Puente Rodrigo de Bastidas - VillarricaRS = 11 224 222 220 218 Cota (m) 216 214 212 210 208 206 0 50 100 150 Distancia (m) 200 250 300 .074 .042 .074Legend Energa 100 aos NAM 100 aos Altura Crtica 100 aos 0 m/s 1 m/s 2 m/s 3 m/s 4 m/s Terreno Borde Cauce


Ingelog

Transversal 10Puente Rodrigo de Bastidas - VillarricaRS = 10 225 .074 .042 .074Legend EG 100 aos

220 Cota (m)

WS 100 aos Crit 100 aos 0 m/s

215

1 m/s 2 m/s 3 m/s

210

4 m/s Ground

205

Bank Sta

0

50

100

150 Distancia (m)

200

250

300

Transversal 9Puente Rodrigo de Bastidas - VillarricaRS = 9 230 225 Cota (m) 220 215 210 205 .074 .042 .074Legend EG 100 aos WS 100 aos Crit 100 aos 0 m/s 1 m/s 2 m/s 3 m/s 4 m/s Ground Bank Sta

0

50

100 Distancia (m)

150

200

250

Transversal 8Puente Rodrigo de Bastidas - VillarricaRS = 8 230 225 Cota (m) 220 215 210 205 .074 .042 .074Legend EG 100 aos WS 100 aos Crit 100 aos 0 m/s 1 m/s 2 m/s 3 m/s 4 m/s 5 m/s Ground Bank Sta

0

50

100 Distancia (m)

150

200


Ingelog

Transversal 7Puente Rodrigo de Bastidas - VillarricaRS = 7 230 225 Cota (m) 220 215 210 205 .074 .042 .074Legend EG 100 aos WS 100 aos Crit 100 aos 0 m/s 1 m/s 2 m/s 3 m/s 4 m/s 5 m/s Ground Ineff Bank Sta

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

Distancia (m)

Transversal 12.5 Puente Existente aguas arribaPuente Rodrigo de Bastidas - VillarricaRS = 6.50 230 225 Cota (m) 220 215 210 205 .055 .036 BR .055Legend EG 100 aos WS 100 aos Crit 100 aos 0 m/s 1 m/s 2 m/s 3 m/s 4 m/s 5 m/s Ground Ineff Bank Sta

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

Distancia (m)

Transversal 12.5 Puente Existente aguas abajoPuente Rodrigo de Bastidas - VillarricaRS = 6.50 230 225 Cota (m) 220 215 210 205 .055 .036 BR .055Legend EG 100 aos WS 100 aos Crit 100 aos 1 m/s 2 m/s 3 m/s 4 m/s 5 m/s 6 m/s 7 m/s Ground Ineff Bank Sta

0

20

40

60

80 Distancia (m)

100

120

140

160


Ingelog

Transversal 6Puente Rodrigo de Bastidas - VillarricaRS = 6 230 225 Cota (m) 220 215 210 205 .074 .042 .074Legend EG 100 aos WS 100 aos Crit 100 aos 0 m/s 1 m/s 2 m/s 3 m/s 4 m/s 5 m/s 6 m/s 7 m/s 8 m/s Ground Ineff Bank Sta

0

20

40

60

80 Distancia (m)

100

120

140

160

Transversal 5Puente Rodrigo de Bastidas - VillarricaRS = 5 230 225 220 Cota (m) 215 210 205 200 .074 .042 .074Legend EG 100 aos Crit 100 aos WS 100 aos 0 m/s 1 m/s 2 m/s 3 m/s 4 m/s 5 m/s 6 m/s 7 m/s 8 m/s 9 m/s 10 m/s 11 m/s 12 m/s 13 m/s 14 m/s Ground Bank Sta

0

20

40

60

80 Distancia (m)

100

120

140

160

Transversal 4Puente Rodrigo de Bastidas - VillarricaRS = 4 230 225 220 Cota (m) 215 210 205 200 195 0 20 40 60 80 Distancia (m) 100 120 140 160 .074 .042 .074 Legend Energa Altura Crtica NAM 100 aos Terreno Borde Cauce


Ingelog

Transversal 3Puente Rodrigo de Bastidas - VillarricaRS = 3 230 225 220 Cota (m) 215 210 205 200 195 0 20 40 60 80 Distancia (m) 100 120 140 160 .074 .042 .074 Legend Energa Altura Crtica NAM 100 aos Terreno Borde Cauce

Transversal 2Puente Rodrigo de Bastidas - VillarricaRS = 2 230 225 220 Cota (m) 215 210 205 200 195 0 20 40 60 80 Distancia (m) 100 120 140 160 .074 .042 .074 Legend Energa NAM 100 aos Altura Crtica Terreno Borde Cauce

Transversal 1Puente Rodrigo de Bastidas - VillarricaRS = 1 230 225 220 Cota (m) 215 210 205 200 195 0 20 40 60 80 Distancia (m) 100 120 140 160 .074 .042 .074 Legend Energa NAM 100 aos Altura Crtica Terreno Borde Cauce


Ingelog

METODOLOGIAS DE CLCULO METODO DE ETAPAS FIJAS Conocida la geometra del cauce en trminos de perfiles transversales y de planta del sector, su caracterizacin rugosa (coeficiente de rugosidad) el caudal y la altura de escurrimiento en una seccin inicial 1, se determina por iteraciones la altura en una seccin 2 ubicada a una distancia fija conocida, mediante el balance de Bernoull o energa especfica.h2 + 2 v 2 = + v1 + h1 1 He 2g 2g2 2

En que:H e = L S f + C| 2 v2 v1 - 1 | 2g 2g2 2

h1, h2: v1, v2: 1, 2:

He: L:

Cota superficial en secciones transversales 1 y 2. Velocidades medias en secciones 1 y 2. coeficientes que afectan las alturas de velocidad, para compensar la incerteza de suponer una distribucin uniforme de la velocidad media en su correspondiente seccin. prdida total de energa entre secciones. distancia entre las secciones; HEC-RAS calcula una longitud equivalente, diferenciando las distancias entre perfiles transversales segn se mida por la planicie de inundacin ubicada a la izquierda del cauce preferencial, por la planicie ubicada a la derecha y la medida por el cauce propiamente tal, ponderando la gravitacin que cada una de estas distancias tenga en el valor de L, de acuerdo a como se reparte el caudal entre estas reas por separado. pendiente de la lnea de energa entre secciones; HEC-RAS presenta diversas ecuaciones para estimar este valor. En este caso, lo recomendable para rgimen fluvial es la ecuacin que promedia la pendiente evaluada en cada seccin por separado, suponiendo flujo normal en cada una de ellas. (Otras alternativas son la media geomtrica, la media armnica y la de conductancia promedio). coeficiente de expansin o contraccin del flujo. Se considera valores de 0.3 y 0.1 respectivamente, para cambios de seccin naturales, que son detectados por el programa segn la variacin de la velocidad media de una seccin a otra, y valores de 0.5 y 0.3 para expansin y contraccin asociados a la presencia del puente.

Sf:

C:


Ingelog

Separacin en subsecciones.HEC-RAS permite la separacin de los cauces activos de las planicies adyacentes de inundacin, lo que permite adems adjudicar los coeficientes de rugosidad que correspondan a cada subseccin. Con lo anterior, obtiene un valor ponderado de coeficiente de rugosidad para el lecho, mediante la expresin:nc = 1 ( P

P ni i=1

3

1.5 i

) 2/3

2 En esta expresin ni es el coeficiente de rugosidad de la subseccin i (0.06 para planicies de inundacin y 0.035 para cauces), P es el permetro mojado de la seccin completa y Pi es el permetro mojado de la subseccin i, que vara segn la altura del eje hidrulico.

Anlisis hidrulicoLas opciones disponibles en HEC-RAS, permitieron abordar el anlisis en los siguientes trminos: a) El procedimiento seguido es sugerido en "Open Channel Hydraulics", Ven Te Chow; Tratndose de un rgimen de torrente, se supuso una altura de escurrimiento. Con esta altura, se calcul hacia aguas abajo, con diferentes proporciones del caudal considerado, hasta obtener aquella que iguala la altura de escurrimiento en la seccin N2. b) Para evaluar el efecto de los puentes, se utiliz la opcin Normal Bridge Option. Esta incorpora en la evaluacin de las prdidas asociadas a los puentes en dos componentes: i) la asociada a la contraccin del flujo antes del ingreso bajo el puente y posterior expansin aguas abajo. ii) la asociada a la contraccin del flujo entre las cepas, y la geometra de stas. Para la primera componente fueron considerados coeficientes de contraccin y expansin de 0.3 y 0.5 respectivamente, afectando la diferencia en altura de velocidad entre las secciones de aguas arriba, en el puente mismo, y aguas abajo. En la segunda componente, HEC-RAS considera tres tipos de situaciones: i) la altura de escurrimiento no alcanza la parte inferior de la viga del puente (low flow); ii) la altura de escurrimiento est entre la rasante del puente y la cota inferior de las vigas (pressure flow), y iii) el flujo pasa sobre el puente (weir flow).


Ingelog

METODO DEL MOMENTUM

Este mtodo est basado en la representacin del balance entre una seccin 2 auna seccin 3. Esta es realizada en tres etapas: El primer paso consiste en ejecutar un balance de la cantidad de movimiento desde una seccin 2 a una seccin en el interior del puente caras abajo (BD). Entonces, la ecuacin es como sigue:ABD Y BD +

Q2 BDg ABD

= A2 Y2 APBD Y PBD +

2Q22g A2

+ F f Wx

Donde: A2,ABD APBD Y2,YBD = Area activa de flujo en la seccin 2 y BD, respectivamente.

= Area obstruida de las cepas en la seccin BDaguas abajo. = Distancia vertical desde la superficie del agua a el centro de gravedad del rea de flujo A2 y ABD, respectivamente. = Distancia vertical desde la superficie del agua al centro de gravedad de el rea mojada de la cepa, sobre la cara aguas abajo. = Coeficiente de correcin de la velocidad para la ecuacin de momentum. = Caudales. = Aceleracin de gravedad. = Fuerza externa debido a la friccin, por unidad de peso del agua. = Fuerza debido al peso del agua en la direccin del flujo, por unidad de peso del agua.YBU

YPBD 2, BD

Q2,QBD g Ff Wx

A

BU

+

BU

Q BU g A BU

2

= A

BD

Y

BD

+

BD

Q BD g A BD

2

+ F

f

W

X

A3 Y 3 +

3 Q3 2g A3

= A BU Y BU +

BU Q BU 2g A BU

+ A P BU Y P BU +

A Q2 1 C D P BU 23 + F f W X 2 g A3


Ingelog

Coeficiente Cd para varios tipos de cepas. Forma de la cepa Coeficiente Cd Circulares 1.20 Muros llenos con cantos 1.33 semi circulares Elpticas con relacin 0.60 longitud:ancho=2:1 Idem 4:1 0.32 Idem 8:1 0.29 Cuadradas 2.00 Triangulares con 30 1.00 Triangulares con 60 1.39 Triangulares con 90 1.60 Triangulares con 120 1.72

METODO DE COWAN

CONDICIONES DEL CAUCE VALOR Tierra n0 0.020 Roca 0.025 MATERIAL Grava Fina 0.024 Grava 0.028 Gruesa Despreciab n1 0.000 le GRADO DE Leve 0.005 IRREGULARIDAD Moderado 0.010 Alto 0.020 Graduales n2 0.000 Alternndo se VARIACIONES DE Gradualme LAS SECCIONES nte A LO LARGO DE 0.005 Alternndo LA SECCION se Frecuente 0.01 0.015 menteEstudio de Ingeniera Construccin Puente Rodrigo Bastidas y Habilitacin Costanera en Villarrica, IX regin Escrito por INGELOG Revisado por: Especialista en Obras Viales Aprobado por: Gerente de Ingeniera y Desarrollo Rev. 00 13.12.03 Pgina 26 de 31

Ingelog

Despreciab n3 le EFECTO RELATIVO DE LAS Leve OBSTRUCCIONES Apreciable Alto Baja n4 DENSIDAD DE Media VEGETACION Alta Muy Alta Leve m FRECUENCIA DE Apreciable MEANDROS Alto

0.000 0.010 0.015 0.020 0.030 0.040 0.060 0.005 0.010 0.010 0.025 0.025 0.050 0.050 0.100 1.000 1.150 1.300

Tabla : Frmulas del tiempo de concentracin L0.77 T c = 0.066 0.385 S

- Kirpich:

Tc =

(4

A + ( 1.5 L ) 0.8 HM

)

-Giandotti:= L3 0 .9 5 H 0 .3 8 5

T

c

- U.S. Soil:

Tc =

Navdocks:

L V 3.6

Tc: Tiempo de concentracin, en horas. S: Razn entre el desnivel que existe del punto de descarga y el punto hidrulicamente ms alejado, en tanto por uno (m/m). HM: Desnivel entre la salida y la cota del centroide, en m. A: rea del sector analizado, en km2. H: Desnivel entre la salida y el punto ms alejado del sector analizado, en m. L: Longitud del cauce principal, en km. V: Velocidad media de escurrimiento, que depende de la pendiente general de la cuenca, propuesta en la tabla 2.2-10.


Ingelog

Tabla : Distribuciones para la precipitacin de diseo Nombre de la Distribucin NormalF(b )

Funcin Densidadb -(x - ) 2

Variables : promedio de la distribucin. x: desviacin estndard de la distribucin. y: logaritmo natural del valor x. : promedio de los logaritmos naturales. y: desviacin estndard de los logaritmos naturales. x : valor medio del registro histrico. Sx: desviacin estndar del registro histrico._ yn: valor medio de la variable reducida, es un parmetro del modelo funcin del tamao de la muestra. n: desviacin estndar de la variable reducida, funcin del tamao de la serie. ::valor inverso del cuadrado del coeficiente de varianza. :la razn entre la desviacin estndard al cuadrado y el promedio. w: es el valor de la variable intermedia y se obtiene de: p: probabilidad de excedencia

=

P (x b )

=

-

e 2 x 2

dxx

Log-normal

F (b ) =

P (y b ) =

-

b

-(y - ) 2

e 2 y 2

dyy

Extrema tipo I de Gumbelf (x) = ee_ _ n ( x x ) + yn Sx

F (b) = P (x b) =

1 ( )

b/

-

x

-1

e

-x

dx

Gamma

P (x b ) = 1 - e - w

2

log-Pearson tipo III

w

=

l n

1 p2

1 2

Ecuaciones del mtodo dudoso: Las siguientes ecuaciones de frecuencia sirve para identificar los datos dudosos:

Para datos altos: Para datos bajos:Donde: yH:

yH

=

y +

( K

n

S

y

)

yL =

y - ( K

n

S

y

)

banda superior de los logaritmos en base e de los valores.


Ingelog

yL: y: Kn: Sy:

banda inferior de los logaritmos en base e de los valores. media aritmtica de los logaritmos en base e de los valores. coeficiente que depende del tamao de la muestra. Desviacin estndar de los logaritmos en base e de los valores. Tabla: Velocidades asignadas por la Navdocks Pendiente media del cauce principal, en % Menor que 2 De 2 a menor que 4 De 4 a menor que 6 De 6 a menor que 10 Velocidad media de la cuenca, en m/s 0.6 0.9 1.2 1.5

Metodologa de socavaciones

A continuacin, la metodologa empleada para los clculos de socavacin. a) Rgimen de escurrimiento: La relacin de Neill, determina una velocidad del escurrimiento a partir de la cual un escurrimiento pasa de sin arrastre a con arrastre: Vc = 0.619 h1/6 d501/3 (m/s) Vc velocidad crtica a partir de la cual las partculas de tamao igual o inferior a d50 son arrastradas. (m/s) h altura de escurrimiento en seccin aguas arriba en m. d50 tamao caracterstico seccin aguas arriba en mm. V Velocidad en canal principal aguas arriba del puente m3/s. Tiene que compararse V con Vc b) Socavacin generalizada, segn Laursen b1) para la condicin con arrastre: Donde : Q1 = Caudal en canal ppal o planicie aguas arriba del puente. Q2 = Caudal en canal principal o planicie h Q W = Q W h seccin contrada. W1= Ancho canal principal o planicie seccin aguas arriba del puente. W2=Ancho en canal ppal o planicie contrada6 2 7 k1 1 1 1 2


Ingelog

Entonces :

del puente menos ancho de cepas. K1 = ver nota. h1 = Profundidad en canal principal aguas arriba antes de socavar(secc.BU). Sg = h-h0 h0= Altura promedio en el canal principal o planicie de inundacin, en la seccin contrada antes de socavar. V* = (g y1 S1)1/2 , velocidad en el cauce principal o planicie en la seccin de aproximacin. (m/s) = Velocidad de sedimentacin del material del lecho, basado en el D50 (m/s) g = Aceleracin de gravedad 2 (m/s ) S1 = Pendiente de la lnea de Energa, seccin de aproximacin

Modo de transporte del material del lecho < 0.50 0.59 La mayora del material est en contacto con el lecho. 0.50 a 0.64 Algn material 2.0 suspendido en la descarga. > 2.0 0.69 La mayora del material suspendido en la descarga.

V*/

k1

b2) para la condicin sin arrastre: Dm =Dimetro de las partculas ms pequeas, que no son transportables en el material del Q y = ys = y 2 y 0 lecho (1.25 D50) en la seccin contrada en C D W metros. D50 = Dimetro del 50 % que pasa (m) C = 40 para unidades mtricas.2 3/ 7 2 2/3 m 2 2

c) Socavacin Generalizada Segn Neill Donde:

Hs =

Ac - A L

Ac= Area crtica = Q/Vc A = Area de escurrimiento canal ppal aguas arriba. L = Ancho superficial en seccin contrada del puente.

d) Socavacin local en estribos Liu-Chang & Skinner, propone dos expresiones que dependen del grado de intromisin en el cauce que tienen los estribos del puente: se debe en primer lugar evaluar: Si b/h > 25 entonces: Sle/h = 4 F (1/3) Si b/h < 25 Sle / h = 2.15 F 1/3 (b/h)^(2/5) F es nmero de Froude del escurrimiento por planicie lateral ms exigida= v/(gh)0.5 e) Socavacin local de cepas, ecuacin de Breusser-Nicollet & Shen, con arrastre:Estudio de Ingeniera Construccin Puente Rodrigo Bastidas y Habilitacin Costanera en Villarrica, IX regin Escrito por INGELOG Revisado por: Especialista en Obras Viales Aprobado por: Gerente de Ingeniera y Desarrollo Rev. 00 13.12.03 Pgina 30 de 31

Ingelog

Slc F h = 2 o 2 1 o tanh ip b Fc b

y con arrastre incipiente,Slc h = 2 o tanh b b

F = N de Froude, cauce no perturbado. Fc = N de Froude crtico, en seccin aguas arriba. h = Altura de escurrimiento aguas arriba. b = Ancho de la pila. f) Socavacin local en estribos, se ocupar la expresin de Froehlich, s/h = 2.27 K1 K2 (a/h)0.43 F0.61 + 1 s H K1 K2 K3 a F : socavacin mxima (m). : altura del escurrimiento aguas arriba en planicie lateral de inundacin (m). : factor de correccin por forma del estribo (tablas). : factor de correccin por esviaje del flujo (tablas). : factor de correccin por condicin del lecho(tablas). : Longitud del estribo proyectada normal al flujo. : N de Froude del escurrimiento aguas arriba no perturbado

g) Socavacin local en cepas: mtodo de la Universidad del estado de Colorado(CSU, 1990), para las condiciones con y sin arrastre:Slc a = 2 .0 K 1 K 2 K 3 h h0.65

F 0.43

h K1 K2 K3 a F

= altura del escurrimiento aguas arriba de la cepa. = Factor de correccin por forma de la cepa. = Factor de correccin por flujo. = Factor de correccin por condicin del lecho. = ancho de la cepa. = Nmero de Froude del escurrimiento en la seccin aguas arriba. K1 1.1 1.0 1.0 1.0 0.9

Forma de la cepa Cuadrada Arista Redondeada Factor de Forma de la cepa K1 Cilndricas Grupo de Cilindros Triangular

El programa Hec -Ras entrega los resultados de esta ecuacin, una vez que se calcula las velocidades en las distintas secciones de la seccin transversal, aguas arriba y abajo del puente.


anexo n 2.iii hidraulica socavaciones

Documents