SOCAVACIÓN EN PUENTES UNIVERSIDAD DEL CAUCA PRESENTACIÓN La socavación es un fenómeno natural causado por la acción erosiva del agua que arranca y acarrea material del lecho y de las bancas de un río y es una de las principales causas de falla de los puentes, especialmente durante épocas de creciente. La socavación en puentes ocurre en las pilas, en los estribos, en los terraplenes de acceso, o en las laderas del río y puede llegar a poner en peligro la estructura. La necesidad de minimizar las fallas de puentes, que es un problema prácticamente en todos los países del mundo, ha llevado a desarrollar una gran cantidad de investigaciones especialmente usando modelos de laboratorio a escala con el fin de establecer metodologías para calcular la máxima profundidad de socavación que puede afectar a una estructura. Las bases científicas para el cálculo estructural de un puente están bastante bien definidas, pero no existe una teoría unificada que permita determinar las profundidades de socavación a esperarse, debido principalmente a la naturaleza tan compleja del problema. Existen muchas ecuaciones para calcular las profundidades de socavación alrededor de pilas y algunas aplicables para el caso de estribos. Sin embargo, poca verificación se tiene de los resultados obtenidos usando información de campo. Hay mucha incertidumbre sobre el uso de las ecuaciones y sobre cuál representa mejor las condiciones reales de un puente. Esto hace difícil establecer una sola ecuación que sea lo suficientemente precisa y segura para estimar las profundidades de socavación debido a las muchas variables involucradas en el problema como son: caudal de diseño, geometría de las estructuras, turbulencia, estratigrafía, tamaño y distribución del sedimento, características hidráulicas durante crecientes, tiempo de duración de la creciente y acumulación de basuras. Las mayores profundidades de socavación se producen usualmente durante épocas de creciente en que el flujo es no permanente, lo que vuelve aun más complejo el problema. El cálculo de la socavación sigue siendo mas una arte que una ciencia y seguirá siendo tema de discusión e investigación en el siglo XXI. A pesar de toda la investigación realizada y de todo el conocimiento adquirido hasta la fecha, se necesita seguir estudiando más el problema considerando aspectos como: duración del proceso de la socavación, socavación bajo condiciones de flujo a presión e influencia de mareas, inspección y monitoreo de puentes en el campo, medidas de control de la socavación, mecánica y determinación de la socavación general y a largo plazo del cauce, socavación en suelos cohesivos y rocosos. Este tema seguirá interesando a toda la comunidad de ingenieros por mucho más tiempo, y hasta que se pueda tener mas claridad sobre los mejores métodos para evaluar la estabilidad de un puente desde el punto de vista de la socavación. Está claro que esta evaluación no se puede limitar a la aplicación de unas cuantas ecuaciones que lleven a determinar las máximas profundidades de socavación en un puente tanto construido como por construir, sino que se debe realizar un estudio integral que busque establecer la interacción entre el puente y el río en que se construye. Causas ajenas al puente, pueden llevar a su desestabilización y a su falla. La mejor forma de garantizar la estabilidad de un puente con relación a socavación es entendiendo y respetando las características y la dinámica del río que va a cruzar. El sobre-costo
La socavacin es un fenmeno natural causado por la accin erosiva
del agua que arranca y acarrea material del lecho y de las bancas
de un ro y es una de las principales causas de falla de los
puentes, especialmente durante pocas de creciente. La socavacin en
puentes ocurre en las pilas, en los estribos, en los terraplenes de
acceso, o en las laderas del ro y puede llegar a poner en peligro
la estructura. La necesidad de minimizar las fallas de puentes, que
es un problema prcticamente en todos los pases del mundo, ha
llevado a desarrollar una gran cantidad de investigaciones
especialmente usando modelos de laboratorio a escala con el fin de
establecer metodologas para calcular la mxima profundidad de
socavacin que puede afectar a una estructura. Las bases cientficas
para el clculo estructural de un puente estn bastante bien
definidas, pero no existe una teora unificada que permita
determinar las profundidades de socavacin a esperarse, debido
principalmente a la naturaleza tan compleja del problema. Existen
muchas ecuaciones para calcular las profundidades de socavacin
alrededor de pilas y algunas aplicables para el caso de estribos.
Sin embargo, poca verificacin se tiene de los resultados obtenidos
usando informacin de campo. Hay mucha incertidumbre sobre el uso de
las ecuaciones y sobre cul representa mejor las condiciones reales
de un puente. Esto hace difcil establecer una sola ecuacin que sea
lo suficientemente precisa y segura para estimar las profundidades
de socavacin debido a las muchas variables involucradas en el
problema como son: caudal de diseo, geometra de las estructuras,
turbulencia, estratigrafa, tamao y distribucin del sedimento,
caractersticas hidrulicas durante crecientes, tiempo de duracin de
la creciente y acumulacin de basuras. Las mayores profundidades de
socavacin se producen usualmente durante pocas de creciente en que
el flujo es no permanente, lo que vuelve aun ms complejo el
problema. El clculo de la socavacin sigue siendo mas una arte que
una ciencia y seguir siendo tema de discusin e investigacin en el
siglo XXI. A pesar de toda la investigacin realizada y de todo el
conocimiento adquirido hasta la fecha, se necesita seguir
estudiando ms el problema considerando aspectos como: duracin del
proceso de la socavacin, socavacin bajo condiciones de flujo a
presin e influencia de mareas, inspeccin y monitoreo de puentes en
el campo, medidas de control de la socavacin, mecnica y
determinacin de la socavacin general y a largo plazo del cauce,
socavacin en suelos cohesivos y rocosos. Este tema seguir
interesando a toda la comunidad de ingenieros por mucho ms tiempo,
y hasta que se pueda tener mas claridad sobre los mejores mtodos
para evaluar la estabilidad de un puente desde el punto de vista de
la socavacin. Est claro que esta evaluacin no se puede limitar a la
aplicacin de unas cuantas ecuaciones que lleven a determinar las
mximas profundidades de socavacin en un puente tanto construido
como por construir, sino que se debe realizar un estudio integral
que busque establecer la interaccin entre el puente y el ro en que
se construye. Causas ajenas al puente, pueden llevar a su
desestabilizacin y a su falla. La mejor forma de garantizar la
estabilidad de un puente con relacin a socavacin es entendiendo y
respetando las caractersticas y la dinmica del ro que va a cruzar.
El sobre-costo
SOCAVACIN EN PUENTES UNIVERSIDAD DEL CAUCA
que representa disear los puentes para resistir socavacin es
pequeo en comparacin con el costo de una falla total, que puede
llegar a estar entre 2 y 10 veces el costo del puente, (HEC-18,
1993). La obligacin de garantizar la seguridad pblica y minimizar
los efectos adversos de la falla o del cierre de un puente,
requiere de los mejores esfuerzos conjuntos de entidades oficiales,
profesionales y personas encargadas del diseo y mantenimiento de
estas estructuras. Consciente de la importancia del tema de la
socavacin y del creciente inters que despierta, se ha querido con
esta publicacin poner a disposicin de estudiantes y profesionales
un documento que trata con bastante detalle conceptos bsicos y
aplicados, buscando dar un enfoque integral al problema de la
socavacin. Es as como el documento incluye cuatro partes: Parte I
sobre Geomorfologa Fluvial, Parte II sobre Transporte de
Sedimentos, Parte III sobre Procesos Fluviales y la Parte IV
enfocada a la Socavacin en Puentes. Esta ltima parte consta de
nueve Captulos que incluyen temas como las bases tericas necesarias
para evaluar la estabilidad de un puente con relacin a socavacin;
causas ajenas al puente que pueden llevar a su falla; tipos y
formas de socavacin; factores que afectan la socavacin; resultados
no solo de las investigaciones tradicionalmente conocidas y usadas,
sino tambin de las ultimas investigaciones realizadas sobre el
tema; mtodos para calcular profundidades de socavacin; proceso
metodolgico para evaluar la estabilidad de un puente con relacin a
socavacin; criterios para la cimentacin de puentes por construir;
medidas de control de la socavacin para puentes construidos o por
construir; proceso de inspeccin; tcnicas de instrumentacin. En los
Anexos se encuentran un Glosario y Formatos para hacer Inspeccin y
Evaluacin de puentes con relacin a Socavacin. El documento escrito
viene acompaado de un CD que incluye adems presentaciones en power
point con profusin de imgenes. Se quiere agradecer muy
especialmente a los estudiantes de la Especializacin en Ingeniera
de Vas Terrestres y de las Areas Electivas de Hidrulica y de Vas,
pues si no hubiera sido por ellos, este documento nunca se hubiera
preparado; a los ingenieros Jess Castillo y Elvio Medina por haber
querido trabajar en el tema; al ingeniero Agustn Moreno T., a la
seorita Karen Tobar y al Sr. Felipe Fernndez por su ayuda en la
preparacin del documento en medio digital; al Gelogo Bernardo
Pulgarn y a la Ing. Ana Cecilia Arbelez por su colaboracin en la
parte de Geomorfologa Fluvial; a la Ing. Liliam Posada por su
contribucin en la Parte sobre Transporte de Sedimentos y al Ing.
Javier Valencia por su ayuda con las Medidas de Control Fluvial.
Tambin, debo agradecer a todas las personas, que quiz sin saberlo,
me brindaron ayuda y paciencia; a la Universidad del Cauca por su
permanente apoyo; a la Comisin Fulbright por su contribucin a la
capacitacin y al desarrollo docente; a la empresa Barr Engineering
(Minnesota, EUA) por haberme dado la oportunidad de empezar a
trabajar en un campo de tanto inters e importancia, y finalmente, a
la Fundacin Internacional Matsumae por su apoyo a la
investigacin.
