PROTECCIÓN DE CIMIENTOS DE PUENTES CONTRA LA SOCAVACIÓN HIDRÁULICA
GENERALIDADES
El lecho de los cauces fluviales, cuando está formado por materiales sueltos puede moverse en épocas de avenidas. Tras la avenida, el cauce puede quedar con su fondo situado a una cota diferente de la original y como consecuencia del poder erosivo del agua, pueden provocarse daños en las cimentaciones, el más evidente de los cuáles, es la socavación de las pilas de puentes.
La socavación en cimentación de pilas de puentes en cauces se produce cuando la cantidad de sólidos que transporta el flujo aguas arriba del puente es inferior a la capacidad de la sección transversal en donde se encuentra dicha cimentación.
En el presente post veremos algunos de los criterios que seguimos en RRG INGENIEROS para la caracterización del fenómeno de la socavación de cimentación de pilas de puentes en cauces las posibles medidas para evitarla.
BIBLIOGRAFÍA DE REFERENCIA
La publicación “Control de la erosión fluvial en puentes” del antiguo M.O.P.U. trata el tema de manera muy completa por lo que es recomendable su aplicación.
ESTIMACIÓN DE LA SOCAVACIÓN
La socavación puede ser general o localizada (como la que ocurre en los puntos singulares del cauce como en la zona de pilas del puente).
* Estimación de la socavación generalizada:
Existen varios métodos para estimar la socavación general en un determinado cauce, como el método de Lischtvan–Levediev o el Método de Straub que reseñamos a continuación por ser uno de los más sencillos:
H1=h1*(B1/B2)^0.642
Donde B1 será el espejo de agua antes de la contracción, B2 será el espejo de agua en la contracción y h1 será el tirante de agua que existe antes de la contracción.
*Estimación de la socavación en pilas
Podemos citar la formulación de Laursen y Toch, que tiene aplicación en suelos de tipo arenoso:
Ys=Kg*KØ*a
Ys=Profundidad de socavación local medida a partir del fondo del cauce
Kg=Coeficiente que depende del ángulo de ataque del flujo y de la geometría de la pila
a=Ancho de pila
A partir de todo ello y aplicándolo para el caudal correspondiente a una avenida con el periodo de retorno de diseño (generalmente 100 o 500 años) tendremos un orden de magnitud del espesor de la erosión generalizada, lo cual nos permitirá tener más información a la hora de diseñar el sistema de protección contra la socavación del cimiento.
FORMAS DE PROTECCIÓN CONTRA LA SOCAVACIÓN
Las medidas usuales y más sencillas para evitar la socavación de los cimientos de pilas son el empleo de revestimientos de escollera sobre la cimentación y alrededor de las pilas o la ejecución del cimiento a una profundidad superior a la de la socavación esperable durante la vida útil de la obra, pudiendo recurrirse también a la cimentación con pilotes a tal efecto.
CÁLCULO DE LA PROTECCIÓN CON ESCOLLERAS CONTRA LA SOCAVACIÓN
*Cálculo del tamaño medio de la escollera
Existen varios métodos para calcular los mantos de protección de escollera, si bien proponemos la formulación a efectos del presente post la formulación de Ishbash por su sencillez y que pasamos a explicar a continuación.
De acuerdo con la formulación de Ishbash, el tamaño medio de la escollera viene dado por:
Donde tomaremos una velocidad media en el entorno de la cimentación calculado para la avenida correspondiente al periodo de retorno de diseño (usualmente 100 a 500 años).
En cuanto a la disposición en planta de la escollera, en la publicación del MOPU. “Control de la erosión fluvial en puentes”, se indica “en cualquier caso, la extensión del manto debe ser superior a 4 veces el diámetro de la esfera equivalente a los elementos de escollera” por lo que se extenderá en planta hasta una extensión mínima en la dirección transversal al flujo de 4 D50.
Por último, en dicha publicación se recomienda el uso de filtros intermedios cuando la diferencia entre el tamaño del material del lecho del cauce y el de la escollera. Dicho material deberá estar graduado entre el 20% del tamaño medio de la escollera y tres veces el del lecho, disponiéndose en una capa de espesor igual al 50% del tamaño medio de la escollera.
Además de ello se colocará un geotextil entre las capas anteriores y el terreno a fin de ralentizar el lavado de finos.
Como precaución adicional, el perfil del cauce con el revestimiento no deberá producir mermas considerables en la capacidad de desagüe de la sección hidráulica en la zona de la cimentación, por lo que la rasante proyectada para el lecho revestido deberá tener en cuenta este aspecto (teniendo en cuenta además el mayor factor de fricción hidráulica de la escollera que el del lecho natural), y por otro lado aunque utilicemos el revestimiento procuraremos que el cimiento quede a ser posible empotrado en el terreno por debajo del perfil estimado de erosión natural del lecho para la avenida correspondiente al periodo de retorno de diseño, si bien la colocación del revestimiento nos permitiría ser algo menos conservadores en este sentido.
CONCLUSIONES
Como vemos la protección contra la socavación de los cimientos de puente en cauces requiere de calibrar ciertos parámetros empíricos relativos a la hidrología, hidráulica, geomorfología del cauce y configuración estructural del puente. No es un proceso que presente grandes dificultades, aunque requiere de una calibración cuidadosa de dichos parámetro.
Si desea un asesoramiento al respecto, puede ponerse en contacto RRG INGENIEROS a través de:
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