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DE LA VITIVINICULTURA DE LA REGIÓN NOROESTE DE MÉXICO | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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ESTUDIO DE LA SOCAVACIÓN DEL PUENTE GUADALUPE, VALLE DE GUADALUPE, BAJA CALIFORNIA
1. Introducción Los procesos erosivos que comprometen la estabilidad de un puente son de dos tipos: (1) erosión local, y (2) erosión general. La erosión local, también llamada socavación, es fundamentalmente tridimensional. La dimensión longitudinal del proceso de socavación es usualmente del orden de la longitud de los pilares del puente. La erosión local se produce cuando el aumento de caudal durante avenidas extraordinarias trae consigo un aumento de velocidad del flujo en las proximidades de los pilares del puente, produciendo socavación y, por lo tanto, comprometiendo eventualmente la estabilidad de la superestructura. Contrariamente a la erosión local, la erosión general es básicamente un proceso unidimensional que se produce a distancias comparablemente mucho mayores que las dimensiones físicas del puente. En el arroyo Guadalupe sólo existe el Puente Guadalupe sobre la Carretera Federal No. 3, en el tramo Tecate-Ensenada. Este puente puede estar sometido a erosión local y general. La erosión local se produce debido a las altas velocidades que prevalecen durante las avenidas, asociadas con el estrechamiento de la sección transversal debido a la presencia física de los pilares y en algunos casos, estribos, del puente. La erosión general se produce por la propagación, aguas abajo, de perturbaciones unidimensionales en el lecho del arroyo, producidas por las extracciones de arena con fines de aprovechamiento.
El arroyo Guadalupe está sometido a avenidas extraordinarias, las cuales se suceden con cierta regularidad.
Para calcular la frecuencia de avenidas, se usó la serie de caudales diarios en Agua Caliente (36 años).
El Cuadro 1 muestra la
serie de avenidas anuales extraída de la serie completa.
En base a la serie de avenidas anuales, el Cuadro 2 muestra las avenidas
calculadas por los métodos de Gumbel y Log Pearson III, para las frecuencias de diseño de 50 y 100 años (Ponce 1989).
2. Erosión local
La erosión local es la profundidad de socavación en el pilar central del puente en condiciones hidráulicas correspondientes a la avenida de diseño.
El puente Guadalupe está cimentado sobre cinco (5) pilares. Dos de estos pilares están cimentados directamente sobre el lecho principal del arroyo (
El cálculo de la erosión local se hará sobre uno de los pilares ubicados en el lecho principal del arroyo,
pues éste es el que está sometido a un mayor riesgo de falla por socavación.
Nótese que la remoción de material
del lecho resulta en dos pilares
no uniformes, con variación de la sección transversal en el sentido vertical.
La altura de la base cilíndrica de cada pilar,
por encima del nivel actual del terreno, se ha medido en
En condiciones de avenida extraordinaria, cuando el flujo debajo del puente llega a alcanzar el nivel inferior de la superestructura del puente,
el caudal calculado es de 2,618 m3/s. Este valor es considerablemente inferior a las avenidas
de 50 y 100 años,
las cuales se estiman en
El puente estará en peligro de falla
si la profundidad de socavación es mayor que la profundidad de
cimentación de los pilares.
La profundidad de socavación se ha calculado usando la
fórmula de Melville (Melville 1997;
Ponce 2012a).
Los valores calculados se muestran en el
Adicionalmente, para propósitos de comparación, se ha utilizado la fórmula de socavación del reporte HEC-18 de la Administración Federal de Carreteras de los EE.UU. (FHWA 2012; Ponce 2012b). La profundidad de socavación en los pilares del puente por esta fórmula se ha calculado en 10.484 m. Los datos de cálculo se muestran en el Apéndice 2.
En base a los cálculos efectuados,
se concluye que los pilares del puente deben estar cimentados a una profundidad de por lo menos
3. Erosión general
La erosión general asume que existe una perturbación negativa (corte o depresión) en el lecho del arroyo aguas arriba del puente, y que
esta perturbación se propagará aguas abajo durante la avenida, hasta encontrar al puente y comprometer su estabilidad por erosión
longitudinal, siguiendo el sentido de la corriente (Bovolin y Ponce 2008).1 En el caso del arroyo Guadalupe,
puede observarse que el corte actual (octubre de 2012), debido a la extracción de arena, está a casi el mismo nivel
en dirección longitudinal y transversal (
4. Riesgo de falla por socavación Los resultados anteriores permiten concluir que hay un riesgo de falla del puente Guadalupe por erosión local (socavación), en caso de producirse una avenida extraordinaria que ocupe toda la sección hidráulica disponible debajo del puente. A la fecha no existen datos fehacientes sobre la profundidad de cimentación actual o efectiva. Por lo tanto, las conclusiones sobre el riesgo de falla están supeditadas a la disponibilidad eventual de este dato. APÉNDICES
1. Cálculo de la socavación en pilares y estribos utilizando la fórmula de Melville. 2. Cálculo de la socavación en pilares de puentes utilizando la fórmula HEC-18. NOTAS
1
La propagación será aguas abajo bajo erosión general, en una dimensión, en la dirección de la corriente, y aguas arriba bajo erosión local, en dos o tres dimensiones.
BIBLIOGRAFÍA
Bovolin, V., y V. M. Ponce (2008). Evolution of sand mining pits in alluvial rivers.
Web article.
Federal Highway Administration. 2012. Evaluating scour at bridges. Fifth Edition. Publication No. FHWA-HIF-12-003, U.S. Department of Transportation,
April.
Melville, B. W (1997). Pier and abutment scour: Integrated approach.
Journal of Hydraulic Engineering, American Society of Civil Engineers, Vol. 123, No. 2,
February, 125-136.
Ponce, V. M. (1989). Engineering Hydrology, Principles and Practices. Prentice Hall, Upper Saddle River, New Jersey.
Ponce, V. M. (2012a). Online scour Melville: Pier and abutment scour using Melville equation. Calculador en línea.
Ponce, V. M. (2012b). Online scour HEC-18: Calculation of bridge scour
using the HEC-18 formula.
Calculador en línea.
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