Erosión local en pilas de puentes : Profundidad de erosión de equilibrio y evolución temporal de la erosión local

Abstract

Los estudios en hidráulica de puentes desarrollados en las décadas pasadas reflejan la necesidad de disminuir el riesgo de falla de las estructuras de puentes. Las fallas que han ocurrido pueden atribuirse a la carencia de conocimiento del complejo fenómeno involucrado en el mecanismo de la erosión local. El proceso de erosión local en torno a pilas de puente es complejo debido fundamentalmente a (1) la interacción existente entre el patrón de flujo y el material del lecho y (2) la complejidad propia de los mecanismos de transporte de sedimento. Por otra parte, la gran cantidad de programas de investigación desarrollados recientemente por la comunidad internacional confirman la importancia del problema. A pesar de la considerable cantidad de estudios existentes al respecto, muchos de los problemas planteados con relación a la socavación de puentes no han sido totalmente resueltos y son fuente de incertidumbre a la hora del diseño y del diagnóstico de estructuras existentes. Por otra parte, la problemática de la erosión local ha sido particularmente alarmante en los puentes cortos, para los que existe una mayor carencia de conocimientos técnicos con relación a la socavación en torno a sus fundaciones. Por lo tanto, lo dicho anteriormente junto con el alto número de pequeños puentes en Uruguay, tanto ferroviarios como carreteros, otorga una importancia singular a la necesidad de predecir adecuadamente las profundidades de erosión local y su evolución en el tiempo. En este marco, el objetivo general de esta tesis es avanzar en el conocimiento del fenómeno de erosión local entrono a pilas cilíndricas y de su evolución temporal, con aplicaciones directas en los cálculos de erosiones para el diseño. Este trabajo presenta una fuerte base experimental. Se desarrollaron experimentos de erosión local en una pila cilíndrica, sobre lecho de material granular no cohesivo bajo condiciones de flujo estacionario, llevados a cabo en el Laboratorio de Ingeniería Hidráulica de la Universidad de Castilla-La Mancha (España). El canal utilizado para estos ensayos es de sección rectangular, de 37 m de longitud y 0.75 m de ancho con fondo de acero y paredes de cristal. La profundidad del flujo en el canal se controla a través de una compuerta situada en el extremo de aguas abajo. En medio de la zona de medida se situó una pila cilíndrica de 9 cm de diámetro. En el cuenco ubicado en esa zona se colocó sedimento, a su vez a lo largo de todo el canal se colocó una capa del mismo sedimento de 7 cm de espesor. El sedimento viene caracterizado por un tamaño medio del grano d50 = 1.65 mm, una desviación estándar sg = 1.32 y una densidad del sedimento rs = 2650 kg/m3. A partir de varios ensayos previos, se determinó la capacidad hidráulica del canal y la mejor configuración de inicio de experimentos. El plan de ensayos principales consiste en la realización de 29 experimentos.