Erosión en pilas de puente – ¿hidráulica o geotecnia?

Una de las causas de daños a la estructura de puentes, es la erosión del lecho de sus pilas y estribos; lo cual incide directamente en la seguridad de las cimentaciones.

Erosión de Pilas de Puente por crecida
Los procesos erosivos que tienen lugar, en los estribos o en la pilas de puentes, atraviesan zonas inundables o lechos de río. 
De forma general, las variables que influyen tendrán la forma de parámetros del terreno, agua (velocidad) y geometría
Erosión de pilas de puente en cauce de río – Venezuela
Erosión de pilas y estribo de puente estrecho – Ecuador
Los problemas relacionados con los procesos de erosión local en pilas, pilotes y cabezales de cimentación de puentes resultan de gran importancia en la ingeniería. Los criterios de diseño, para el control de la erosión local en pilas, tiene una base empírica, estando las fórmulas disponibles basadas en experiencias de laboratorio, sin verificaciones extendidas a escala natural.

Los cálculos justificativos son realizados generalmente por especialistas en hidráulica, empleando simplificaciones y correlaciones, como por ejemplo Computing Scour del USACE, aplicando procedimentos como los indicados en: Scour Calculations, tal y como lo muestra el siguiente ejemplo Bridge Scour

Seguidamente se presenta un vínculo para acceder al Webminario Briaud ISSMGE Webinar bridge scour depth prediction and levee topping erosion que desarrolla, en detalle, los conceptos fundamentales de la erosión que se produce en pilas de puentes o presas. Nótese la importancia de la geometría y el tipo de terreno en la evolución del proceso de erosión. 
Visto lo anterior, se puede inferir que los modelos hidráulicos, son limitados; ya que no toman en cuenta el tipo de terreno de la cimentación. Frente a esta problemática,  proponemos una forma más eficaz, que toma en consideración el tipo de terreno de apoyo de la cimentación; basado en el método del Prof. Briaud. El metodo se encuentra resumido en la manual y programa Simple Scour que se presenta en el post. OJO está adaptado para el Estado de Texas, USA, por lo que para emplearlo en otros régimenes hidráulicos o cuencas hidrográficas es necesario hacer una calibración del modelo y adaptarlo a las condiciones del problema.  
Gráfico de ratio de erosión vs. velocidad del agua (en función del tipo de terreno)

El método emplea cuatro pasos, para determinar la profundidad máxima de erosión:

Paso Nº 1: Observar in-situ la máxima profundidad de erosión Zmo
  1. Observar in-situ la máxima profundidad de erosión Zmo
  2. Determinar la avenida máxima a la que estará sometido el puente: Vmo
  3. Extrapole las medidas de campo para predecir la profundidad de erosión Zuf/Zmo=Vfut/Vmo
  4. Compare la profundidad máxima de erosión con la profundidad de la cimentación Zuf<Zfounf/2
Paso Nº 3: Extrapolar las medidas de campo para predecir la profundidad de erosión
Empleando este método simplificado, se pueden reducir riesgos y costes; tomando en cuenta una serie de parámetros que no se emplean en los análisis puramente hidráulicos. El modelo y la metodología presentada considera, además de la hidráulica, parámetros geotécnicos que son fundamentales; tal y como muestran los videos del post.

No es lo mismo si la cimentación está en arena, grava, roca o arcilla….

AMIGO LECTOR: Si algún día usas el método simplificado y obtienes resultados que desees compartir, por favor regresen al post y coméntalos.

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Este artículo del ICE o Institution of Civil Engineers sobre socavación de pilas de puentes con casos reales analizados amplia lo expuesto en este post: Scour Failure of Bridges

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Lectura Sugerida

Simplified Method for Estimating Scour at Bridges
Abutment Scour in Cohesive Materials
Complex Pier Scour and Contraction Scour in Cohesive Soil

Geotecnia, Geotecnia Medioambiental, Geotermia y Obras Especiales

¡ GRACIAS 😎 por comentar o proponer mejoras !
  1. Gracias por el artículo, un saludo al equipo de INGEOSOLUM

  2. Gracias a ti Juanjo. En especial por tomarte la molestia de leerlo.

    Por otro lado, esperamos que sea de utilidad práctica, y que si alguien se atreve a aplicarlo, retro-alimente en este blog los resultados para avanzar.

    Consideramos que este método sencillo, además de ser útil, toma en cuenta el terreno que es casi siempre la cenicienta del cuento……

  3. Gracias Manuel,

    Si algún día usas el método simplificado y obtienes resultados por favor regresa al post y coméntalos.

    Hasta pronto, eso esperamos!!!!

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