PATOLOGIA E REABILITACAO DE ESTRUTURAS

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XII CONGRESSO INTERNACIONAL SOBRE

PATOLOGIA E REABILITACAO DE ESTRUTURASFEUP – PORTO – PORTUGAL

26-29 OUTUBRO 2016

Socavación de puentes frente a diferentes condiciones hidráulicas

Alonso Pizarro – Universidad de Basilicata, Italia.Salvatore Manfreda – Universidad de Basilicata, Italia.Oscar Link – Universidad de Concepción, Chile.

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Motivación

Metodología

Series Experimentales

Resultados

Conclusiones

Motivación – Metodología – Series Experimentales – Resultados – Conclusiones

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Motivación

Metodología

Series Experimentales

Resultados

Conclusiones

Motivación – Metodología – Series Experimentales – Resultados – Conclusiones

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Motivación – Metodología – Series Experimentales – Resultados – Conclusiones

Influencia de un obstáculo sobre el flujo

Aumento de Velocidad

Aumento de Turbulencia

Surgimiento de Corrientes Secundarias

Socavación Local: Fenómeno Erosivo

FUENTE: Ettema & Melville (2011)

FUENTE: Melville and Coleman (2000)

FUENTE: Dissertation Henrich Meyering (2012)

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Motivación – Metodología – Series Experimentales – Resultados – Conclusiones

¿Por qué es importante estudiar la Socavación Local?

FUENTE: Reichelt and Richter (2003) FUENTE: Ettmer (2006)

FUENTE: Emol (2004)

COSTOS

SOCIALES

HUMANOSECONÓMICOS

FUENTE: Prendergast & Gavin (2014)

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Motivación – Metodología – Series Experimentales – Resultados – Conclusiones

ENFOQUE DE DISEÑO ACTUAL

Q = cte

Duración Infinita

Caudal con T = 100 – 200 años

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Motivación – Metodología – Series Experimentales – Resultados – Conclusiones

ENFOQUE DE DISEÑO ACTUAL

Q = cte

Duración Infinita

Caudal con T = 100 – 200 años

a) Estados Unidos

b) Alemania

c) Nueva Zelanda

d) Chile

Guías de diseño a nivel mundial:

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Motivación – Metodología – Series Experimentales – Resultados – Conclusiones

ENFOQUE DE DISEÑO ACTUAL

Q = cte

Duración Infinita

Caudal con T = 100 – 200 años

a) Estados Unidos

b) Alemania

c) Nueva Zelanda

d) Chile

Guías de diseño a nivel mundial:

Limitaciones conceptuales

Duración

( )Q f t

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Motivación – Metodología – Series Experimentales – Resultados – Conclusiones

ENFOQUE DE DISEÑO ACTUAL

Q = cte

Duración Infinita

Caudal con T = 100 – 200 años

a) Estados Unidos

b) Alemania

c) Nueva Zelanda

d) Chile

Guías de diseño a nivel mundial:

Limitaciones conceptuales

Duración

( )Q f tFUENTE: Sheppard et al. (2004)

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Motivación – Metodología – Series Experimentales – Resultados – Conclusiones

Problema a nivel mundial

Puente ferroviario en Soldini, Argentina. Agosto 2015.

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Motivación

Metodología

Series Experimentales

Resultados

Conclusiones

Motivación – Metodología – Series Experimentales – Resultados – Conclusiones

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Motivación – Metodología – Series Experimentales – Resultados – Conclusiones

Experimental

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Motivación – Metodología – Series Experimentales – Resultados – Conclusiones

4

*

0

endt ef

end

R R

u dtW t

u t

0.5ef cu u t u

0, / 0.5 

1, / 0.5c

c

u uu u

2  efFuerza u

Hidrodinámica

2  RFuerza uGravitacional

Trabajo Efectivo W*

Sentido físico

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Motivación – Metodología – Series Experimentales – Resultados – Conclusiones

4

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0, / 0.5 

1, / 0.5c

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2  efFuerza u

Hidrodinámica

2  RFuerza uGravitacional

Trabajo Efectivo W*

Sentido físico

ef

R

u GENERA

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Motivación – Metodología – Series Experimentales – Resultados – Conclusiones

4

*

0

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R R

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0.5ef cu u t u

0, / 0.5 

1, / 0.5c

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u uu u

2  efFuerza u

Hidrodinámica

2  RFuerza uGravitacional

Trabajo Efectivo W*

Sentido físico

ef

R

u GENERA

u IMPIDE

4

* ef endend

R Ru t

u tW t

…y para condiciones estacionarias…

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Motivación

Metodología

Series Experimentales

Resultados

Conclusiones

Motivación – Metodología – Series Experimentales – Resultados – Conclusiones

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Data de literatura:

18 experimentos considerados: 10 estacionarios y 8 NO estacionarios.

[Alabi (2006); Oliveto & Hager (2002 – 2005); Pizarro et al. (2016)]

td

[min]D

[m]d50

[mm]hp

[m]up/uc

---ρ'---

σ---

hp/D---

D/d50

---

MIN 20 0.064 0.36 0.11 0.62 0.42 1 0.96 13.23

MAX 67500 0.15 4.8 0.3 0.97 1.65 2.15 3.19 416.67

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Data de literatura:

Experimentos NO estacionariosconsiderados:

1. Pizarro et al. (2016):

B1; B2; C1; D2.

2. Oliveto & Hager(2002 – 2005):

(1) 11.11.00

(3) 11.11.00

(2) 3.3.01

(1) 4.3.01

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Motivación

Trabajo Efectivo W*

Series Experimentales

Resultados

Conclusiones

Motivación – Metodología – Series Experimentales – Resultados – Conclusiones

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Condición estacionaria:

(a) Alabi (2006): 1; 3.

(b) Pizarro et al. (2016): A1; A2.

Diferente hidráulica NOsignifica diferentes curvasde socavación!!!

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Condición NO estacionaria:

Pizarro et al. (2016): Serie B, Serie C, Serie D. Oliveto y Hager (2002, 2005): (1) 11.11.00, (3) 11.11.00, (2) 3.3.01, (1) 4.3.01

Diferente hidráulica NOsignifica diferentes curvasde socavación!!!

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Motivación – Metodología – Series Experimentales – Resultados – Conclusiones

¿Cuál es la relación funcional entre Z* y W*?

Coeficiente Valor

C1 0,0074

C2 0,0969

C3 0,3804

R-cuadrado 0,99

RMSE 0,0093

3 

*2    *

1 1

c

c WZ c e

Modelo de evolución de socavación:Modelo Exponencial

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Metodología

Series Experimentales

Resultados

Conclusiones

Motivación – Metodología – Series Experimentales – Resultados – Conclusiones

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Motivación – Metodología – Series Experimentales – Resultados – Conclusiones

Conclusiones:

El fenómeno de socavación local en las cercanías de cepas de puentes es un fenómeno que afectasu estabilidad estructural y, junto a los terremotos, son la causa principal de fallas en el mundo.

El adimensional de trabajo efectivo W* es un parámetro energético que se basa en la interacciónentre fuerzas forzantes y gravitacionales.

El adimensional de socavación local Z* depende del adimensional de trabajo efectivo W* y surelación funcional es unívoca, dependiendo de las propiedades geométricas y del sedimento.

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Artículos recomendados:

1. Pizarro, A., Ettmer B., Manfreda, S., Rojas, A., Link, O. "Effective flow work forestimation of pier scour under flood waves" (Accepted, Journal of HydraulicEngineering).

2. Link, O., Castillo, C., Pizarro, A., Rojas, Escauriaza, C., Ettmer, B., Manfreda, S. "AModel for Local scour during Flood Waves" (Accepted, Journal of Hydraulic Research).

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Alonso Pizarro – Universidad de Basilicata, Italia.Salvatore Manfreda – Universidad de Basilicata, Italia.Oscar Link – Universidad de Concepción, Chile.