Estudio hidráulico de un puente para Estudio Informativo de autovía

By 16 septiembre, 2014 Hidráulica 6 Comments
Estudio hidraulico de un puente_Miniatura

Sigo con las publicaciones de los últimos servicios que he efectuado… Hoy, el estudio hidráulico de un puente para complementar el Estudio Informativo de una futura infraestructura.

Estudio hidraulico de un puente_Miniatura

En este caso, una visualización de mi perfil en LinkedIn y la formalización del contacto virtual propició que un par de días después me llegara petición de oferta para la realización de un estudio hidráulico de un puente… Así que, si te estás formando la marca personal, no te olvides de la red LinkedIn, ya que puede ser una fuente de generación de contactos y en consecuencia de colaboraciones profesionales puntuales.

La ingeniería que contactó conmigo estaba redactando un Estudio Informativo para una posible futura conexión de dos autovías. El trazado de esta nueva infraestructura interfiere el cauce de un río, con lo que es preciso plantear una solución en viaducto, el cual debe comprobarse hidráulicamente mediante un estudio… que se desarrolló con HEC-RAS de la siguiente manera.

Un puente sobre aguas turbulentas

Y es que el ámbito de emplazamiento de la futura infraestructura, y en consecuencia del puente, tiene unas características bastante particulares:[unordered_list style=”arrow”]

  • Se plantea ubicarlo en el tramo final del río en cuestión, cerca de la desembocadura a otro río de mayor entidad.
  • El cauce del tramo de río a estudiar transita entre zonas urbanizadas, más concretamente entre polígonos industriales
  • A lo largo del tramo a modelizar (unos dos quilómetros) se identifican hasta 7 viaductos existentes de distintas infraestructuras presentes: conexiones viarias entre polígonos en ambos márgenes, viaductos de autovías, de ferrocarril convencional y de Alta Velocidad…
  • Y para acabar de completar el asunto, el trazado de la futura conexión entre autovías plantea el cruce con el río justo aguas arriba del viaducto de ferrocarril[/unordered_list]

Así que, como puedes comprobar, no se trató de una estudio hidráulico de un puente sencillo si no que tuve de ingeniarme un desarrollo y una metodología que por un lado permitiera obtener un modelo hidráulico estable y fiable, y por otro sugerir una geometría que cumpliera los requerimientos que la Administración competente fija, que son:[unordered_list style=”green-dot”]

  • Que tenga capacidad hidráulica suficiente para desaguar las avenidas de 500 años de periodo de retorno
  • Que la sobreelevación que provoque de la lámina de agua sea menor de 30cm
  • Que el resguardo (distancia entre máximo nivel de agua alcanzado y rasante inferior del tablero) sea de almenos 1m, y que además la línea de energía pase por debajo del tablero
  • Que no se produzcan afectaciones a terceros (más allá de las que en la actualidad ya se producen al ser los márgenes zona inundable)
  • Que respetase el criterio de anchura libre (es decir, que los estribos se ubiquen en zonas donde la velocidad sea menor de 0’5m/s para flujos correspondientes a 100 años de periodo de retorno)
  • Que la distancia mínima entre pilares sea de 45m[/unordered_list]

Estas características, aspectos y circunstancias son los que llevan a plantear cómo se va a estructurar el estudio hidráulico en HEC-RAS de ese tramo del río, como se va a organizar y desarrollar…

¿Por dónde empezar el estudio hidráulico de un puente?

En HEC-RAS, y en cualquier programa de modelización hidráulica, hay que definir una geometría y una hidráulica. Tanto para la definición de una como de la otra, lo primero que hay que tener en cuenta es qué información hay disponible. En este caso conté con: MDE Lidar 2×2 i ortofotos de la zona, un modelo existente en HEC-RAS del río que debía modelizar, levantamientos topográficos de viaductos presentes en el tramo a modelizar pero no incluidos en el anterior modelo existente, datos de caudales a considerar para distintos periodos de retorno… y el trazado de la futura autovía, evidentemente.

Para la definición de la geometría se parte del MDE Lidar 2×2, el cual ofrece una precisión de representación del terreno bastante buena. Tratado estos datos del terreno con ArcGIS se obtiene un modelo de elevaciones TIN que posteriormente permitirá generar la información de la geometría del modelo mediante HEC-GeoRAS.

Estudio hidraulico de un puente_TIN

En esta definición de la gemoetría con HEC-GeoRAS se establecen las secciones que representan la orografía del tramo de cauce a estudiar, las cuales ya ubiqué pensando en cómo se iba a desarrollar el estudio… pero además con HEC-GeoRAS se puede definir las obstrucciones que representan todas las naves industriales que se levantan en ambos márgenes del tramo a modelizar, las áreas inefectivas de flujo que se prevé que se generen por el entramado industrial y por la presencia de las demás infraestructuras, y la zonificación de las distintos tipos de suelo, es decir, de los coeficientes de rugosidad.

Aquí quiero apuntar que la distribución de esas secciones la realicé basándome en el modelo existente en HEC-RAS del río… esto me serviría para poder contrastar resultados y validar el modelo que iba a crear… pero adaptándolas a mis necesidades:[unordered_list style=”star”]

  • ubicando estratégicamente secciones para la definición de la posición del futuro puente a estudiar
  • abarcando más extensión en los márgenes de inundación (ya que conocía a priori que éstos eran zona inundable)
  • orientándolas de manera que se representara las direcciones de flujo previstas en cauce y márgenes de inundación[/unordered_list]

Una vez definida la geometría e incorporados los viaductos al modelo (los mismos que los ya definidos en el modelo existente), la geometría del modelo quedó así:

Estudio hidraulico de un puente_GeoBase

Esta geometría sería la base a partir de la cual desarrollar el resto de estudio hidráulico… ¿Y cómo se desarrolló?

Pues el estudio hidráulico se desarrolló así…

Una vez definida una geometría base, tocó decidir cómo desarrollar el estudio… y teniendo una geometría base, lo mejor empezar con un modelo base el cual pueda comprobarse su funcionamiento como la validez de sus resultados… Así pues, este modelo base consistió en someter a la geometría base a los caudales dato para distintas condiciones de contorno… Los resultados de este modelo permiten así comprobar dos cosas:[unordered_list style=”tick”]

  • El modelo presenta unos resultados estables en la zona donde interesa realizar el estudio (es decir, en la zona del viaducto a proponer), ya que en ese ámbito los resultados de lámina de agua son siempre los mismos, sea cual sea la condición de contorno definida.
  • El modelo presenta un funcionamiento fiable, ya que, aunque los resultados numéricos entre el modelo base creado y el modelo existente difieran, el comportamiento hidráulico de ambos sea semejante en términos relativos[/unordered_list]

El cumplimiento de ambos condicionantes asegura que el modelo base creado es válido para seguir con el desarrollo del estudio hidráulico… el cual siguió tal que así:

1. Creación de un modelo que representase la situación actual del tramo de río… añadiendo los viaductos que no se incluían en el modelo existente (razón por la cual se levantaron topográficamente). Este modelo es el que por una parte sirve para comprobar cómo afecta en el flujo (sobreelevaciones) la implementación de un nuevo viaducto, y por otra permite delimitar las zonas de flujo que para 100 años de periodo de retorno presenta velocidades menores a 0’5m/s (aspecto que condiciona la ubicación de los estribos). Aquí tienes una imagen de la distribución de velocidades, con las zonas en azul dónde la velocidad es menor a 0’5m/s e indicando la alineación del futuro viaducto.

Estudio hidraulico de un puente_Velocidades

2. Creación de un modelo que representase la situación futura, es decir, con la propuesta de viaducto. En este modelo se incorpora la geometría de viaducto para la futura conexión entre autovías (recuerda: justo aguas arriba de un viadcuto existente), por lo que se plantea con las siguientes características básicas:[unordered_list style=”tick”]

    • Los estribos se ubican en zonas de velocidades bajas
    • Los vanos o tramos entre pilares tengan 45m de luz (por lo tanto el viaducto tendrá una luz total múltiple de 45m)
    • La disposición de los distintos elementos del viaducto a proponer viene condicionado por el viaducto existente y que quedará justo aguas abajo del nuevo…. de manera que los pilares del nuevo deberán quedar alineados en la dirección del flujo con respecto a los pilares del existente (es decir, no puede quedar un pilar del nuevo viaducto justo en medio del paso de flujo del viaducto existente, provocando perturbaciones de paso de flujo por él!!!)[/unordered_list]

Así que en base a estos condicionantes se comprueba el comportamiento hidráulico para distintas longitudes de viaductos: 270m (mínimo condicionado a posición de estribos), 315m, 360m, etc… Hasta que se encuentre con un viaducto que cumpla con los seis requerimientos descritos más arriba…

Finalmente, y una vez realizadas tantas simulaciones como puentes posibles, se obtiene que el viaducto debe constar como mínimo de 9 vanos y una luz total de 405m... pudiendo llegar hasta los 15 vanos y luz total de 675m…

Estudio hidraulico de un puente_viaducto

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