La presente investigación es realizada con la finalidad de calcular los efectos de erosión y socavación que se dan en los pilares de puentes, y así demostrar que tanto la parte estructural, geotécnica, geológica, así como la parte hidráulica van de la mano para evitar fallas en un puente. La metodología escogida, permitirá a través de los resultados dar una solución acorde a la magnitud del problema. La tesis será realizada en cuatro fases programadas. FASE I: Recolección de información. FASE II: Desarrollo de estudios. FASE III: Desarrollo del proyecto: cálculo, modelamiento hidráulico y posibles alternativas de solución. FASE IV: Análisis de resultados: conclusiones, ventajas y desventajas. Para el análisis y diseño del proyecto se tomará como principal referencia la normativa nacional vigente contenida en el reglamento nacional de edificaciones (RNE), tomando en cuenta su ámbito de aplicación, asimismo se utilizarán manuales y leyes nacionales vigentes. / Tesis

Publicación a texto completo no autorizada por el autor / Las estadísticas de fuentes mundiales y nacionales indican que la mayoría de puentes fallan por razones hidráulicas, producido principalmente por la socavación hidráulica. Este fenómeno en una avenida se incrementa notablemente y erosiona las cimentaciones de las estructuras de obstrucción como pilares y estribos hasta ocasionar el colapso del puente. Si bien existen y se van desarrollando metodologías apropiadas para el cálculo de las profundidades de socavación, la problemática se mantiene hasta la actualidad y más aún en nuestro país. Realiza el análisis de la socavación hidráulica producida en puentes, mediante el reconocimiento de todos los factores que influyen en el fenómeno, para establecer los procedimientos y las metodologías apropiadas para la estimación correcta de las profundidades de socavación. La investigación se desarrolla utilizando el método científico, planteando el problema de la socavación hidráulica a partir de la problemática de las fallas de puentes, donde se plantearon los objetivos y se desarrollaron todos los estudios preliminares, reconociendo los factores y parámetros que influyen en la socavación para luego describir y calcular las metodologías más representativas para los cálculos de los diversos tipos de socavación a partir de un ejemplo aplicativo real y realizar los análisis respectivos a partir de los resultados obtenidos. Se concluye que con un análisis adecuado de los factores y parámetros que intervienen en el proceso erosivo y el uso correcto de las metodologías existentes, se pueden estimar con mayor exactitud las profundidades de los tipos de socavación, a fin de disminuir las fallas de puentes debido a este fenómeno. / Tesis

La socavación es una de las operaciones críticas dentro del proceso productivo en una mina explotada por hundimiento de bloques o paneles. El conocimiento del proceso de socavación proviene en gran medida de la experiencia operativa, sin un mayor conocimiento teórico. Por lo tanto, resulta fundamental mejorar el entendimiento de este proceso, y apuntar hacia la confección de guías de diseño ingenieril. La revisión del estado del arte a la fecha mostró que la tendencia actual en el diseño se orienta a la selección del hundimiento avanzado como estrategia de socavación, en general optando por geometrías de corte basal alto, en particular corte inclinado o hundimiento frontal. En el presente trabajo se muestra una comparación geotécnica relativa entre las técnicas de socavación que fueron consideradas con mayor potencial de aplicación dentro de las identificadas en la revisión de diseños: por un lado, hundimiento convencional, y por otro, las variantes de hundimiento avanzado, corte plano e inclinado. Modelación numérica elástica mediante el software Map3d fue realizada para entender el impacto de las distintas geometrías de corte basal, sobre dos aspectos críticos: los esfuerzos inducidos en la frente de socavación y la condición de los pilares de los niveles de producción y hundimiento. La estrategia de modelación desarrollada fue del tipo paramétrica, modificando una variable de interés a la vez: la secuencia de socavación, la geometría del corte; la razón entre los esfuerzos horizontal y vertical in situ y la profundidad. Para comparar entre las variantes, se utilizaron dos indicadores: la razón entre el esfuerzo vertical inducido, medido en los pilares del nivel de hundimiento posterior a la socavación, y el esfuerzo vertical in situ; y un factor de seguridad, asumiendo el criterio de falla de Mohr-Coulomb, aplicado sobre los pilares de los niveles de producción y hundimiento. Los resultados obtenidos muestran que la estrategia que parece ser más robusta corresponde a la de corte inclinado avanzado, debido a que en la mayoría de los escenarios analizados, ofrece las condiciones de diseño más benignas: mayores factores de seguridad sobre los pilares y bajos esfuerzos inducidos en el nivel de hundimiento, en particular con respecto al caso de corte plano.

El presente trabajo busca mostrar la diferencia entre el caudal máximo diario anual y el caudal anual máximo instantáneo. Esto, porque el primero es el dato que se obtiene en la mayoría de estaciones de medición de caudal en todo el país y el segundo es el que se obtiene mediante estructuras hidráulicas que permiten medir el caudal en todo momento evitando el efecto de la socavación que genera el agua al escurrir por terrenos naturales proclives a esta. Se demostrará porque estos datos se deben considerar en la determinación de los caudales de diseño extremos de las estructuras hidráulicas. Se analizará y comparará ambos resultados y se explicará el por qué es importante trabajar con el caudal instantáneo en vez del máximo medio diario anual. Se justificará por qué a pesar de que el caudal anual máximo instantáneo es mucho más difícil de obtener, a largo plazo resulta más provechoso de utilizar. Se expondrá por qué el registro de caudal máximo diario anual el que tienen a disposición los ingenieros en la gran mayoría de ríos del litoral de nuestro país. Se demostrará que la diferencia entre ambos genera un error que representa un verdadero riesgo para el diseñador de infraestructura hídrica que basa sus cálculos en un registro que podría resultar peligroso pues puede estar subestimado. / This work seeks to show the difference between the annual maximum daily flow and the instantaneous maximum annual flow. This is because the first is the data obtained in most of the flow measurement stations throughout the country and the second is obtained by measurements of hydraulic structures that allow the flow to be measured at all times avoiding the effect of the undermining that generates water by draining through natural lands. It will be demonstrated why these data should be considered in determining the extreme design flow rates of hydraulic structures. Both results will be analyzed and compared and it will be explained why it is important to work with the instantaneous flow rate instead of the maximum annual average daily. It will be justified why although the maximum instantaneous annual flow is much more difficult to obtain, in the long term it is more profitable to use. It will be explained why the annual maximum daily flow record available to engineers in the vast majority of rivers along the coast of our country. It will be shown that the difference between the two generates an error that represents a real risk for the water infrastructure designer who bases his calculations on a record that could be dangerous and it may be underestimated. / Tesis

Estudio de investigación solicitado por la empresa CNPC durante el desarrollo de la explotación del gas de Camisea el cual es un proyecto muy importante para el país, el proyecto plantea el cruce de una tubería bajo el lecho fluvial del río Urubamba. La metodología que se propone aplicar es la de caracterizar las condiciones morfológicas del lecho fluvial mediante estudios batimétricos y topográficos (vuelo LIDAR), luego con apoyo de la hidrología obtener un hidrógrama de una avenida extraordinaria para un periodo de retorno de 200 años el cual servirá como datos de ingreso al modelo para luego ejecutar un modelamiento hidrodinámico inicial (sin parámetros de sedimentos) para realizar un contraste con la información leída en campo y el apoyo de otro modelo unidimensional a fin de validar sus cálculos, finalmente por los requerimientos del modelo ingresar las características del sedimento (parámetros del sedimentos como el tamaño) para ejecutar el final modelamiento y valorar las principales características hidrodinámicas arrojadas el cual comprende la socavación producida por las condiciones planteadas. Para el modelado final se emplea diferentes métodos que nos ofrece el programa IBER para hallar los parámetros con varias de las formulas preestablecidas con los cuales se halla los principales parámetros sedimentológicos, estos parámetros también son hallados ejecutando el cálculo la altura socavación con apoyo de un método que combina el métodos matemáticos directos y la modelización en 2D de la hidrodinámica, esto se realiza con el fin de realizar un contraste con los resultados obtenidos. Se concluye que la simulación hidrodinámica es útil para observar el comportamiento hidrodinámico de lechos fluviales que caracterizados, aplicados y validados correctamente pueden ayudar a resolver muchos problemas futuros. / Trabajo de suficiencia profesional

La presente investigación es realizada con la finalidad de calcular los efectos de erosión y socavación que se dan en los pilares de puentes, y así demostrar que tanto la parte estructural, geotécnica, geológica, así como la parte hidráulica van de la mano para evitar fallas en un puente. La metodología escogida, permitirá a través de los resultados dar una solución acorde a la magnitud del problema. La tesis será realizada en cuatro fases programadas. FASE I: Recolección de información. FASE II: Desarrollo de estudios. FASE III: Desarrollo del proyecto: cálculo, modelamiento hidráulico y posibles alternativas de solución. FASE IV: Análisis de resultados: conclusiones, ventajas y desventajas. Para el análisis y diseño del proyecto se tomará como principal referencia la normativa nacional vigente contenida en el reglamento nacional de edificaciones (RNE), tomando en cuenta su ámbito de aplicación, asimismo se utilizarán manuales y leyes nacionales vigentes.

La presente tesis tiene como objetivo evaluar una propuesta para el control de erosión fluvial de la curva externa del rio Rimác ubicada entre los sectores Cantagallo y La Perla en Chosica, verificando su eficacia a través de un modelamiento con fines de calcular la socavación producida para diferentes periodos de retorno y proponer como estructura de control a las paletas sumergidas, comparando ambos resultados obtenidos para evaluar sus beneficios. El tramo escogido presentó fallas en los muros de contención ubicados a lo largo del cauce según un estudio previo realizado por el INGEMMET, por lo que es necesario mejorar la infraestructura ya construida, por lo que la presencia de las paletas sumergidas podría actuar como tal. Por este motivo, el modelamiento hidráulico, realizado en el software Iber, nos permitirá conocer el comportamiento del río para obtener las variables de diseño y conocer los valores de velocidades y esfuerzos cortantes de fondo producidos en la curva externa. Se realizó la simulación para dos escenarios, uno considerando las máximas avenidas producidas en años previos y el segundo despreciando dichos valores. Esto nos permite comparar las dimensiones y comportamiento de ambas estructuras para un futuro diseño. Finalmente, en ambos escenarios se verificó que la presencia de las paletas sumergidas en la curva externa reduce los niveles de erosión local y general producido para los diferentes caudales simulados, por lo que resulta una estructura viable a ser aplicada como medida de control. / The objective of this thesis is to evaluate a proposal for the control of fluvial erosion of the external bend of the Rimac river located between the Cantagallo and La Perla sectors in Chosica, verifying its effectiveness through a modeling in order to calculate the undercut produced for different return periods and propose submerged vanes as a control structure, comparing both results obtained to evaluate their benefits. The chosen section presented failures in the retaining walls located along the channel according to a previous study carried out by INGEMMET, so it is necessary to improve the infrastructure already built, so the presence of the submerged vanes could act as such. For this reason, the hydraulic modeling, carried out in the Iber software, will allow us to know the behavior of the river to obtain the design variables and to know the values of speeds and shear stresses produced in the external bend. The simulation was performed for two scenarios, one considering the maximum avenues produced in previous years and the second disregarding these values. This allows us to compare the dimensions and behavior of both structures for a future design. Finally, in both scenarios it was verified that the presence of the submerged vanes in the external curve reduces the levels of local and general scour produced for the different simulated flows, making it a viable structure to be applied as a control measure. / Tesis

En la presente investigación se evaluó la eficiencia de las pilas de sacrificio en la reducción de la socavación local de pilares cilíndricos y rectangulares de puentes de ríos. Para ello, se realizaron modelaciones numéricas hidrodinámicas, en el software Iber, y se aplicaron las ecuaciones de la Universidad Estatal de Colorado (CSU) y de Froechlich. En esta investigación, se emplearon los resultados del ensayo físico del pilar cilíndrico aislado de 30mm de diámetro, ensayado en el artículo científico desarrollado por Vahdati et al. (2020). Asimismo, se emplearon los resultados del pilar rectangular de nariz semicircular de 30mm de ancho y 150mm de largo, ensayado en el artículo científico desarrollado por Vijayasree, Eldho, Mazumder y Ahmad (2019). Estos ensayos físicos fueron calibrados para, posteriormente, adicionar las pilas de sacrificio, en diferentes configuraciones, y analizar su eficiencia en la reducción de la socavación local. Las configuraciones propuestas para las pilas son: triangular 30°, triangular 180°, en tandem y en tridem. Para el pilar cilíndrico aislado y para el pilar rectangular de nariz semicircular se obtuvieron porcentajes de reducción de la socavación local de hasta 45.32% y 60.75%, respectivamente. De acuerdo a los resultados, las configuraciones en tridem y triangulares de 180° fueron las más eficientes. Además, se realizó un análisis dimensional para conocer la influencia de las variables que intervienen en el fenómeno de socavación local. A partir de los resultados, se observó que el número de Froude (Fr) es el numero adimensional más influyente. / In this research, the efficiency of sacrificial piles in reducing local scour of cylindrical and rectangular piers of river bridges was evaluated through hydrodynamic numerical modeling (in the Iber software) and the application of the equations of Froechlich and Colorado State University (CSU). The results of the physical test of the 30 mm diameter single cylindrical pier, tested by Vahdati et al. (2020), and the results of the physical test of the rectangular pier with semi-circular nose of 30 mm wide and 150 mm long, tested by Vijayasree, Eldho, Mazumder and Ahmad (2019), were used. These physical tests were calibrated to add the sacrificial piles in different configurations and analyze their efficiency in reducing local scour. The proposed configurations for the piles were: triangular 30°, triangular 180°, tandem and tridem. The maximum percentages of reduction of local scour obtained were 45.32% and 60.75% for the single cylindrical pier and the rectangular semi-circular nose pier, respectively. According to the results, tridem and triangular 180° configurations were the most efficient. Likewise, a dimensional analysis was carried out to determine the influence of the variables involved in the phenomenon of local scour. From the results, the Froude number (Fr) was the most influential dimensionless number. / Tesis

El objetivo general es analizar la propuesta de reforzamiento con encamisado en estribos de puentes sometidos a socavación por la acción del agua durante la ocurrencia de las máximas avenidas. Para ello, se estudió al puente Morón ubicado sobre el río Rímac para asegurar su estabilidad. Se identificó que la principal causa de falla de los puentes es hidráulica y está asociada a la socavación producida por las máximas avenidas que se presentan en el periodo de diciembre-abril y se intensifican notablemente con la ocurrencia del Fenómeno El Niño. Para ello, se propuso realizar un encamisado de los estribos, propuesta que se comparó con otras alternativas utilizando metodologías sugeridas por expertos, la evaluación de las condiciones existentes en el terreno para validar la investigación. El nivel de investigación realizado es descriptivo, debido a que se caracterizará las obras de protección contra la socavación de estribos, comparando diversas alternativas con la propuesta de encamisado. Además, exploratorio, documental y se complementó con datos obtenidos de campo. Para luego calcular la socavación empleando la metodología propuesta por el HEC-18 con datos hidráulicos obtenidos en el modelamiento del tramo estudiado con el HEC-RAS. Los resultados indicaron que el puente Morón presenta falla hidráulica a causa de la socavación en estribos. Además, se determinó que es necesario proteger el talud del río con revestimiento de enrocado 476 m aguas arriba y 574 m aguas abajo del puente, por ubicarse en una curva, concluyendo que por razones técnico-económicas el encamisado es la mejor alternativa de protección. / The main objective is to analyze the proposal of jacketed reinforcement in bridge abutments subjected to scour by flowing water during major flood stage. For that purpose, the Morón Bridge located over the Rímac River was studied to ensure its stability. It was identified that the main reason of bridge failure is hydraulic and this is associated to the scour caused by the major flood stage in the December–April period, and it is significantly intensified by the El Niño Phenomenon. To that end, we proposed to carry out an abutment jacketing, this proposal was compared to other alternatives applying methodologies suggested by experts and the evaluation of existing conditions in the land in order to validate this research. The level of research is descriptive because it will characterize the protection works against undermining of bridge abutments, comparing various alternatives with the cladding proposal. In addition, exploratory, documentary and was supplemented with data obtained from the field. To then calculate the scour using the methodology suggested on HEC-18 with hydraulic data obtained in the modeling in the section studied in HEC-RAS. The results indicated that the Morón bridge presents failure is hydraulic to the scour in abutments. In addition, it was determined that it is necessary to protect the river slope with a riprap of 476 meters upstream and 574 meters downstream from the bridge for this being located in a curve, concluding the proposal of jacketed reinforcement of reinforced concrete is the best option for technical-economic and environmental reasons. / Tesis

El Perú al ser un país con un gran número de ríos que se cruzan con vías de comunicación, es necesario el uso de puentes. Debido a su importancia, se tiene que tener especial cuidado de cómo podrían verse afectados los puentes en las épocas de eventos máximos, un caso particular es cuando se ven influenciados por el fenómeno El Niño, como ocurrió en el año 2017, en el cual el puente del río Virú colapsó. En la presente tesis se busca realizar el diseño hidráulico además del estudio de socavación en la zona en donde ocurrió este derrumbe. Para lo cual, por medio de un modelo hidrológico, se calculan los caudales máximos, los cuales se usan en un modelo hidráulico en donde se calcula el NAME (nivel de aguas extraordinarias), el gálibo y la socavación general como la local en pilares. En primer lugar, por medio del software ArcGis 10.5, se ejecuta la delimitación de la cuenca y subcuencas aguas arriba de la ubicación del puente en cuestión. Luego de procesar la información pluviométrica y obtener posteriormente los hietogramas de cada subcuenca para los tiempos de retorno de 140 y 500 años, con el software HEC-HMS, se hace la modelación hidrológica y se obtiene los caudales de diseño para los modelos de tiempo de retorno de 140 y 500 años en el sitio del puente. Haciendo uso del software HEC-RAS, con el caudal de 140 años se calcula el NAME y gálibo del puente, mientras que el caudal de 500 años es para el cálculo de la socavación. El gálibo en el puente que se obtiene es igual a 3.08 m y el NAME igual a 0.85 m. La socavación general que se obtiene con los métodos utilizados es de 1.0 m usando el método de Lischtvan-Levediev, mientras que por el método de Laursen es de 0.36 m. En la socavación local de pilares, el máximo valor fue de 4.25 m con el método de CSU equation. / Peru, being a country with a large number of rivers that intersect with communication routes, it is necessary to use bridges. Due to its importance, special care must be taken regarding how bridges could be affected in times of maximum events, a particular case is when they are influenced by the El Niño phenomenon, as occurred in 2017, in which the Virú river bridge collapsed. The present thesis seeks to carry out the hydraulic design in addition to the scour study in the area where this landslide occurred, for which the precipitation patterns in the place are determined through the hydrological study, the hydrological model is carried out to find the maximum flows, which are used to carry out the hydraulic model in order to calculate the NAME (Extraordinary Maximum Water Level), the gauge and both the general scour and the local scour in pillars. First, using the ArcGis 10.5 software, the delimitation of the basin and sub-basins upstream of the location of the target bridge is executed. After processing the rainfall information and subsequently obtaining the hyetographs of each sub-basins for the return times of 140 and 500 years, with the HEC-HMS software, the hydrological modeling is done and the design flows for the 140- and 500-year return time models at the bridge site are obtained. Making use of the HEC-RAS software, with the flow of 140 years NAME and the gauge of the bridge are calculated, while the flow of 500 years is for the calculation of scour. The gauge on the bridge that is obtained is equal to 3.08 m and the NAME equal to 0.85 m. The general scour obtained with the methods used is 1.0 m using the Lischtvan-Levediev method, while by the Laursen method it is 0.36 m. In the local scour of pillars, the maximum value was 4.25 m with the CSU equation method.