Investigaciones proyectadas en Canal para estudio de socovación en pilas de puentes, como respuesta adaptativa al Cambio Climático - Felipe Negrete S. y Rodrigo Herrera H.

1. SEMINARIO: CAMBIO CLIMÁTICO, UN
DESAFÍO PARA LA INFRAESTRUCTURA
3 de Octubre, 2019
Salón Moneda Bicentenario
“Investigaciones proyectadas en Canal para estudio de
socavación en pilas de puentes, como respuesta adaptativa al
Cambio Climático”
Módulo 2: Puentes – conectividad y Cambio Climático
Felipe Negrete S.
• Ingeniero jefe de Proyectos del
Instituto Nacional de Hidráulica.
Rodrigo Herrera H.
• Jefe Unidad de Modelación Física del
Instituto Nacional de Hidráulica.

2. Introducci´on Explicaci´on Estado del arte Canal INH Instrumentaci´on
Investigaciones proyectadas en canal para estudio
de socavaci´on en pilas de puentes, como
respuesta adaptativa al cambio clim´atico
Felipe Negrete S. - Rodrigo Herrera H.
Octubre, 2019

3. Introducci´on Explicaci´on Estado del arte Canal INH Instrumentaci´on
Contexto
Investigaciones proyectadas en canal para estudio de
socavaci´on en pilas de puentes, como respuesta adaptativa al
cambio clim´atico

4. Introducci´on Explicaci´on Estado del arte Canal INH Instrumentaci´on
Contexto
Investigaciones proyectadas en canal para estudio de
socavaci´on en pilas de puentes, como respuesta adaptativa al
cambio clim´atico

5. Introducci´on Explicaci´on Estado del arte Canal INH Instrumentaci´on
Contexto
Investigaciones proyectadas en canal para estudio de
socavaci´on en pilas de puentes, como respuesta adaptativa al
cambio clim´atico

6. Introducci´on Explicaci´on Estado del arte Canal INH Instrumentaci´on
Contexto
Investigaciones proyectadas en canal para estudio de
socavaci´on en pilas de puentes, como respuesta adaptativa al
cambio clim´atico

7. Introducci´on Explicaci´on Estado del arte Canal INH Instrumentaci´on
Contexto

8. Introducci´on Explicaci´on Estado del arte Canal INH Instrumentaci´on
Contexto

9. Introducci´on Explicaci´on Estado del arte Canal INH Instrumentaci´on
Contexto

10. Introducci´on Explicaci´on Estado del arte Canal INH Instrumentaci´on
Un poco de f´ısica

11. Introducci´on Explicaci´on Estado del arte Canal INH Instrumentaci´on
Un poco de f´ısica
Socavaci´on

12. Introducci´on Explicaci´on Estado del arte Canal INH Instrumentaci´on
Un poco de f´ısica
Estructura
Socavaci´on

13. Introducci´on Explicaci´on Estado del arte Canal INH Instrumentaci´on
Un poco de f´ısica
Estructura
Sedimento
Socavaci´on

14. Introducci´on Explicaci´on Estado del arte Canal INH Instrumentaci´on
Un poco de f´ısica
Estructura
Sedimento Flujo
Socavaci´on

15. Introducci´on Explicaci´on Estado del arte Canal INH Instrumentaci´on
Un poco de f´ısica
Estructura
Sedimento Flujo
Socavaci´on
ds = f(flujo/fluido, sedimentos, pila, tiempo)

16. Introducci´on Explicaci´on Estado del arte Canal INH Instrumentaci´on
Un poco de f´ısica
Estructura
Sedimento Flujo
Socavaci´on
ds
h = f( V
Vc
, h
D , V 2
gh , V D
ν , D
d50
, σg, V t
D , Sh, Al)

17. Introducci´on Explicaci´on Estado del arte Canal INH Instrumentaci´on
Un poco de f´ısica
Estructura
Sedimento Flujo
Socavaci´on
ds
h = 2K1K2K3(D
H )0,65Fr0,43
Richardson et al 1990

18. Introducci´on Explicaci´on Estado del arte Canal INH Instrumentaci´on
¿Hay efecto del cambio clim´atico?
Cambio
clim´atico
Precipitaci´on
Caudal
Flujo (h,V)
Socavaci´on

19. Introducci´on Explicaci´on Estado del arte Canal INH Instrumentaci´on
¿Hay efecto del cambio clim´atico?
Cambio
clim´atico
Precipitaci´on
Caudal
Flujo (h,V)
Socavaci´on
IPCC(2007)
La intensidad de los eventos de
precipitaci´on, en particular la proporci´on
del total de precipitaci´on que cae durante
eventos extremos, ha incrementado y
seguir´a increment´andose en el futuro.
Adem´as, incrementar´a el riesgo de
crecidas.

20. Introducci´on Explicaci´on Estado del arte Canal INH Instrumentaci´on
¿Hay efecto del cambio clim´atico?
Cambio
clim´atico
Precipitaci´on
Caudal
Flujo (h,V)
Socavaci´on
Fuente: Department of Civil and Environmental
Engineering-University of Surrey

21. Introducci´on Explicaci´on Estado del arte Canal INH Instrumentaci´on
¿Hay efecto del cambio clim´atico?
Cambio
clim´atico
Precipitaci´on
Caudal
Flujo (h,V)
Socavaci´on
Fuente: Department of Civil and Environmental
Engineering-University of Surrey

22. Introducci´on Explicaci´on Estado del arte Canal INH Instrumentaci´on
¿Hay efecto del cambio clim´atico?
Cambio
clim´atico
Precipitaci´on
Caudal
Flujo (h,V)
Socavaci´on
Fuente: Department of Civil and Environmental
Engineering-University of Surrey

23. Introducci´on Explicaci´on Estado del arte Canal INH Instrumentaci´on
¿Hay efecto del cambio clim´atico?
Cambio
clim´atico
Precipitaci´on
Caudal
Flujo (h,V)
Socavaci´on
Riesgo
Fuente: Dikanski H. et al (2016)
Fuente: Department of Civil and Environmental
Engineering-University of Surrey
Fuente: Brandimarte L. et al 2012

24. Introducci´on Explicaci´on Estado del arte Canal INH Instrumentaci´on
¿Hay efecto del cambio clim´atico?
Cambio
clim´atico
Precipitaci´on
Caudal
Flujo (h,V)
Socavaci´on
Riesgo
Fuente: Dikanski H. et al (2016)
Fuente: Department of Civil and Environmental
Engineering-University of Surrey
AASHTO, 1994
“la mayor parte de los puentes que
han fallado, en USA y en todo el
mundo, ha sido debido a la
socavaci´on”

25. Introducci´on Explicaci´on Estado del arte Canal INH Instrumentaci´on
En Chile si pasa...
Puente Cancura, 2018
R´ıo Tolt´en-Pitrufqu´en, 2016

26. Introducci´on Explicaci´on Estado del arte Canal INH Instrumentaci´on
Algunos estudios: Cambio Clim´atico/Socavaci´on en
puentes
1. Khelifa A. (2013): Impacts of climate Change on
Scour-Vulnerable bridges
Riesgo y p´erdida econ´omica adicional por efecto del CC
↑ 10 % fallas ↑ 15 % p´erdida econ´omica

27. Introducci´on Explicaci´on Estado del arte Canal INH Instrumentaci´on
Algunos estudios: Cambio Clim´atico/Socavaci´on en
puentes
1. Khelifa A. (2013): Impacts of climate Change on
Scour-Vulnerable bridges
Riesgo y p´erdida econ´omica adicional por efecto del CC
↑ 10 % fallas ↑ 15 % p´erdida econ´omica
2. Wright L. et al (2012): Estimated effects of climate change on
flood vulnerability of U.S. Bridges
Costo de adaptaci´on por incremento de flujo peak: 1, 12 − 2 miles
de millones USD/Bridge
Decisiones tempranas pueden reducir los costos de adaptaci´on en
aprox. un 30 %.

28. Introducci´on Explicaci´on Estado del arte Canal INH Instrumentaci´on
Algunos estudios: Cambio Clim´atico/Socavaci´on en
puentes
3. Nasr A. et al (2019): A review of the potential impacts of
climate change on the safety and performance of bridges
“The potentially severe climate impacts on infrastructure
necessitate timely and unfaltering measures, not only to
mitigate Greenhouse gas (GHG) emissions by introducing
international environmental agreements, e.g., the 2015
Paris agreement (United Nations Framework Convention
on Climate Change [UNFCCC], 2015), but also in terms
of adaptating existing infraestructure and increasing its
resilience against such impacts. In addition to adaptation,
reforming maintenance and inspection manuals in order
to accommodate the effects of climate change is also
relevant for existing infrastructure.
With regards to infrastructure to be built in the future, a
revision of the design codes to account for the effects of
climate change is essential.The imperativeness for
studying the effects of climate change on infrastructure is
also highlighted by several other factors. For instance,
any proposed alterations to the currently accepted
engineering practice must be strongly supported by
research results, well-established, and critically scrutinized
by the engineering community prior to being considered
for adoption in codes of practice.”

29. Introducci´on Explicaci´on Estado del arte Canal INH Instrumentaci´on
Algunos estudios: Cambio Clim´atico/Socavaci´on en
puentes
3. Nasr A. et al (2019): A review of the potential impacts of
climate change on the safety and performance of bridges
“The potentially severe climate impacts on infrastructure
necessitate timely and unfaltering measures, not only to
mitigate Greenhouse gas (GHG) emissions by introducing
international environmental agreements, e.g., the 2015
Paris agreement (United Nations Framework Convention
on Climate Change [UNFCCC], 2015), but also in terms
of adaptating existing infraestructure and increasing its
resilience against such impacts. In addition to adaptation,
reforming maintenance and inspection manuals in order
to accommodate the effects of climate change is also
relevant for existing infrastructure.
With regards to infrastructure to be built in the future, a
revision of the design codes to account for the effects of
climate change is essential.The imperativeness for
studying the effects of climate change on infrastructure is
also highlighted by several other factors. For instance,
any proposed alterations to the currently accepted
engineering practice must be strongly supported by
research results, well-established, and critically scrutinized
by the engineering community prior to being considered
for adoption in codes of practice.”
Medidas de adaptaci´on a la infraestructura existente.

30. Introducci´on Explicaci´on Estado del arte Canal INH Instrumentaci´on
Algunos estudios: Cambio Clim´atico/Socavaci´on en
puentes
3. Nasr A. et al (2019): A review of the potential impacts of
climate change on the safety and performance of bridges
“The potentially severe climate impacts on infrastructure
necessitate timely and unfaltering measures, not only to
mitigate Greenhouse gas (GHG) emissions by introducing
international environmental agreements, e.g., the 2015
Paris agreement (United Nations Framework Convention
on Climate Change [UNFCCC], 2015), but also in terms
of adaptating existing infraestructure and increasing its
resilience against such impacts. In addition to adaptation,
reforming maintenance and inspection manuals in order
to accommodate the effects of climate change is also
relevant for existing infrastructure.
With regards to infrastructure to be built in the future, a
revision of the design codes to account for the effects of
climate change is essential.The imperativeness for
studying the effects of climate change on infrastructure is
also highlighted by several other factors. For instance,
any proposed alterations to the currently accepted
engineering practice must be strongly supported by
research results, well-established, and critically scrutinized
by the engineering community prior to being considered
for adoption in codes of practice.”
Medidas de adaptaci´on a la infraestructura existente.
Reformar manuales de inspecci´on y mantenimiento.

31. Introducci´on Explicaci´on Estado del arte Canal INH Instrumentaci´on
Algunos estudios: Cambio Clim´atico/Socavaci´on en
puentes
3. Nasr A. et al (2019): A review of the potential impacts of
climate change on the safety and performance of bridges
“The potentially severe climate impacts on infrastructure
necessitate timely and unfaltering measures, not only to
mitigate Greenhouse gas (GHG) emissions by introducing
international environmental agreements, e.g., the 2015
Paris agreement (United Nations Framework Convention
on Climate Change [UNFCCC], 2015), but also in terms
of adaptating existing infraestructure and increasing its
resilience against such impacts. In addition to adaptation,
reforming maintenance and inspection manuals in order
to accommodate the effects of climate change is also
relevant for existing infrastructure.
With regards to infrastructure to be built in the future, a
revision of the design codes to account for the effects of
climate change is essential.The imperativeness for
studying the effects of climate change on infrastructure is
also highlighted by several other factors. For instance,
any proposed alterations to the currently accepted
engineering practice must be strongly supported by
research results, well-established, and critically scrutinized
by the engineering community prior to being considered
for adoption in codes of practice.”
Medidas de adaptaci´on a la infraestructura existente.
Reformar manuales de inspecci´on y mantenimiento.
Revisi´on de los manuales de dise˜no para tener en cuenta los efectos
del cambio clim´atico.

32. Introducci´on Explicaci´on Estado del arte Canal INH Instrumentaci´on
Algunos estudios: Cambio Clim´atico/Socavaci´on en
puentes
3. Nasr A. et al (2019): A review of the potential impacts of
climate change on the safety and performance of bridges
“The potentially severe climate impacts on infrastructure
necessitate timely and unfaltering measures, not only to
mitigate Greenhouse gas (GHG) emissions by introducing
international environmental agreements, e.g., the 2015
Paris agreement (United Nations Framework Convention
on Climate Change [UNFCCC], 2015), but also in terms
of adaptating existing infraestructure and increasing its
resilience against such impacts. In addition to adaptation,
reforming maintenance and inspection manuals in order
to accommodate the effects of climate change is also
relevant for existing infrastructure.
With regards to infrastructure to be built in the future, a
revision of the design codes to account for the effects of
climate change is essential.The imperativeness for
studying the effects of climate change on infrastructure is
also highlighted by several other factors. For instance,
any proposed alterations to the currently accepted
engineering practice must be strongly supported by
research results, well-established, and critically scrutinized
by the engineering community prior to being considered
for adoption in codes of practice.”
Medidas de adaptaci´on a la infraestructura existente.
Reformar manuales de inspecci´on y mantenimiento.
Revisi´on de los manuales de dise˜no para tener en cuenta los efectos del
cambio clim´atico.
Cualquier modificaci´on a la ingenier´ıa actualmente aceptada debe ser
fuertemente respaldada por los resultados de la investigaci´on, antes
de ser adoptadas.

33. Introducci´on Explicaci´on Estado del arte Canal INH Instrumentaci´on
Importancia del CESP

34. Introducci´on Explicaci´on Estado del arte Canal INH Instrumentaci´on
Importancia del CESP: Caracter´ısticas
Ancho: 1,5m
Largo total: 25m
Pendiente: 0 − 7 %
Qmax = 600 l/s
Con lo cual se puede representar:
Flujos supercr´ıticos (Fr ∼ 4)
Granulometr´ıa extendida

35. Introducci´on Explicaci´on Estado del arte Canal INH Instrumentaci´on
Investigaciones proyectadas
1. Revisi´on/adaptaci´on f´ormulas manual de carreteras
F´ormulas emp´ıricas para r´egimen subcr´ıtico y granulometr´ıa uniforme
Alta incertidumbre
Considerar efecto del cambio clim´atico

36. Introducci´on Explicaci´on Estado del arte Canal INH Instrumentaci´on
Investigaciones proyectadas
1. Revisi´on/adaptaci´on f´ormulas manual de carreteras
F´ormulas emp´ıricas para r´egimen subcr´ıtico y granulometr´ıa uniforme
Alta incertidumbre
Considerar efecto del cambio clim´atico
2. Prueba dispositivos que disminuyen socavaci´on
Objetivo: reducir la socavaci´on en r´egimen supercr´ıtico
Participaci´on conjunta

37. Introducci´on Explicaci´on Estado del arte Canal INH Instrumentaci´on
Investigaciones proyectadas
1. Revisi´on/adaptaci´on f´ormulas manual de carreteras
F´ormulas emp´ıricas para r´egimen subcr´ıtico y granulometr´ıa uniforme
Alta incertidumbre
Considerar efecto del cambio clim´atico
2. Prueba dispositivos que disminuyen socavaci´on
Objetivo: reducir la socavaci´on en r´egimen supercr´ıtico
Participaci´on conjunta
3. Validaci´on nueva ley de escalamiento (Link O. (2018))
Metodolog´ıa de estudio del fen´omeno en laboratorio
Mediciones en escala de laboratorio y prototipo

38. Introducci´on Explicaci´on Estado del arte Canal INH Instrumentaci´on
Algo fundamental: INSTRUMENTACI´ON

39. Introducci´on Explicaci´on Estado del arte Canal INH Instrumentaci´on
Algo fundamental: INSTRUMENTACI´ON

40. Introducci´on Explicaci´on Estado del arte Canal INH Instrumentaci´on
Algo fundamental: INSTRUMENTACI´ON

41. Introducci´on Explicaci´on Estado del arte Canal INH Instrumentaci´on
Algo fundamental: INSTRUMENTACI´ON

42. Introducci´on Explicaci´on Estado del arte Canal INH Instrumentaci´on
Investigaciones proyectadas en canal para estudio
de socavaci´on en pilas de puentes, como
respuesta adaptativa al cambio clim´atico
Felipe Negrete S. - Rodrigo Herrera H.
Octubre, 2019

43. Instrumentación
Canal de Socavación de Pilas INH
Presenta:
Rodrigo Herrera H.

44. Motivación
¿Por qué medir?
«Deltares Delivers Borssele
Substations Scour Protection
Design»
«Scour Regime and scour Depth around a Pile in
waves». Umeda S. Kanazawa University (2011)
«Learning to assess marine scour risk»

45. Motivación
¿Por qué medir?
«Physical modeling of scour around
tripod fundation structures for offshore
wind energy convertes. A. Stahlmann and
T. Schlurmann. Coastal Engineering
2010»
«Caisson without protection (a) and with protection (b) (Kitagawa et al., 1991)»

46. Motivación
¿Qué se espera de las mediciones?

47. Estado del Arte
«Comparison of three techniques for
scour depth measurement»
«High-resolution 3D monitoring of envolving
sediment beds»
«A non touch sensor for local scour measurement»

48. Sistema basado en escáner láser
Mediciones en Canal Socavación de Pilas

49. Sistema basado en escáner láser
Mediciones en Canal Socavación de Pilas

50. Fabricación y Montaje del sistema de medición láser
Mediciones en Canal Socavación de Pilas

51. Sistema de medición con cámaras estéreo
Mediciones en Canal Socavación de Pilas

52. Sistema de medición con cámaras estéreo
Mediciones en Canal Socavación de Pilas

53. Sistema de medición con cámaras estéreo
Mediciones en Canal Socavación de Pilas

54. Procesamiento digital de imágenes – Algunos resultados

55. Muchas gracias!!!