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ESTUDIO DE SOCAVACIN

PROYECTO : PUENTE CARROZABLE "EL PARASO"UBICACIN : CHACHAPOYAS - AMAZONAS

SOCAVACION :

La socavacin que se produce en un ro no puede ser calculada con exactitud, solo estimada, muchos factores intervienen en la ocurrencia de este fenmeno, tales como:

- El caudal-Tamao y conformacin del material del cauce- Cantidad de transporte de slidos Las ecuaciones que se presentan a continuacin son una gua para estimar la geometra hidrulica del cauce de un ro. Las mismas estn en funcin del material del cauce.

SOCAVACION GENERAL DEL CAUCE:

Es aquella que se produce a todo lo ancho del cauce cuando ocurre una crecida debido al efecto hidrulico de un estrechamiento de la seccin; la degradacin del fondo de cauce se detiene cuando se alcanzan nuevas condiciones deequilibrio por disminucin de la velocidad, a causa del aumento de la seccin transversal debido al proceso de erosin.Para la determinacin de la socavacin general se empleara el criterio de Lischtvan - Levediev :

Velocidad erosiva que es la velocidad media que se requiere para degradar el fondo esta dado por las siguientes expresiones:

; m/seg suelos cohesivos

; m/seg suelos no cohesivos

En donde:Ve = velocidad media suficiente para degradar el cauce en m/seg.

superficie del agua ( Ton/m3)

N 3

y levantar al material ( m )

en el cual di = dimetro medio, en mm, de una fraccin en la curva granulomtrica de la muestra total que

se analizapi = peso de esa misma porcin, comparada respecto al peso total de la muestra. Las fracciones escogidas no deben ser iguales entre si.

Ve = 0.60 d1.18 Hsx

Vc = 0.68 dm 0.28 Hsx

d = peso volumtrico del material seco que se encuentra a una profundidad Hs, medida desde la

= coeficiente que depende de la frecuencia con que se repite la avenida que se estudia. Ver tabla

x = es un exponente variable que esta en funcin del peso volumtrico s del material seco (Ton/m3 )Hs = tirante considerado, a cuya profundidad se desea conocer que valor de Ve se requiere para arrastrar

dm= es el dimetro medio ( en mm ) de los granos del fondo obtenido segn la expresin.

dm = 0.01 di pi

Hs

B

Ho 1

ds2

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( 1 ) - Perfil antes de la erosin.( 2 ) - Perfil despus de la erosin

Clculo de la profundidad de la socavacin en suelos homogneos:Suelos cohesivos:

Suelos no cohesivos:

Donde:

x = exponente variable que depende del dimetro del material y se encuentra en la tabla N 2

TABLA N 1

Velocidad media en la Longitud libre entre dos estribos

seccin, en m / seg 10 13 16 18 21 25 30 42 52 63 106 124 200

Menor de 1 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 0.96 0.97 0.98 0.99 0.99 0.99 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.50 0.94 0.96 0.97 0.97 0.97 0.98 0.99 0.99 0.99 0.99 1.00 1.00 1.00 2.00 0.93 0.94 0.95 0.96 0.97 0.97 0.98 0.98 0.99 0.99 0.99 0.99 1.00 2.50 0.90 0.93 0.94 0.95 0.96 0.96 0.97 0.98 0.98 0.99 0.99 0.99 1.00 3.00 0.89 0.91 0.93 0.94 0.95 0.96 0.96 0.97 0.98 0.98 0.99 0.99 0.99 3.50 0.87 0.90 0.92 0.93 0.94 0.95 0.96 0.97 0.98 0.98 0.99 0.99 0.99

4.00 o mayor 0.85 0.89 0.91 0.92 0.93 0.94 0.95 0.96 0.97 0.98 0.99 0.99 0.99

TABLA N 2

SUELOS COHESIVOS SUELOS NO COHESIVOS

P. ESPECIFICO x dm (mm) x

0.80 0.52 0.05 0.430.83 0.51 0.15 0.420.86 0.50 0.50 0.410.88 0.49 1.00 0.400.90 0.48 1.50 0.390.93 0.47 2.50 0.380.96 0.46 4.00 0.370.98 0.45 6.00 0.36

Hs = Ho5/3 1 / (1 + x)

0.60 d1.18

Hs = Ho5/3 1 / (1 + x)

0.68 dm0.28

= Qd / (Hm5/3 Be )

Qd = caudal de diseo (m3/seg)

Be = ancho efectivo de la superficie del lquido en la seccin transversal

= coeficiente de contraccin. Ver tabla N 1Hm = profundidad media de la seccin = Area / Be

dm = dimetro medio (mm)

COEFICIENTE DE CONTRACCION,

VALORES DE X PARA SUELOS COHESIVOS Y NO COHESIVOS

d (Tn/m3)

2

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1.00 0.44 8.00 0.351.04 0.43 10.00 0.341.08 0.42 15.00 0.331.12 0.41 20.00 0.321.16 0.40 25.00 0.311.20 0.39 40.00 0.301.24 0.38 60.00 0.291.28 0.37 90.00 0.281.34 0.36 140.00 0.271.40 0.35 190.00 0.261.46 0.34 250.00 0.251.52 0.33 310.00 0.241.58 0.32 370.00 0.231.64 0.31 450.00 0.221.71 0.30 570.00 0.211.80 0.29 750.00 0.201.89 0.28 1000.00 0.192.00 0.27

TABLA N 3

Periodo de retorno Coeficientedel gasto de diseo

( aos )

2 0.825 0.86

10 0.9020 0.9450 0.97100 1.00500 1.05

SOCAVACION AL PIE DE LOS ESTRIBOS:

El mtodo que ser expuesto se debe a K. F. Artamonov y permite estimar no solo la profundidad de socavacin al pie deestribos, sino adems al pie de espigones. Esta erosin depende del gasto que tericamente es interseptado por el espign,relacionando con el gasto total que escurre por el ro, del talud que tienen los lados del estribo y del ngulo que el eje

VALORES DEL COEFICIENTE

V St Ho

So

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longitudinal de la obra forma con la corriente. El tirante incrementado al pie de un estribo medido desde la superficie libre dela corriente, esta dada por:

,mc

TABLA N 4

30 60 90 120 150

0.84 0.94 1.00 1.07 1.19

TABLA N 5

0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80

2.00 2.65 3.22 3.45 3.67 3.87 4.06 4.20

TABLA N 6

TALUD R 0 0.50 1.00 1.50 2.00 3.00

1.00 0.91 0.85 0.83 0.61 0.50

DETERMINACION DE LA PROFUNDIDAD DE SOCAVACION

St = P Pq PR Ho

P = coeficiente que depende del ngulo a que forma el eje del puente con la corriente, como se indica en la figura

siguiente; su valor se puede encontrar en la tabla N 4Pq = coeficiente que depende de la relacin Q1/Q, en que Q1 es el gasto que tericamente pasaria por el lugar ocupado por

el estribo si ste no existiera y Q, es el gasto total que escurre por el ro. El valor de Pq puede encontrarse en la

tabla N 5PR = coeficiente que depende del talud que tienen los lados del estribo, su valor puede obtenerse en la tabla N 6

Ho = tirante que se tiene en la zona cercana al estribo antes de la erosin

VALORES DEL COEFICIENTE CORRECTIVO P EN FUNCION DE

P

VALORES DEL COEFICIENTE CORRECTIVO Pq EN FUNCION DE Q1/Q

Q1/Q

Pq

VALORES DEL COEFICIENTE CORRECTIVO PR EN FUNCION DE R

PR

EJE DEL ESTRIBO

Q2

Q - ( Q1 + Q2 )

Q1

ESTRIBO

TALUD DEL ESTRIBO R : 1

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TIPO DE CAUCE 2 (ver cuadro adjunto) CAUCE TIPOSUELO COHESIVO 1

SUELO NO COHESIVO 2

A.- Clculo de la socavacin general en el cauce:

Hs = profundidad de socavacin (m)Qd = caudal de diseo 50.00 m3/segBe = ancho efectivo de la superficie de agua 14.00 mHo = tirante antes de la erosin 3.00 mVm = velocidad media en la seccin 1.50 m/seg

0.971.50 Tn/m3

dm = dimetro medio 0.70 mmx = exponente variable. Ver tabla N 2 0.405Tr = Periodo de retorno del gasto de diseo 50.00 aos

0.9733.33

Hm = profundidad media de la seccin 2.381 m0.867

Entonces,

Hs = 4.80 m

ds = profundidad de socavacin respecto al fondo del cauce

ds = 1.80 m

Asumimos ds = 2.00 m

B.- Clculo de la socavacin al pie de estribos:

1.- Estribo margen izquierda aguas abajo

St = tirante incrementado al pie del estribo debido a la socavacin en mts.Ho = tirante que se tiene en la zona cercana al estribo antes de la erosion 2.00 mQ = caudal de diseo 50.00 m3/segQ1 = caudal que tericamente pasara por el lugar ocupado por el estribo de la margen izquierda 5.00 m3/segQ1/Q = 0.10Pq = coeficiente que depende de la relacin Q1/Q. Ver tabla N 5 2.00

90.00

= coheficiente de contraccion. Ver tabla N 1d = peso especifico del suelo del cauce

= coeficiente que depende de la frecuencia del caudal de diseo. Ver tabla N 3rea de la seccin hidrulica m2

=

= ngulo que forma el eje del estribo con la corriente

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1.00R = talud que tiene el estribo 0.00

1.00

Entonces,

St = 4.00 m

ds = profundidad de socavacin respecto al fondo del cauce

So = 2.00 m

Asumimos So = 2.00 m

2.- Estribo margen derecha aguas abajo

St = tirante incrementado al pie del estribo debido a la socavacin en mts.Ho = tirante que se tiene en la zona cercana al estribo antes de la erosin 2.50 mQ = caudal de diseo 50.00 m3/segQ1 = caudal que tericamente pasara por el lugar ocupado por el estribo de la margen derecha 2.00 m3/segQ1/Q = 0.04Pq = coeficiente que depende de la relacin Q1/Q. Ver tabla N 5 2.00

90.00 1.00

R = talud que tiene el estribo 0.001.00

Entonces,

St = 5.00 m

ds = profundidad de socavacin respecto al fondo del cauce

So = 2.50 m

Asumimos So = 2.00 m

Pcoeficiente que depende del ngulo Ver tabla N 4

PR = coeficiente que depende del talud que tiene el estribo. Ver tabla N 6

= ngulo que forma el eje del estribo con la corrientePcoeficiente que depende del ngulo Ver tabla N 4

PR = coeficiente que depende del talud que tiene el estribo. Ver tabla N 6

Hoja2

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CLCULO DEL ANCHO Y PROFUNDIDAD MEDIA DEL CAUCETIPO DE CAUCE 2 (ver cuadro adjunto) CAUCE

ARENOSO

GRAVOSO

MAT. COHESIVO

Clculo del ancho medio inundable:

B = ancho medio del cauce en metros

Q = caudal de diseo = 50.00D90 = tamao de material de fondo que en un analisis granulometrico corresponde al 90% 7.00L = Luz del puente 15.00Fs = factor que describe el material de las orillas 0.10 Fs = 0.10 para arena limosa Fs = 0.20 para limos arcillosos Fs = 0.30 para suelos cohesivosn = coeficiente de rugosidad de Manning (dato slo para cauce de mat. cohesivo)Ft = fuerza tractiva critica (ver tabla N 2) Newton / m2 (dato slo para cauce de mat. cohesivo)

Entonces,

B = 23.05 m

Clculo de la profundidad media:

y = tirante del flujo en metrosq = caudal unitario expresado 2.17D90 = tamao de material de fondo que en un analisis granulometrico corresp 7.00n = coeficiente de rugosidad de Manning (dato slo para cauce de mat. cohesivo)

Ft = fuerza tractiva critica (dato slo para cauce de mat. cohesivo)Entonces,

y = 1.58 m

Tabla N 1.- PROPIEDADES FISICAS DE LAS ARCILLAS

Relacin de vacos 2.0 - 1.2 1.2 - 0.6 0.6 - 0.3 0.3 - 0.2Densidad seca kg/m3 880 - 1200 1200 - 1650 1650 - 2030 2030 - 2210Densidad saturada kg/m3 1550 - 1740 1740 - 2030 2030 - 2270 2270 - 2370

Hoja2

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Tabla N 2.- FUERZA TRACTIVA CRITICA

TIPO DE SUELO FUERZA TRACTIVA CRITICA (Newton/m2)

Arcilla arenosa 1.9 7.5 15.7 30.2Arcilla pesada 1.5 6.7 14.6 27Arcilla 1.2 5.9 13.5 25.4

Densidad seca = ds/(e + 1 )Densidad saturada = d(s + e)/(e + 1)

d = densidad del aguas = peso especifico de las partculas de sueloe = relacin de vacos de la masa de suelo

Hoja2

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CLCULO DEL ANCHO Y PROFUNDIDAD MEDIA DEL CAUCETIPO

1

2

3

m3/smm m

(dato slo para cauce de mat. cohesivo)(dato slo para cauce de mat. cohesivo)

(dato slo para cauce de mat. cohesivo)

(dato slo para cauce de mat. cohesivo)

1.58

Hoja2

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Hoja1Hoja2