producto 4.3.a estudio de socavaciÓn caÑo camuara

ESTUDIO DE SOCAVACIÓN PARA LA

CONSTRUCCIÓN DEL PUENTE SOBRE EL CAÑO

CAMUARA

PROYECTO AGROINDUSTRIAL SUGRANEL

PARA: SUGRANEL S.A.S

FORMULADO POR: BOSQUES, SUELOS Y AGUAS LTDA

Elaboró:

RAFAEL HUMBERTO GUERRERO

Ingeniero Civil - Es IGA-GSB

VILLAVICENCIO, OCTUBRE DE 2010

ESTUDIO DE SOCAVACIÓN

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TABLA DE CONTENIDO

INTRODUCCIÓN ....................................................................................................................................... 4

1. OBJETO .............................................................................................................................................. 5

2. METODOLOGÍA ............................................................................................................................... 5

3. PRODUCTO ....................................................................................................................................... 7

4. MARCO CONCEPTUAL ................................................................................................................... 7

5. INFORMACIÓN BÁSICA SUMINISTRADA ...................................................................................... 9

5.1. GEOTECNIA.................................................................................................................................. 9

5.2. HIDROLOGÍA .............................................................................................................................. 10

5.3. HIDRÁULICA ............................................................................................................................... 10

5.4. OTROS DATOS ............................................................................................................................ 10

6. VISITA DE CONSULTORIA .............................................................................................................. 11

7. CÁLCULO CAUDAL DE DISEÑO .................................................................................................. 13

8. GÁLIBO DEL PUENTE ...................................................................................................................... 14

9. CÁLCULO DE SOCAVACIÓN ...................................................................................................... 15

9.1. SOCAVACIÓN GENERAL ..................................................................................................... 16

9.2. SOCAVACIÓN TRANSVERSAL. ............................................................................................ 19

9.3. SOCAVACIÓN LOCAL EN ESTRIBOS. .................................................................................. 19

9.4. SOCAVACIÓN EN CURVA. .................................................................................................. 20

9.5. SOCAVACIÓN LOCAL EN PILAS.......................................................................................... 20

10. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES .............................................................................. 22

10.1. RECOMENDACIONES ........................................................................................................... 23

BIBLIOGRAFÍA ......................................................................................................................................... 24

ANEXOS

ANEXO A. SECCIÓN TRANSVERSAL CAÑO CAMUARA.

ANEXO B. TABLAS PARA EL CÁLCULO DE SOCAVACIÓN.

ANEXO C. REGISTRO FOTOGRÁFICO.

ANEXO D. ESTUDIO DE SUELOS.


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GLOSARIO

Ponteadero: Lugar escogido para la construcción o montaje de un puente.

Batimetría: es el estudio de la profundidad marina, de la tercera dimensión de los

fondos lacustres o marinos.

Socavación: Se denomina socavación a la excavación profunda causada por el

agua, uno de los tipos de erosión hídrica.

Gálibo: Hace referencia a la zona geométrica que debe estar libre de obstáculos

alrededor de un sitio. En puentes se denomina gálibo a la distancia entre la parte

inferior de la superestructura y el nivel medio del curso de agua.

Estación limnimétrica: Es donde se ubica un punto para análisis y estudio del nivel

de los ríos. Realizando observaciones al día de tal manera que los datos definan el

hidrograma real de la crecida.

Hidrograma: es un gráfico que muestra la variación en el tiempo de alguna

información hidrológica tal como: nivel de agua, caudal, carga de sedimentos,

etc.

Pluviometría: Estudio y tratamiento de los datos de precipitación que se obtienen

en los pluviómetros ubicados a lo largo y ancho del territorio, obteniendo así unos

datos de gran interés para las zonas agrícolas y regulación de las cuencas

fluviales a fin de evitar inundaciones por exceso de lluvia.

Pluviómetro: Instrumento que mide la precipitación.

Aforar: Medir la cantidad de agua que lleva una corriente en una unidad de

tiempo.


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INTRODUCCIÓN

Con el propósito de estructurar sobre el rigor de la ingeniería técnica y de la

sustentabilidad integral la construcción de toda la infraestructura primaria de la

Planta Sugranel-Vichada, la empresa SUGRANEL, contrató con la firma consultora

BOSQUES SUELOS Y AGUAS LTDA, todo el estudio ambiental.

En el contenido del estudio ambiental objeto, aparece un capítulo orientado

hacia el estudio de Socavación del puente sobre el caño Camuara entre los

predios San Andrés y Burrunay (puerto Dabeiba).

La firma BOSQUES SUELOS Y AGUAS LTDA contrató, para el citado estudio de

Socavación, al suscrito ingeniero Consultor, identificado así: Rafael Humberto

Guerrero Jaimes, ingeniero Civil -Universidad Industrial de Santander, con

matricula profesional No 738 / Santander.

El consultor para estructurar los cálculos hidráulicos (caudal de diseño, nivel de

aguas máximas, gálibo del puente y socavación general y local) se fundamentó

en el análisis en la batimetría y primeras aproximaciones de los parámetros

hidráulicos del ingeniero consultor Germán Oliveros (información básica

suministrada) y desde luego en la selección de criterios y métodos de

comprobado rigor técnico temático.

Así, con aplicaciones temáticas fundamentadas en los criterios y conceptos de los

mejores especialistas colombianos en la materia: ingeniero Jaime Suárez -UIS y

Jaime Ordóñez –Universidad Nacional y con base en las formulaciones de Maza y

de Del Campo-Ordóñez, se hicieron las valoraciones técnicas pertinentes para un

período de retorno de 100 años.

Finalmente se concluye, que las metas del estudio fueron logradas con algún

grado de incertidumbre menor, dada la insuficiencia de datos de las estaciones

hidrométricas, y dada también la ausencia de un diseño final del puente.


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1. OBJETO

El estudio de hidrología define los parámetros para el diseño del puente sobre el

caño Camuara en el predio San Andrés. Con base a la información básica

suministrada y a las valoraciones hidrológicas e hidráulicas previamente

realizadas y entregadas, el consultor calculó primero un caudal de diseño

ajustado, para luego valorar los parámetros hidráulicos de diseño: nivel de aguas

máximas, gálibo del puente y la socavación general y local del puente sobre el

caño Camuara en el predio San Andrés.

2. METODOLOGÍA

El enfoque metodológico tuvo en cuenta tres elementos: la ingeniería ilustrativa

de procura; la ilustración “in situ” y los cálculos de ingeniería; así:

Fase - Ingeniería de Procura:

Basada en la información básica entregada, la cual se analizó y se seleccionó

para su aplicación. En este tema, se analizó y seleccionó la información

hidrológica y geotécnica y se tomó como fundamento de cálculo la

batimetría entregada para el ponteadero en el caño Camuara en el predio

San Andrés y el caudal de diseño valorado por el consultor Germán Oliveros.

También se consultó las notas de prestigiosos especialistas temáticos en

Colombia, tales como Jaime Suárez –UIS y Jaime Ordóñez –Universidad

Nacional, además de una serie de publicaciones pertinentes.

Fase - Visita de Campo:

La visita de campo, con un grupo multidisciplinario de especialistas de la firma

BOSQUES SUELOS Y AGUAS LTDA, con la guía del ingeniero residente de

SUGRANEL y con acompañamiento de personas de la región sirvió para

confirmar algunos datos de la información básica suministrada y para la

correspondiente ilustración temática directa.


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Fase - Cálculos de Ingeniería:

En una primera aproximación se analizó la información hidrológica de las

estaciones limnimétrica de Santa María y pluviométrica del Hato Burrunay

(puerto Dabeiba) y se constató su insuficiencia para explorar métodos de

valoración estadística. En tal virtud, previa aplicación de algunos métodos

empíricos, se procedió a confirmar el caudal de diseño entregado (G.

Oliveros) y se confirmó su bondad, pero para efectos del cálculo del nivel

máximo de aguas y de la socavación se ajustó por encima, por el método de

Del Campo-Ordóñez.

Para el cálculo del gálibo se aplicó la normatividad temática de INVIAS, en

particular la anotada en el Manual de Diseño Geométrico de Carretera. Para

la valoración de la socavación, se supuso como premisa de cálculo la

aplicación de un puente modelo Min-Transporte, así: 2 estribos con

penetración al cauce de 4 m c/u; 1 pila central (a=1,20 y 2 luces de 25 m.)

Es pertinente anotar, en este particular que independientemente del puente

finalmente seleccionado, la socavación de los estribos será la misma (para

todo tipo de puentes); la socavación general es también independiente al

escenario “proyecto con puente”, no así la socavación transversal, la cual

puede variar, pero no significativamente, y si el citado puente no tiene pila

central, simplemente ese cálculo no aplica.

En tal razón, se calculó la socavación general por los métodos de Maza y de

Del Campo-Ordóñez, encontrando solamente una variación de 4,37% y se

tomó por mayor seguridad el cálculo por la ecuación de Maza. La socavación

general, se ajustó por contracción (aumento de velocidad, con el escenario

“proyecto con puente”), por el método de Straub. La socavación local de los

estribos se calculó por el método de Artamanov y la socavación de la pila se

valoró por el criterio de Nelly. Finalmente se anotó que la socavación en curva

no aplica al presente estudio, dada la posibilidad de pasar el ponteadero en

90º con la dirección del flujo del caño Camuara.


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3. PRODUCTO

Como producto final del presente estudio se entregan resultados en los siguientes

ítems:

Confirmación del caudal de diseño.

Ajuste del caudal de diseño para el cálculo de las socavaciones.

Ajuste del nivel máximo de la lámina de agua (inundaciones).

Valoración del gálibo del puente.

Socavaciones así:

Socavación general.

Socavación general ajustada

Socavación local de estribos

Socavación local de pila.

4. MARCO CONCEPTUAL

Crecidas De Cuerpos De Agua.

Con el propósito de reducir los impactos y los riesgos producto de las máximas

avenidas o crecidas de un río es bien importante el análisis de los factores

integrales que en ellas intervienen y en tal virtud el estudio con rigor técnico y

fundamento conceptual de la caracterización y análisis de las variables

hidrológicas e hidráulicas será la guía para los diseños de ingeniería temática.

Análisis Hidrológico

Las precipitaciones medias y máximas sobre el área de la cuenca en estudio, sus

tiempos de recurrencia, las características integrales (vegetación, tipo de suelo,

infiltración, evaporación geomorfología, clima y afines) son los factores básicos

para tener en cuenta y para poder valorar los caudales de diseño y luego la

socavación y sedimentación de los ríos como fundamento para los definitivos

diseños de ingeniería.


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Sobre el tema es bien pertinente para la caracterización hidrológica, tener en

cuenta la disponibilidad de información; así:

1. No existe información hidrometeorológica alguna

2. Existe información hidrometeorológica insuficiente

3. Existe información hidrometeorológica suficiente

En tal virtud, los métodos de aplicación son:

Métodos empíricos

Métodos probabilísticos

Métodos determinísticos

Análisis Hidráulico

Se refiere para el caso de máximas crecidas de los ríos al cálculo de los caudales

de diseño (para obras de arte en infraestructura básica aferente al cuerpo de

agua) basado en los estudios y análisis de la caracterización hidráulica. Con el

caudal de diseño se obtiene la lámina de agua (de esa máxima avenida

considerada) y sobre ella las cotas de inundación, el cálculo por ejemplo del

gálibo de los puentes u obras de arte afines .También con esa caudal de diseño

se procede evaluar las cotas de socavación y si es el caso los estudios de

sedimentación.

Gálibo

Referente al gálibo de un puente del Instituto Nacional de Vías – Manual de

Diseño –geométrico de carreteras (sección 3.9)

R/ Gálibo.

Sobre corrientes de agua, relativamente limpias en toda época: mínimo 2,0

metros por encima de nivel de aguas máximas.

Sobre corrientes de agua que en algunos periodos transportan desechos, troncos

y otros objetos voluminosos, mínimo 2,5 metros por encima del nivel de aguas

máximas, para el periodo de retorno que establezcan los correspondientes

términos de referencia.

Sobre carreteras mínimas 4,9 metros para vías rurales, y urbanas y 4,5 metros para

otras vías por encima de la rasante de la carretera.

Sobre vías férreas: mínimo 5,5 metros se debe solicitar aprobación ferrovías 5,4


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Sobre ríos navegables: se debe hacer la consulta l Ministerio del Transporte.

Socavación

“La socavación (o erosión renovable) es un fenómeno que comprende el

levantamiento y transporte de los materiales del lecho del río en el momento de

una avenida o creciente. Debe diferenciarse de la erosión no recuperable en el

sentido de que después que pase la avenida o en procesos posteriores

comúnmente se vuelven a depositar sedimentos en un proceso cíclico. La

socavación está controlada por las características hidráulicas del cauce y las

propiedades de sedimento del fondo.”-Jaime Suarez-UIS

R/ Tipos De Socavación

1. Socavación general del cauce inicial.

2. Socavación en el lado exterior de las curvas.

3. Socavación por la presencia de estribos de puentes espigones o

elementos interceptores.

4. Socavación al pie de pilas y estribos.

5. Socavación aguas debajo de embalses.

6. Socavación en el pie de estructuras de vertimiento o control de cauce.

5. INFORMACIÓN BÁSICA SUMINISTRADA

Se refiere a la información básica suministrada a la firma consultora con el

propósito de fundamentar los análisis hidrológicos e hidráulicos con énfasis en el

cálculo de la socavación, para el puente sobre el caño Camuara.

Una de las premisas del presente estudio fue la previa selección del ponteadero

denominado “San Andrés” para aplicar allí las pertinentes valoraciones y cálculos

hidráulicos con base en la información geotécnica e hidráulica, y con la

ilustración “in situ” como pilar de criterio de sustentación.

5.1. Geotecnia

En el anexo D, se presenta el capitulo tres se presenta los resultados del ESTUDIO

DE SUELOS realizado G.O INGENIERIA en puntos de interés para la construcción del

puente. EL capítulo contiene los perfiles estratigráficos y los ensayos de suelos

(clasificación del suelo, limites de Atterberg; próctor modificado; consolidación

unidimensional y permeabilidad, de los sondeos).


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También de interés la granulometría de fondo del lecho del Caño Camuara

(5.4.).

5.2. Hidrología

De interés para el estudio:

La información IDEAM – ESTACION 3526002 Santa María (E/ limnimétrica años 2005

– 2008)

La máxima precipitación media de la zona 323,21 mm/mes (mayo) y 322,5

mm/mes (junio) y la máxima precipitación en 24 horas 134 mm/día en julio 13-

2006 y 122 mm/día en abril 19 de 2005 y la precipitación mensual máxima

(amplificada) 679 mm/m

5.3. Hidráulica

Como fundamento para el estudio:

Los caudales de diseño (máximos amplificado)

- Caño Camuara San Andrés = 193,14 m3/sg

La información integral caño Camuara San Andrés

- Batimetría (ver sección transversal opción No 2)

- Vel: 0,862 m/sg ; Area: 149,388 m² ; Q max = 128,76 m3/sg

- N aguas max: 115,56 m (cota)

- Tirante max Ho: 5,56 m

- Longitud lamina agua: 49,36 m

- Nivel de inundación: 115,56 m,s,n,m,m

5.4. Otros Datos

Granulometría lecho Caño Camuara

Partículas menores 0,004 mm arcillas 62,0%

0,004 mm 0,0623 mm limos 28,0%

0,062 mm 2,0mm arenas 9,5%

2,0 mm 64 mm gravas 0,5%

64 mm 25,6 cm cantos 0,0%

<25,6 cm bloques 0,0%


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6. VISITA DE CONSULTORÍA

La firma consultora BOSQUES SUELOS Y AGUAS LTDA durante los días del 1 al 5 de

septiembre de 2010, realizó con profesionales multidisciplinarios la correspondiente

visita de campo a los sitios de trabajo.

Con el propósito de conocer “in situ” el comportamiento y características físicas

del caño CAMUARA, en el ponteadero denominado San Andrés, el suscrito

ingeniero realizó las siguientes actividades pertinentes al tema de análisis

hidrológico e hidráulico para el cálculo de la socavación, con un escenario

puente:

a. Inspección directa y reconocimiento del futuro ponteadero en el caño

Camuara -predio San Andrés.

b. Mediciones y evaluaciones de campo en primera aproximación para la

valoración directa de las velocidades del cuerpo de agua y la confirmación

del perfil batimétrico entregado, como también algunas investigaciones con

personal de la zona referente al nivel de la lamina de agua alcanzado en las

pasadas temporadas invernales y por tanto alguna información de campo

referente a máximas avenidas o crecientes del citado caño.

c. Reconocimiento e identificación de la cota fondo del caño en la posible línea

externa del futuro estribo izquierdo (aguas abajo) del puente sobre el caño

Camuara predio San Andrés.

d. Como complemento a la valoración hidrológica e hidráulica de campo del

ponteadero, y de manera independiente al estudio temático, se realizaron

por otros profesionales especializados de la consultoría, las correspondientes

valoraciones de ingeniería forestal y las valoraciones ambientales y sanitarias

integrales.

e. Se recorrió el caño Camuara aguas arriba y aguas abajo, con el propósito de

observar su comportamiento y sus características hidráulicas.

Con fundamento en la inspección “in situ”, como punto de partida para las

caracterizaciones hidrológicas e hidráulicas del caño Camuara, se resaltaron las

siguientes observaciones y resultados de la visita de inspección:

En una primera aproximación el ponteadero en el caño Camuara –predio San

Andrés es bastante aceptable hidráulicamente.


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Es claro que el régimen de precipitaciones y los sucesos de avenidas ó

crecidas estaban disminuyendo en las fechas de la visita. Es decir, los caudales

del cuerpo de agua se pueden asumir como cargas medias altas, dado que

según la información básica suministrada de las estaciones

hidrometeorológicas próximas los meses de mayor precipitación y caudales

integrales son junio, julio Y agosto.

En las labores de campo y como simple herramienta de confirmación, dado

que contamos con información básica aceptable (con la excepción de los

datos de las estaciones hidrométricas), se valoraron velocidades en la

superficie del cuerpo de agua.

Se pudo comprobar también la aceptabilidad de la batimetría suministrada

Como una muy buena referencia se tomó y referenció con la cota fondo

(próxima a la línea exterior del futuro estribo del puente, lado izquierdo aguas

abajo) la marca de las mayores avenidas de la últimas temporadas invernales

(avenida máxima julio 2010), identificada y señalada por gente de la región,

según información entregada por el ingeniero residente de SUGRANEL.

Para un amarre del perfil batimétrico entregado, se referenció en campo en el

árbol marca (cota máxima de lámina de agua en máxima crecida 2010), la

cota fondo en una primera aproximación en la posible línea externa del futuro

puente sobre el caño Camuara en el predio San Andrés.

En la visita se registro la lamina de agua 1m por debajo de la marca (máxima

crecida 2010), y 0,20 m por encima de la citada cota fondo izquierda

Dada su aceptabilidad la información básica suministrada, será el fundamento de

los análisis hidrológicos e hidráulicos del presente estudio, y las observaciones de

la visita de campo servirán como confirmación y orientación a la mencionada

información.


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7. CÁLCULO CAUDAL DE DISEÑO

7.1. CAUDAL DE DISEÑO OLIVARES

El Ing. Olivares, calculó el caudal de diseño (información básica suministrada),

según RAS 2000 y NSR98 para un periodo de retorno de 100 años, con un factor de

seguridad de 1,5

Opción No 2 k.o.=1,5. 128,76 m3/seg. = 193,14 m3/seg.

7.2. MÉTODOS EMPÍRICOS

REVES Q= 233,45 m3/seg.

FULLER SIMPLIFICADO Q (50 años)=458,67 m3/seg.

Q (100 años)=505,52 m3/seg.

8. METODO JAIME ORDOÑEZ

Para caudal máximo, utilizado para posterior cálculos de socavación.

q = Q/T

q max. = 1,81 q 0,94

T = Ancho superficie libre = 49,36 m

Q = 128,76 m3/seg.

q = 2,608 m3/seg.

q max. = 4,457 m3/seg.

Q max. = T q max. = 220,03 ----- 220 m3/seg.

8.1. CAUDAL DE DISEÑO DEFINITIVO

Para el presente estudio asumimos el Q máx. de Olivares, con la amplificación de

Jaime Ordóñez.

Q diseño = 220 m3/seg.


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8.2. NIVELES DE INUNDACIÓN

Se determina el nivel sobre el cual se produce el desborde del caudal hacia la

sabana o llanura de inundación.

Según Olivares el nivel corresponde a un Q máx. d = 193.14 m3/seg. Y un nivel de

inundación = 115.56 m.s.n.m.m.

Para el Q diseño definitivo, se tendrá por simple proporción (calculado con el

mayor margen de seguridad).

Qd A A = 170,27 m2

--------- = -------

Qo Ao

170,27 m2

D = ----------------- = 3,45

29,36 m

Diferencia de profundidades hidráulicas = 0,45 m

Nivel de inundación (para Q diseño definitivo) = 116,01 m.s.n.m.m

9. GÁLIBO DEL PUENTE

Del Instituto Nacional de Vías INVIAS “Manual de Diseño Geométrico de

Carreteras- sección 3.9, Gálibo de puentes”.

En el apartado: “Sobre corrientes de agua, relativamente limpias en toda época:

Mínimo 2,0 metros por encima del nivel de aguas máximas.

Sobre corrientes de agua que en algunos períodos transportan desechos, troncos

y otros objetos voluminosos: mínimo 2,50 metros por encima del nivel de aguas

máximas, para un período de retorno que establezcan los términos de

referencia.”

Para el cruce del caño CAMUARA ponteadero San Andrés, se considera para un

Q diseño de 220 m3/seg. Correspondiente a un período de retorno de 100 años,

un gálibo mínimo de 2,50 m. Sobre el nivel de aguas máximas 116.01 m.s.n.m.m.


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En tal virtud el canto inferior de las vigas proyectadas debe colocarse como

mínimo a la cota 118.52 m.s.n.m.m.

10. CÁLCULO DE SOCAVACIÓN

La estructura de fondo del presente estudio, se centra en el cálculo de la

socavación para una obra de arte tipo proyectada en el ponteadero en el caño

Camuara- San Andrés asumido un modelo Min -Transporte para el puente en

comento.

Sobre esta última consideración (modelo de puente asumido, para fines de

cálculo), es interesante anotar:

11. El cálculo de la socavación general del lecho del cauce es independiente del

escenario puente construido.

12. La socavación de los estribos y la socavación transversal es la misma para

cualquier tipo de puente (con estribos similares).

13. La socavación de las pilas, en el evento en que se decida hacer más de una

pila de apoyo o ninguna es independiente de las demás socavaciones y solo

aplica (cuando existe pilas) como una suma a la socavación general.

14. La socavación en curva, es independiente también del tipo de puente y no

aplica en sectores rectos del río, como es el caso presente.

15. En el evento de contar, con el diseño del puente, se ajustarán los cálculos al

diseño entregado.

A manera de fundamento conceptual son bien pertinentes las siguientes notas

temáticas del Ingeniero Jaime Ordoñez, máxima autoridad Colombiana en la

materia:

“Los procesos de socavación de lechos aluviales se dividen usualmente en

procesos de socavación local y de socavación general: los primeros son aquellos

que ocurren en zonas específicas del cuerpo de agua, como en el sector externo

de una curva pronunciada; un estrechamiento natural o artificial; frente a

obstáculos como pilas de estribos o puentes, o a la salida de una estructura

hidráulica. El cálculo en estos casos se basa casi siempre en la suposición de que

tarde o temprano se alcanza un estado de equilibrio, bien sea por el lado


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hidráulico, (reducción en la velocidad en el campo de flujo a medida que

progresa el proceso), o por el lado sedimentológico (reducción de la capacidad

de transporte hasta el valor de la tasa de abastecimiento), aunque casi nunca se

hacen suposiciones sobre la tasa de abastecimiento sólido a la zona socavada.

El segundo tipo de socavación ocurre casi siempre sobre un sector relativamente

amplio de un cauce natural, y se debe a fenómenos permanentes o temporales

de abastecimiento, que introducen variación en la posición de un lecho en un

cauce dentro de un ciclo hidrológico normal, sin que ello implique un estado

permanente de desequilibrio morfológico, ya que continua siendo una curva

estable de un nivel contra caudal.

Para la socavación general se utiliza la ecuación de MAZA y los Autores (Germán

del Campo y Jaime Ordoñez), han formulado un ecuación que relaciona la

profundidad local y el caudal de ancho de la sección”.

En el presente estudio usaremos los dos métodos enunciados.

15.1. SOCAVACIÓN GENERAL

METODO DE MAZA

1/1+x

5/3

a . Ho

Hs=( -----------------------) 0.28

0.68 Dm B j

Para suelos granulares

5/3 1/1+x

a . Ho

Hs=( ------------------------) 1.18

0.68 Ws B

Para suelos cohesivos

Qd

a= ----------------------- 5/3

(Hm) Be. u


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Hs = Desnivel entre la superficie del agua y el fondo erosionado.

Ho= Desnivel entre la superficie del agua (al pasar la avenida) y el fondo

Original.

Hm= Tirante hidráulico medio (A/Be)

Be= Ancho Libre.

Qd= Caudal de Diseño.

Dm= Diámetro medio; si el material del fondo es friccionante.

Ws= Peso volumétrico seco.

j= Coeficiente que depende de la concentración del material transportado

suspensión.

B= Coeficiente que depende del período de retorno del Q diseño.

u= Coeficiente que depende de la contracción del cauce.

x= Exponente en función de Dm o de Ws según el tipo de material del

fondo.

B= 0.0973 Log (T) + 0.79

j= 1.51 Ws – 0.54 2

x= -0.0089 Log (Dm) -0.041Log (Dm)+ 0.395

Datos, variables e índices de cálculo. Qd= 220 m3 /seg. 2

A= 170.15 m2 Be= 49.36 m Hm= 3.45 m

Ho= 5.65 + (3.45 – 3.03) = 6.07 m

Dm= 0.062 mm (ensayos San Andrés)


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Ws= 1.73 Tn/ m3 (ensayos C. Camuara-Avispas).

u= 1.0 Tabla 4 (V<1; luz= 25 m).

X= 0,43; 1/1 + x = 0,70 (Dm 0,05 mm)

B= 0,77 (T=100 años)

j= 2,08

Hs= 8,84 m por influencia Dm 50% Hs= 6,11 m por influencia Ws 50%

_

Hs MAZA = 0,50 . 8,8416 + 0,50 . 6,1128 = 7,4772 m

La socavación según formulas de MAZA está a 7,4772 m por debajo del nivel de

aguas máximas. 1,41 m por debajo de cota fondo (7,4772-6,0700)

METODO DEL CAMPO ORDOÑEZ

2 2 1/3

Y = (q /gF m) Max max

Y = Tirante de la lámina de agua nivel máximo, medidas hasta la cota de

Max socavación.

o.94

q = 1,81 q Max

q = Caudal máximo de la Sección = Q/T 3

Q = Caudal máximo de la sección (128,76 m /seg.)

T = Superficie libre (49,36)

Fm = Número de Froude mínimo para máxima profundidad.

Fm = 0,85 F + 0,01 2 3 2

F = ( q /y D )


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Y = 7,15 m por debajo del nivel de aguas máximas (7,15 – 6,07 = 1,08 m por

Max debajo de la cota de fondo).

La socavación general calculada por los dos métodos bien diferentes está muy

próxima entre sí (4,37%).

Por factor de seguridad y por validez técnica se tomó como socavación general

el resultado del método de Maza.

En tal virtud la socavación general de caño Camuara-San Andrés está 7,48 m por

debajo del nivel de aguas máximas ó 1,41 por debajo de la cota fondo,

equivalente a 108,54 m.s.n.m.m.

15.2. SOCAVACIÓN TRANSVERSAL.

La Socavación transversal o por contracción es considerada en la ecuación de

Maza. Consiste en el descenso del fondo del río en aquellas secciones donde se

reduce el ancho, debido a la mayor velocidad de la zona. Esto ocurre cuando se

construyen obras dentro del cauce del río (escenario con puente). 0,6421

Ht = Ho (Bo/Bt) Ecuación de Straub

H = Tirante en las secciones inalteradas (0) y reducidas (t)

Bo = 49,36 m

Bt = 49.36 – (longitud ocupada por estribos 8,00m – y por pila – 1,20 m -) = 40,16m

Ht = 1,61 m

Cota de socavación general corregida ((116,0) – (6,07 + 1,61)) = 108,33 m.

15.3. SOCAVACIÓN LOCAL EN ESTRIBOS.

Es el descenso del fondo debido a la presencia de estribos del puente, por el

método de Artamanov.

St = Ho P . P . P 1 2 3

Ho = Tirante de la lámina de agua en el estribo considerada ya la socavación

general corregida.


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P1 = Coeficiente que depende del ángulo del eje del puente con la dirección

de la corriente. (Tablas).

P2= Coeficiente que depende de la relación entre el caudal interceptado por

el estribo y el caudal de diseño (Tablas)

P3= Coeficiente que depende del talud

P1 = 1,0 (90º); P2 = 1,0 (0); P3= 0,5155 St = 0,83 m.

Nivel Lámina de agua máxima en estribos = 116,01 m.s.n.m.m.

Cota fondo original estribos = 116,01 – 1,20 = 114,81 m.s.n.m.m.

Cota socavación estribos = 113,98 m.s.n.m.m.

15.4. SOCAVACIÓN EN CURVA.

Es la socavación más adversa, se genera en la curva externa del río y viene

calculada por la ecuación Altumy.

H max. = e H REC

H max. = Profundidad máxima de socavación en la curva.

e = Coeficiente que depende de la relación (R/B) entre el ancho de la curva y

la superficie libre.

HREC = Tirante en el tramo recto.

La socavación en curva no aplica en el presente caso.

15.5. SOCAVACIÓN LOCAL EN PILAS

Calculada por la ecuación de Nelly

ds = 1.5 q Hs

Hs = Socavación general corregida (1.6)

A = ancho de la pila (1.20m).

ds = 1.96 m.


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La socavación en la pila será la suma de la socavación general ajustada por

contracción, más la socavación calculada por Nelly; así:

S pila = 1,61 + 1,96 = 3,57 (en el punto más desfavorable; para un tirante

Original de 6,07).

Nivel de lámina de agua máxima en la pila = 116,01 m.s.n.m.m.

Cota fondo original pila (116,0 – 6,07) = 109,94 m.s.n.m.m.

Cota de socavación pila = 109,94 – 3,57 = 106,37 m.s.n.m.m.


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16. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

PRODUCTO DEL ESTUDIO:

Caudal de Diseño Definitivo: 220m3/seg.

Cota nivel aguas máximas: 116,01 m.s.n.m.m.

Gálibo del puente: 2,50m sobre nivel de aguas máximo (118,51 m.s.n.m.m.)

Socavación General: 1,41 bajo cota fondo máxima general equivalente a

108,54 m.s.n.m.m

Socavación General Ajustada: 1,61 m bajo cota fondo máxima general

equivalente a 108,33 m.s.n.m.m

Socavación Local Estribos: 0,83 bajo cota fondo lateral izquierda y derecha

equivalente a 113,98 m.s.n.m.m.

Socavación Local Pila Ajustada: 3,57m equivalente a 106,37 m.s.n.m.m

R/ Caudal de Diseño:

-El caudal de diseño suministrado (Oliveros) y el caudal de diseño definitivo del

presente estudio, están bastante próximos. El consultor ajustó por encima el

caudal máximo para la sección por el método de Del Campo – Ordóñez, al

considerarlo de mayor rigor técnico, que la simple amplificación valorada por la

normatividad temática empleada en el primer cálculo. Este mayor margen de

seguridad entrega a su vez una mejor certidumbre de aproximación para los

posteriores cálculos de la socavación

R/Gálibo:

-Se considero un gálibo de 2.50, en lugar de 2.00m también permitido, dado el

factor de inundación de la sabana y el transporte potencial de árboles de los

márgenes naturales del caño Camuara.

R/Puente Tipo

-Es claro, que se partió de la consideración previa de asumir un puente tipo de 2

luces de 25 m, con estribos y pila central. Se reitera como conclusión que las

socavaciones calculadas, no experimentan en general cambios significativos al

variar el tipo de puente finalmente diseñado, dado la independencia de la


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principal socavación calculada (socavación general). En tal razón, ante la

ausencia de diseño definitivo los cálculos realizados tienen un buen nivel de

certidumbre, y sin embargo se pueden ajustar con el diseño final del puente.

R/Socavación

-Los caculos efectuados por dos métodos bien diferentes (Maza y Del Campo-

Ordoñez), pero ambos con suficiente rigor técnico, aplicados según criterio del

consultor, en el presente estudio son muy aproximados, lo que de por si valora la

certeza del cálculo integral del ítem (4.37% de diferencia). En este caso al asumir

el resultado encontrado por la ecuación de maza estamos a favor de una mayor

seguridad.

R/Metas Del Estudio

-El consultor las considera logradas, con la correspondiente fuente de

incertidumbre, dado la insuficiencia de datos de las estaciones hidrométricas y la

ausencia de diseño definitivo de la Obra de Arte a construir en el caño Camuara-

San Andrés.

16.1. RECOMENDACIONES

Al tener el diseño definitivo del puente, es conducente la aplicación de los

cálculos a las cotas de diseño, que no deben estar por encima de las

profundidades (cotas mínimas de socavación) aquí valoradas. De igual manera el

gálibo será también válido para todo diseño del escenario “proyecto con

puente”.


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BIBLIOGRAFÍA

Manual de Hidrología. Instituto de Hidrología España (1976)

CEDEX. Máster en hidrología general y aplicada. Centro de estudios de experimentación de Obras Públicas – Madrid

Linsley, KOHLER Y Paulus. hidrología para ingenieros. McGraw Hill 1988

McCuen Richard. Statiscal hydrology. prentice Hall , New Jersey 1993

Curso de Hidráulica de transporte de sedimentos – Ing. Jaime Iván Ordoñez – UFPS San José de Cúcuta 1998

Control de Erosión – Ing. Jaime Suarez _ UIS 1998

Universidad Nacional – Facultad de Minas. Aprovechamiento de recursos hidráulicos 1997

Ven Te Chow. hidráulica


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ANEXOS.

ANEXO A. SECCIÓN TRANSVERSAL CAÑO

CAMUARA

CAÑO CAMUARA PREDIO SAN ANDRÉS


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ANEXO B. TABLAS PARA EL CÁLCULO DE

SOCAVACIÓN. Tomado del Manual de Ingeniería para el Control de Erosión.

ING Jaime Suarez - UIS

Imagen A: Tabla 2.3 Velocidades medias necesarias para producir desgaste. Tabla 2.4

Coeficiente de Contracción.


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Imagen B: Tabla 2.5 Valores de X y Z para suelos cohesivos y no cohesivos


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Imagen C: Tabla 2.6 Valores de β en función de la probabilidad de que pueda

presentarse el caudal de diseño.


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Imagen D: Tabla 2.7 Velocidades medias de la corriente que son admisibles (no erosivas)

para suelos cohesivos en M/s.


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Imagen E: Tabla 2.8 Velocidades medias admisibles de la corriente (no erosivas) para

suelos no cohesivos. En M/seg.


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Imagen f: Tabla 2.9 función del peso en función de la mezcla agua – sedimento. Tabla

2.10 coeficientes para el cálculo de la socavación en curvas. Tabla 2.11 Coeficientes para

el cálculo de la socavación en curvas. Tabla 2.12 Valores de Pδ en función del ángulo de

inclinación δ. Tabla 2.13 Valores de Pk en función de talud k.


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ANEXO C. REGISTRO FOTOGRÁFICO

Ponteadero caño Camuara predio San Andrés, línea de posible inicio del futuro

puente, estribo izquierdo aguas abajo.


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Caño Camuara, ponteadero predio San Andrés, aprox. 3.00 km del río Meta dirección casa del predio.


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Predio caño Camuara, el punto señala el posible eje de la vía futura.

Punto de marca, señala el nivel de la última crecida de aguas máximas (2010- julio) .información y señal del Ing. residente SUGRANEL. El ing. líder del estudio Guido Gasca referencia el sitio.


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Predio San Andrés, sobre futuro eje de la vía de acceso al puente, se observa algunos esteros. El tiempo de la visita correspondió (primera semana de septiembre /2010) a época de precipitaciones medias altas.


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ANEXO D. ESTUDIO DE SUELOS


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Elaboró:

RAFAEL HUMBERTO GUERRERO JAIMES Ingeniero Civil de la UIS

MP No. 738 / Santander

Diplomado en Hidrología y Recursos Hídricos.

Especialista en Ingeniería de Gestión Ambiental con énfasis en

Geotecnia y Saneamiento Básico.

producto 4.3.a estudio de socavaciÓn caÑo camuara

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