socavación en puente, diseÑo de puentes utla

8/3/2019 Socavacin en Puente, DISEO DE PUENTES UTLA

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Socavacin en Puente

Etiquetas: Puentes Publicado por Fernando Arancibia Carvallo

La socavacin ocurre cuando:

La cantidad de material que puede ser transportado en la seccin del puente es mayor que lacantidad de material que es transportado por el flujo aguas arriba.

Si observamos un hidrograma y lo comparamos con un grafico de profundidad vs tiempo,

tenemos que en el momento del caudal pico se ve una profundidad menor a la inicial, y a

medida que el caudal desciende se puede decir que se va asentando el material que viene con

el flujo de aguas arriba.

2. GENERALIDADES

La socavacin es un problema del trnsito de sedimentos, ya que es el resultado de la erosin

causada por el agua excavando y transportando material del lecho y de los bancos de los ros.

La magnitud y frecuencia de estos eventos dependen de las caractersticas de la lluvia y de la

cuenca, la erosin pluvial y la dinmica de los cauces.


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2.1 Caractersticas de la lluvia:

Intensidad

Duracin

Frecuencia

Distribucin temporal

2.2 Caractersticas de la cuenca:

Morfometra: rea, Longitud, Pendiente, Elevacin media, entre otras.

Capacidad de almacenamiento: Concentrado en depsitos puntuales o Distribuido sobre el

rea.

Clase y uso del suelo.

Densidad del suelo

2.3 Erosin pluvial:

La magnitud de la erosin pluvial depende del rgimen de lluvias y de la geomorfologa de la

hoya vertiente. La erosin se cuantifica por medio del parmetro denominado "prdida de

suelo". Esta prdida de suelo representa un potencial medio de erosin anual y se expresa en

milmetros de suelo por ao (mm/ao). Solamente una parte de este volumen llega hasta los

cauces naturales y alimenta la carga de sedimentos en suspensin que transporta la corriente.

Los siguientes son los factores que intervienen en el clculo de la Prdida de Suelo:

Nmero de aguaceros fuertes en el ao, intensidades de los aguaceros, tamao y altura decada de las gotas de agua.

Erodabilidad del suelo.

Distribucin de los cultivos.

Mantenimiento y proteccin de los suelos.

Caractersticas fsicas de la zona: rea, Longitud y Pendiente.

2.4 Dinmica de los cauces.

La dinmica de los cauces depende de su caracterizacin hidrulica, la cual se basa en los

siguientes aspectos:

a) Geometra del cauce.

Est representada por la pendiente longitudinal y por las caractersticas de la seccin

transversal.

Pendiente longitudinal.


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En cauces naturales la pendiente longitudinal se mide a lo largo de la lnea del agua, debido a

que el fondo no es una buena referencia, tanto por su inestabilidad como por sus

irregularidades. La pendiente de la lnea del agua vara con la magnitud del caudal, y esa

variacin es importante cuando se presentan cambios grandes del caudal en tiempos cortos,

por ejemplo al paso de crecientes.

En los perodos que tienen un caudal ms o menos estable es posible relacionar las pendientescon los caudales utilizando registros de aforos.

Seccin transversal.

En los cauces naturales las secciones transversales son irregulares y la medicin de sus

caractersticas geomtricas se realiza con levantamientos batimtricos.

La lnea que une los puntos ms profundos de las secciones transversales a lo largo de la

corriente se denomina thalweg. En las corrientes de lecho aluvial se observan continasvariaciones en las secciones transversales y en la lnea del thalweg.

Las magnitudes y frecuencias de estas variaciones dependen del rgimen de caudales, la

capacidad de transporte de sedimentos, y el grado de estabilidad del cauce.

Capacidad de transporte.-

En una corriente natural el transporte de los sedimentos se compone de carga de fondo, carga

en suspensin y carga en saltacin; la ltima componente es una combinacin de las dos

primeras. La suma de las tres se denomina carga total.

La pendiente del cauce es uno de los factores importantes que inciden en la capacidad quetiene el flujo para transportar sedimentos, por cuanto est relacionada directamente con la

velocidad del agua. En los tramos de pendiente fuerte los cauces tienen pendientes superiores

al 3 %, y las velocidades de flujo resultan tan altas que pueden mover como carga de fondo

sedimentos de dimetros mayores de 5 centmetros, adems de los slidos que ruedan por

desequilibrio gracias al efecto de lubricacin producido por el agua.

Rgimen de flujo.-


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El rgimen de flujo en un tramo particular de una corriente natural se clasifica en funcin del

Nmero de Froude, NF, el cual es una relacin adimensional entre fuerzas de inercia y de

gravedad.

En el rgimen supercrtico (NF > 1) el flujo es de alta velocidad, propio de cauces de gran

pendiente o ros de montaa. El flujo subcrtico (NF


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Antes de disear obras para tratamiento de cauces es necesario conocer la magnitud de la

socavacin. Para determinar la magnitud de la socavacin general se deben realizar anlisis

geomorfolgicos entre puntos de control, o sea entre secciones estables. Estos anlisis se

basan en el estudio de fotografas areas y cartografa de diferentes pocas, y en los cambios

que se aprecien en observaciones de campo y en levantamientos topogrficos.

Rgimen tranquilo: tambin denominados de llanura, las aguas se desbordan cuando los

caudales de creciente superan la capacidad a cauce lleno. Cuando la pendiente del cauce espequea, o cuando el flujo en el tramo que se considera en el estudio est regulado por una

curva de remanso, el rgimen es tranquilo, generalmente subcrtico. En este caso, la capacidad

de transporte de sedimentos es baja, y el ro puede comenzar a depositar parte de los

sedimentos de suspensin y de fondo que trae desde zonas de mayor capacidad de transporte.

La metodologa que se utiliza para determinar las tasas de transporte utiliza las mismas

frmulas que se han descrito para los tramos de rgimen torrencial.

El fenmeno principal que se presenta en los tramos de baja pendiente y rgimen tranquilo es

de agradacin. La magnitud de este fenmeno puede calcularse mediante controles peridicos

de los cambios que se producen en la geometra del cauce, o con realizacin de balances en

tramos determinados. Para realizar los balances deben medirse los volmenes de sedimentos

que entran y salen del tramo. Los fenmenos combinados de erosin y agradacin generan

cambios en la configuracin del fondo, y formacin de brazos e islas. Estos cambios sern ms

grandes entre mayores sean las tasas de transporte, y pueden producir modificaciones

importantes en el rgimen de flujo durante los perodos crticos de estiaje y crecientes.


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Cuando el ro recorre un tramo plano, de llanura, existe una posibilidad grande de que se

presenten desbordamientos, los cuales ocupan la zona plana adyacente, o llanura de

inundacin. Las cotas mximas de agua en condiciones de creciente se calculan por medio de

frmulas de flujo variado en canales de seccin compuesta. Las cotas calculadas, ms el borde

libre, permiten definir sobre la cartografa de la zona la magnitud de la zona inundable para

diferentes niveles de probabilidad, en condiciones de desborde no controlado.

b) Viscosidad del agua.

La viscosidad del agua representa un factor importante en el estudio de los cauces naturales.

Esta viscosidad depende principalmente de la concentracin de la carga de sedimentos en

suspensin, y en menor escala de la temperatura.

En cauces limpios, o sea aquellos en los que la concentracin de sedimentos es menor del 10%

en volumen, el agua se puede considerar como de baja viscosidad. A la temperatura de 20C la

viscosidad absoluta es del orden de 1 centipoise.

En el caso extremo, cuando se conforman flujos de lodo, donde la proporcin volumtrica

entre el sedimento y el lquido sobrepasa el 80% , la viscosidad aumenta significativamente y

puede llegar hasta los 4000 poises.

Teniendo en cuenta que las frmulas empricas de flujo en corrientes naturales se han

desarrollado para corrientes de agua limpia, es claro que las velocidades que se calculan con

estas frmulas resultan ms altas que las velocidades reales cuando se aplican a flujos

viscosos.

c) Posibilidad de desbordamientos.

Desbordamientos: Cuando el cauce pasa de un tramo de pendiente alta a otro de pendiente

baja, su capacidad de transporte se reduce y comienza a depositar los materiales que recibe

del tramo anterior. En este proceso forma islas y brazos y puede tomar una conformacin

trenzada, con cauce divagante. Adems, el material que se deposita eleva el fondo del cauce y

disminuye su capacidad a cauce lleno.

3. COMPONENTES DE LA SOCAVACION


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La socavacin se clasifica como socavacin general y socavacin local.

3.1 Socavacin general

Es la que se produce en lechos aluviales o cohesivos por efecto de la dinmica de la corriente y

est relacionada con la conformacin del nivel de base. Es un fenmeno a largo plazo, aun

cuando eventos catastrficos pueden acelerarlo.

La socavacin general comprende: deposito o remocin de los materiales de lecho- cambios a

largo plazo en las elevaciones del lecho del ri - y la socavacin por contraccin:

El depsito de materiales sube el nivel del lecho

La remocin o degradacin del lecho socava o disminuye el nivel del lecho del ri.

La socavacin por contraccin, involucra la remocin de materiales de lecho en todo el

ancho del canal, causado por:

Contraccin natural del ri

Contraccin del flujo por el puente o estructuras de aproximacin

Islas, bancos de arena, bermas, hielo, desechos o vegetacin.

Cambios en el control aguas abajo

Recodos

3.2 Socavacin local

La socavacin local se presenta en sitios particulares de la corriente y es ocasionada por el

paso de crecientes y por la accin de obras civiles, como obras de encauzamiento, bancos

guas, puentes con pilas o estribos dentro del cauce, obras transversales de control, etc.


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Para calcular la primera existe un sin nmero de frmulas, que son modificadas continuamente

por sus autores, a medida que se avanza en la experimentacin de campo. Se basan

principalmente en el efecto de la fuerza tractiva sobre la carga de fondo, y en los conceptos

expuestos por Shields.

Para el clculo de la socavacin local por efecto de pilas y estribos de puentes, muros

longitudinales, obras transversales, etc., hay necesidad de revisar las experiencias que existenen cada caso particular y las frmulas empricas que se han desarrollado.

3.3 Socavacin total

La socavacin total en un tramo de una corriente natural es la suma de las dos componentes,

la socavacin general y la socavacin local.

4. TIPOS DE SOCAVACION

Existen dos tipos de socavacin en puentes: de agua clara y de cama viva (o lecho vivo)

4.1 Socavacin de cama viva

Ocurre cuando existe material del lecho en el canal aguas arriba del puente, que se esta

moviendo con el flujo que causa la socavacin. Se da en cauces de rgimen torrencial.

Los puentes sobre lechos de material grueso generalmente presentan socavacin de agua clara

en la parte inicial de una hidrografa, luego socavaron de cama viva para caudales altos y

finalmente una socavacin de cama de agua clara cuando lo caudales van disminuyendo.

4.2 Socavacin de agua clara

Ocurre cuando el flujo que esta causando socavacin no contiene material de lecho. Esto no

implica que algn sedimento fino no pueda estar en movimiento como carga lavada. Se da enun cauce de rgimen tranquilo.

Esto se ve ms en lechos de materiales gruesos o en zonas de inundacin con vegetacin.

Esto no indica que el agua no transporta material sino que la cantidad de sedimentos en

suspensin es menor que la capacidad de transporte de sedimentos del flujo.

La socavacin mxima de agua clara en la pila es de alrededor de un 10% mayor que la

socavacin de equilibrio de cama viva en esta.


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5. DISEO DE PUENTES QUE RESISTAN LA SOCAVACIN

5.1 Filosofa de diseo

a) Disear para que la estructura resista los efectos de una sper inundacin (que exceda la

inundacin de 100 aos)

b) Las fundaciones deben ser diseadas por un equipo interdisciplinario que incluya ingenieros

estructurales, hidrulicos y geotcnicos.

c) Los estudios hidrulicos son necesarios como parte del estudio preliminar (socavacin y

condiciones del flujo)

d) Usar el juicio de ingeniera para resolver las limitaciones en conocimientos existentes

e) Compara los resultados con la informacin disponible incluyendo:

Comportamiento de estructuras existentes en inundaciones del pasado

Efectos de la regulacin y control de caudales

Caractersticas hidrolgicas e historia de avenidas de la cuenca.

f) Con base en las fuertes limitaciones elegir la fundacin que tenga una muy pequeaprobabilidad de falla por un evento extremo.

5.2 Procedimientos general de diseo para controlar la socavacin - Tipo, Tamao y

Localizacin (TT&L)

Paso 1. Seleccionar las avenidas con perodos de retorno de 100 aos o menos, que se espera

produzcan las condiciones ms severas de socavacin


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Paso 2. Obtener los perfiles hidrulicos para la(s) avenida(as) del Paso 1 para un rango de

caudales.

Paso 3. Estimar las profundidades de socavacin total para las condiciones ms crticas

Paso 4. Dibujar las profundidades de socavacin total en la seccin transversal del cauce y en

la planicie de inundacin de la zona del puente.

Paso 5. Analizar si lo obtenido es razonable.

Paso 6. Evaluar Tipo Tamao y Localizacin usando el anlisis de socavacin obtenido.

Modificar si es necesario:

a) Visualizar el patrn general de comportamiento del flujo.

b) Considerar el grado de incertidumbre en el mtodo utilizado para estimar la socavacin.

c) Considerar la posibilidad de ocurrencia de alguna falla y sus consecuencias.

d) Considerar el costo adicional de fortalecer el puente para hacerlo menos vulnerable a lasocavacin

Paso 7. Desarrollar un anlisis de las fundaciones del puente sobre la base de que ha ocurrido

una socavacin total

a) Para fundaciones consistentes en placas (sin pilotes) sobre suelos, debe asegurarse que la

profundidad de la parte superior de la placa se encuentra por debajo del nivel de degradacin

de largo plazo, de la socavacin por contraccin, y de ajustes por los cambios producidos ante

una migracin lateral del cauce. La base de la fundacin debe ubicarse por debajo de la lnea

de socavacin total.

b) Para fundaciones consistentes en placas sobre roca resistente, el fondo de la fundacin

debe constituirse sobre la superficie de roca limpia (considrese adems el uso de dovelas

como soporte lateral).

c) Para fundaciones consistentes en placas corridas sobre roca erosionable, debe consultarse al

geotecnolgo sobre la calidad de la roca y la geologa local. Debe estimarse la socavacin que

pueda ocurrir y ubicar la base de la placa por debajo de esa profundidad. La placa debe estar

en contacto con los lados de la excavacin y sobre la placa debe colocarse enrocado.

d) Para fundaciones consistentes en placas y pilotes, el nivel superior de la placa debe

colocarse debajo del nivel del lecho, a una profundidad igual a la suma de la degradacin, esto

para minimizar la obstruccin durante una inundacin y la socavacin local resultante.

Paso 8. Calcular la socavacin para un evento extremo sper inundacin:

a) Una inundacin que exceda la inundacin de 100 aos.

b) Use la inundacin de 500 aos (puede considerarse como 1,7 veces la inundacin de 100

aos si no se cuenta con esta informacin)


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c) Evale el diseo de las fundaciones tal como se menciona en el Paso 7.

d) La base de la placa debe estar a un nivel por debajo de la socavacin calculada para la

sper inundacin (evento extremo).

e) Todas las fundaciones con o sin pilotes, deben tener un factor mnimo de seguridad de 1,0

carga ltima) bajo condiciones extremas.

5.3 Lista de aspectos a considerar en el diseo

a) General

Aumentar la elevacin de la superestructura del puente por encima de la elevacin de la

carretera de aproximacin, cuando esto sea posible.

Se recomienda que la cuerda inferior del puente sea elevada a un mnimo de 0,6 metros

sobre el nivel superior del flujo, considerando el nivel de inundacin de 100 aos, para tomar

en cuenta aquellos ros que acarrean una gran cantidad de desechos.

Las superestructuras deben ser poco anchas, abiertas y bien ancladas (considerar aqu los

efectos boyantes, los desechos, el hielo)

Los puentes de luces continuas son ms apropiados que los de luces simples cuando existe un

gran potencial a la socavacin (redundancia)

Los agujeros de socavacin local en pilas y bastiones, no deben traslaparse (superponerse)

en el ancho superior del agujero puede se de hasta 2,8 veces su profundidad Se recomienda

para efectos prcticos utilizar un ancho superior de 2,0 veces la profundidad de socavacin.

En los diseos de fundaciones consistentes en pilotes sujetos a socavacin, debe evaluarse la

cantidad de pilotes en funcin de la solicitacin estructural, los requerimientos de servicios ylas condiciones del suelo.

b) Pilas (Pilastras)

Disear las fundaciones de las pilas que se encuentran en la planicie de inundacin, tal como

aquellas que se encuentran en el cauce principal en el caso de que el cauce pueda trasladarse.

Alinear las pilas en la direccin de los flujos de inundacin. Considerar pilas circulares cuando

la direccin del flujo es variable.

Usar pilas que estn alineadas con el flujo y elementos para desviar el hielo y materiales

flotantes.

Evaluar el peligro de la acumulacin de hielo y escombro, particularmente en las pilas de

columnas mltiples. Considerar estos grupos de columnas como si fueran una columna slida

para la estimacin de la socavacin. Considerar el uso de otros tipos de pilas.

c) Bastiones (Estribos)


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El anlisis de la socavacin en bastiones se encuentra limitado por las tcnicas cuantitativas

actuales. El uso enrocado y bancos gua debe ser considerados seriamente para la proteccin

de los bastiones. Cuando se ha diseado e implementado adecuadamente estas medias, se

puede eliminar la necesidad de disear los bastiones para resistir la socavacin calculada.

Usar otros puentes de alivio en la planicie de inundacin y bancos gua para minimizar las

condiciones adversas del flujo en los bastiones.

Si existe la posibilidad de una acumulacin de hielo, disear el pie de los bastiones inclinados,

o las paredes de las bastiones verticales, lo suficientemente alejarlo lo posible del borde del

canal.

La socavacin en bastiones inclinados es aproximadamente un 50% de la que puede ocurrir

en bastiones verticales.

6. METODOLOGA DE DISEO Y CLCULO DE LA SOCAVACION

6.1 Metodologa General.-

Antes de calcular la socavacin (local y contraccin), por algn mtodo es necesario:

Obtener la informacin hidrulica del canal.

Estimar el impacto a largo plazo del depsito y remocin de materiales.

Ajustar la informacin hidrulica del canal para que refleje ese cambio a largo plazo.

Calcular nuevamente las variables hidrulicas en la seccin del puente en caso de que se haya

ajustado la profundidad del lecho por degradacin a largo plazo.

Calcular los componentes de la socavacin usando las nuevas variables hidrulicas.

Estimar la socavacin por contraccin utilizando los parmetros hidrulicos de lecho

constante, ajustados.

Estimar la socavacin local utilizando lo parmetros hidrulicos ajustado.

Obtener la socavacin total que es igual a la de contraccin ms la socavacin local.

6.2 Socavacin por contraccin.-

Se conoce 4 casos de socavacin por contraccin:

Caso 1.- Flujo sobre la planicie de inundacin forzado a regresar al canal principal mediantediques de aproximacin al puente.

a) El ancho del canal del ro se reduce debido a que los bastiones se encuentran dentro del

cauce o el puente se encuentre en una zona mas angosta del ro.

b) Los bastiones se encuentran en el borde del cauce, el flujo de inundacin se encuentra

totalmente obstruido por los rellenos de aproximacin del puente.


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Caso 1B: Los bastiones se encuentran en los bordes del canal principal

c) Los bastiones se encuentran retirados del cauce principal. El flujo de inundacin seencuentra parcialmente obstruido por lo rellenos de aproximacin.


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.

Caso 1C: Los bastiones se encuentran retirados del canal principal

Caso 2.- No existe flujo fuera del canal principal, el cauce se contrae a causa del puente odebido a que el puente se encuentra construido en una zona donde el ancho del cauce

principal en menor. Caso 2A: El cauce

se contrae Caso 2B: Los bastiones restringen

en la seccin del puente el paso del flujo


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Caso 3.- Un puente de alivio en la toma de inundacin donde poco o ningn material de lecho

es transportado (ejemplo de agua clara)

Caso 4.- Un puente de alivio sobre un cauce secundario en la planicie de inundacin el cual

transporta material de lecho.

a) Existen dos ecuaciones:

Para una condicin de cama viva (material de lecho).

Para una condicin de agua clara (sin material de lecho).

Para elegir cual debemos utilizar debemos definir si estas transportan que no material de lecho

comparando la velocidad critica para el inicio del movimiento de partculas Vc, con la

velocidad media del canal V.

Si V< Vc => Condicin de agua Clara

Si V> Vc => Condicin de cama Viva

Vc, se puede calcular utilizando la sgte. Ecuacin:

Vc = 6.19 . Y 1/6. D501/3

Donde:

Vc = Velocidad critica del material de lecho [m/s].

Y = Profundidad del flujo [m].

D50 = Tamao de partcula en el cual 50 % es menor [m].

b) Formula de Socavacin por Contraccin.-

Condicin de cama viva:_

Ecuacin modificada de Laursen (1960).

Ys = Y2 Y0 (Profundidad promedio de Socavacin)

Donde:

Y1 = Profundidad promedio aguas arriba un canal principal [m].

Y2 = Profundidad promedio en zona contrada [m].

Y0 = Profundidad existente en la seccin contrada antes de la socavacin [m].

W1 = Ancho del canal principal aguas arriba [m].


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W2 = Ancho de fondo del canal principal en la seccin contrada (restando el ancho de las

pilas). [m].

Q1 = Caudal en canal aguas arriba que transporta sedimento. (m3/seg.)

Q2 = Caudal en la seccin contrada [m3 /s].

K1 = Coeficiente tomado de la sgte. Tabla.

V*/W K1 CARACTERISTICAS DEL TRANSPORTE DE

SEDIMENTOS

< 0.5 0.59 PREDOMINA CARGA DE FONDO

0.5 2 0.64 ALGUN MATERIAL EN SUSPENCION

> 2.0 0.69 PREDOMINANA SEDIMENTOS EN SUSPENSION

Donde:

V* = (t/r)0.5 = (g*y1*S1)0,5 velocidad cortante en la seccin aguas arriba (m/s)

W= Velocidad de sedimentacin del material de lecho D 50 [m/s].

g = Constante gravitacional (9.81 m/s2)

S1 = Pendiente de energa del canal principal m/m .

t = Esfuerzo cortante en el lecho Pa (N/m2)

r = Densidad del agua (1000 Kg /m3).


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1 Q2, Puede ser el flujo total que pasa bajo el puente en los casos 1A 1B. No es el total para

el caso 1C.

2 Q1, Es el flujo del canal principal aguas arriba del puente (sin incluir los flujos en la planicie

de inundacin).

3 W2, Se toma comnmente caro el ancho del fondo del canal menos el ancho de las pilas.

4 La socavacin por contraccin por la condicin de cama viva puede verse disminuida por el

acorazamiento del lecho.

5 Cuando hay materiales gruesos en el lecho se recomienda calcular la socavacin por

contraccin usando las ecuaciones para condicin de cama viva y agua clara escogiendo la

mayor profundidad.

6 La ecuacin de Laursen sobrestima la profundidad de socavacin del puente si esta

localizada agua arriba, pero es la mejor herramienta hasta ahora disponible.

Condicin de agua clara:_


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Ecuacin de Laursen

YS = Y2 Y0

Donde:

Y0= Profundidad del flujo en la seccin contrada antes de ocurrir socavacin, m

Y2 = Profundidad promedio del flujo en la seccin contrada despus de ocurrir

la socavacin por contraccin, m

Ys = Profundidad de socavacin en la seccin contrada, m

Q = Caudal que pasa a travs del puente o en la planicie de inundacin

asociado en el ancho, W, m3/s.

D50 = Dimetro medio del material de lecho, m

Dm = 1.25 D50, m

W = Ancho de fondo en la seccin contrada menos el ancho de pilas, m

Clara secuencialmente, calculando el Dm de cada capa de material.

Si la altura del nivel de las aguas, aguas abajo, es muy variable, debe utilizarse el nivel mas bajo

para los clculos.

En casos complejos se recomienda buscar consultora por parte de un equipo interdisciplinariode profesionales experimentados en hidrulica, geotecnia, etc.

6.3 Socavacin En Pilas.-

a) Socavacin Local

Mecanismo de la socavacin.-

El flujo alrededor de las pilas crea un vortice o remolino de Herradura (al frente y a los lados de

la pila).

Los remolinos detrs de las pilas ayudan a transportar el material erosionado hacia aguasabajo.


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Representacin esquemtica de la socavacin local alrededor de una pila cilndrica

Caracterstica del Flujo.-

a) Velocidad aguas arriba de la pila V1. - Esta incrementa la profundidad de socavacin, es

decir a mayor velocidad mayor profundidad de socavacin.

b) Profundidad del flujo aguas arriba de la pila Y1.- Afecta directamente a la profundidad de

socavacin, el aumento de profundidad puede afectar hasta mas de 2 veces a profundidad de

socavacin.

c) Angulo de ataque del flujo.- Mientras la pila se encuentre alineada con el flujo no afecta en

la profundidad de socavacin. Cuando se forma un ngulo con respecto al flujo esto hace que

el largo de la pila incide en la profundidad de socavacin.

d) Flujo a presin.- este se produce cuando la superestructura del puente esta sumergida y

afecta en la profundidad de socavacin.

Geometra de la pila

a) Ancho de la pila.-Al aumentar el ancho aumenta la profundidad de la

Socavacin ya que se produce una mayor rea de choque del flujo con la pila.

b) Longitud de pila.- Va relacionado con el ngulo ataque, si no hay ngulo. No afecta la

profundidad de socavacin; si hay ngulo s afecta la profundidad de socavacin.

c) Forma de la pila.- Si la pila se disea con el frente alineado a la direccin de la corriente se

reducen las fuerzas de los vrtices y remolinos, reduciendo la profundidad de socavacin lo

mismo sucede con la parte de atrs reduciendo as los remolinos laterales.

Por esto decimos que la forma de la pila afecta significativamente la profundidad de

socavacin.


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Una pila con frente cuadrado tiene la mayor o mxima profundidad de socavacin.

Las pilas de frente agudo tienen aproximadamente un 20 % menor socavacin que las

cuadradas las pilas de frente circular tiene aproximadamente un 10 % menor socavacin que

las cuadradas.

El efecto de la geometra del frente de la pi la en la profundidad de socavacin disminuye siaumenta el ngulo de ataque del flujo.

Geometra de la fundacin Ancho

Longitud Idem a la

Espesor Geometra

Elevacin con respecto de la pila

A sup. Del lecho.

Material de Lecho.-

Tamao, granulometra y Cohesividad:

a) El tamao de las arenas no tiene efecto significativo en la profundidad de Socavacin.

b) Los materiales finos (limos y arcillas), tienen profundidades semejantes a la de las arenas,

aunque estn cohesionadas esto solo influye en el tiempo de Socavacin.

c) Los materiales gruesos en el lecho pueden limitar la profundidad de Socavacin.

b) Ecuaciones para socavacin en pilas.-

Los estudios en laboratorio de la socavacin en pilas han sido extensos pero se cuenta con un

limitado registro de datos de campo.


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Estos estudios han dado muchas ecuaciones (la mayora para socavacin de cama viva en

cauces de lechos de arenas).

Algunas de estas formulas toman la velocidad como variable, mientras otras no la incluye tal es

el caso de la ecuacin De Laursen.

El investigador Chang (1987), puntualizo que la ecuacin de Laursen, es una caso especial de laecuacin Colorado State University, o CSU ver (tablas).

En las ecuaciones anteriormente mencionadas no se toma en cuenta de que las partculas

grandes puedan llegar a crear un acorazamiento del agujero producto de la socavacin.

En la actualidad existe un factor de correccin por acorazamiento que se incluye en las

formulas recomendadas.

Comparacin de las formulas usadas en la socavacin.


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Comparacin de las frmulas de socavacin con resultados medidos en campo.

Valores de Ys /a Vs. Y1/a para la ecuacin C.S.U.

Clculo de la socavacin local en Pilas.-

Se recomienda el uso de la ecuacin CSU (agua clara o cama viva).

Para pilas de frente redondeado y alineadas con el flujo se recomienda.


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Ys < 2.4 (a) para Fr


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(b) Frente circular 1.0

(c) Seccin circular 1.0

(d) Frente agudo 0.9

(e) Grupo de columnas 1.0

15 1.5 2.0 2.5

30 2.0 2.75 3.5

45 2.3 3.3 4.3

90 2.5 3.9 5.0

Angulo = Angulo de inclinacin con respecto al

flujo.

L = longitud de la pila (largo en sentido del

flujo).

a

a

a

L

(a) FRENTE CUADRADO (b) FRENTE REDONDEADO c) PILA CILINDRICA

L=(# de pilas)* (a)

a


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L

a

(d) FRENTE AGUDO (e) COLUMNAS CILINDRICAS MULTIPLES

Geometra comn en pilas

El factor de correccin K2 para el ngulo de ataque puede ser calculado usando la siguiente

formula.

K2= (cos q + L/a sinq) 0.65

Si L/a es mayor que 12 se utiliza L/a=12 como mximo.

El factor K2 se utiliza solo cuando las condiciones de sitio son tales que la longitud total de la

pila se encuentra expuesta al flujo directo.

Condicin del lecho.

Porcentaje de incremento K3 de las profundidades de socavacin de equilibrio en pilas segn

la configuracin del lecho.

CONDICION DEL LECHO ALTURA DE LAS DUNAS H (m) K3

Dunas grandes H > 9 1.3

Dunas de tamao medio 9 > H > 3 1.1 a 1.2

Dunas pequeas 3 > H >0.6 1.1

Lecho plano y antidunas NA 1.1

Socavacin de agua clara NA 1.1

Se considera que para lechos planos (no muy comunes) se considera que la socavacin mxima

puede ser hasta un 10% mayor que la socavacin de equilibrio.

Se considera que para lechos con grandes dunas (no muy comunes) se considera que la

socavacin mxima puede ser hasta un 30% mayor que la socavacin de equilibrio.

Acorazamiento.


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El factor de correccin K4 disminuye las profundidades de socavacin debido a la posibilidad

de acorazamiento del hoyo de socavacin. Esto para materiales que tienen un D50 >= 0.06 m.

La ecuacin es la siguiente:

K4= (1-0.89 (1-VR)2)0.5

VR = (V1 - Vi) / (Vc90 - Vi)

Vi =0.645(D50 / a)0.053. Vc50

Donde.-

VR = razn de velocidades.

V1 = velocidad de aproximacin. (m/s)

Vi = Velocidad de aproximacin cuando las partculas en las pilas inician su movimiento. (m/s)

Vc90 = velocidad critica para el material de tamao D90 (m/s)

Vc50 = velocidad critica para el material de tamao D50 (m/s)

a = ancho de la pila (m).

Igualmente: Vc = 6.19 y1/6. Dc1/3

Dc = tamao critica de partculas asociado con la velocidad critica (m).

Los valores mximos de K4 son como sigue.-

VALORES LIMITES PARA COEFICIENTES K4

FACTOR TAMAO MIN.

MAT. DE

LECHO

VALOR

MINIMO

K4

VR>1.0

K4 D50 >= 0.06m 0.7 1.0

Influencia de la existencia de placas de fundacin en la profundidad de la

Socavacin

No se conoce a ciencia cierta la magnitud en que la placa de fundacin afecta a la socavacinlocal.

En algunos casos esta reduce o detiene la socavacin impidiendo que se produzcan los vrtices

y reduciendo el agujero que se genera.

En algunas ocasiones usando el ancho de la pila se obtienen mejores resultados que usando el

ancho de la placa de fundacin.


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Se recomienda utilizar el ancho de la pila en el valor de a, para el clculo de la socavacin

local si es que la placa esta apenas arriba o al mismo nivel del lecho.

Si la placa se encuentra mas elevada que el nivel del lecho se aconseja hacer 2 clculos:

Uno con ancho de la pila y otro con el ancho de la placa y la profundidad y velocidad promedio

de la zona del flujo obstruida por la placa. Usando como resultado la mayor profundidad desocavacin.

Velocidad promedio en la placa Expuesta:

Donde:

V1= Velocidad promedio en la totalidad de la profundidad frente a la pila [m/s].

Y1= Profundidad del flujo aguas arriba de la pila, incluyendo la socavaron por contraccin y la

degradacin a largo plazo [m].

Vf = Velocidad promedio en la zona de f lujo bajo la parte superior de la placa de apoyo [m/s].

Yf = Distancia desde el lecho (antes de la socavacin), hasta la parte superior de la placa de

apoyo [m].

Ks = Rugosidad del grano del lecho, normalmente tomado como el D84 del material.

Socavacin en pilas con grupos de pilotes expuestos


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Los grupos de pilotes expuestos pueden ser analizados conservadoramente como se tratara de

una sola pila, con un ancho igual a la proyeccin del ancho del grupo, ignorando el espacio

entre los pilotes.

Se debe tomar en cuenta los escombros ya que el grupo de pilares suele trabajar como un

colector de objetos cerrndose los espacios entre pilotes y provocando que acte como una

pila de mayores dimensiones.

Placas expuestas al Flujo

Cuando estas estn ms elevadas que el nivel del lecho, debe calcularse la profundidad de

socavacin como si la placa se encontrara sobre el lecho, si existen pilotes bajo la placa debe

considerarse el efecto de grupo de pilotes en la socavacin.

Es conservador escoger la profundidad de socavacin mxima producto de los posibles

escenarios.


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Socavacin local en columnas mltiples:

La profundidad de socavacin para columnas mltiples, alineadas entre l, pero sesgadas con

respecto al flujo, va a depender del espacio existente entre ellas. El factor de correccin para el

ngulo de ataque del flujo, va a ser menor que si se tratara de una pila slida, se desconoce

cuanto menor.

Cuando analizamos la ecuacin CSU para una pila de columnas mltiples, con una distancia

menor a los 5 dimetros entre columnas, el ancho de pila a, debe tomarse como el ancho

total proyectado, en posicin normal al ngulo de ataque del flujo. Ej.:

Una pila de tres columnas circulares de 2 m de dimetro, espaciadas a 10 m tendran un valor

de a, ente 2 y 6 metros dependiendo del ngulo de ataque flujo. El factor de correccin K,

ser igual a 1.0 independientemente de la geometra de las columnas.

Si el ro transporta material flotante (desechos, troncos, ramas, etc.), el grupo de columnas

mltiples se considera como una pila nica y slida.

Socavacin en pilas bajo flujo a presin

El flujo a presin ocurre cuando el nivel alcanza la losa del puente o el caudal es tal que el

puente llega a estar totalmente sumergido.

El flujo a presin bajo el puente da como resultado una contraccin del flujo bajo el puente.

Cuando el flujo aguas arriba es extremo, el puente puede quedar sumergido y se da un patrn

combinado de flujo de orificio y flujo sobre el puente.

Con el flujo a presin, las profundidades de socavacin local en las pilas son mayores que bajo

condiciones de flujo normales.


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Esto se debe a que el flujo es dirigido desde la superestructura del puente hacia el lecho

(contraccin vertical del flujo), incrementando la intensidad de los vrtices tipo herradura.

Los estudios de laboratorio considerando el flujo a presin han determinado que la socavacin

en las pilas aumenta su valor de 200% a 300% de la socavacin calculada en condiciones

normales.

Socavacin debida a material flotante en pilas

Materiales flotantes acumulados frente a las pilas incrementan la profundidad de socavacin

local.

Los materiales flotantes pueden acumularse frente a las pilas y desviar el flujo hacia la base, de

forma que se produce una mayor erosin.

Si es que la acumulacin de material flotante es una condicin importante entonces se calcula

la socavacin local asumiendo un ancho de pila mayor a su ancho real.

Ancho de los agujeros producto de la socavacin


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El ancho superior del agujero de socavacin en materiales de lecho no cohesivo, medido a

partir de un lado de la pila, puede ser estimado como sigue:

W = Ys .(K + Cotang. q).

Donde:

W = Ancho superior del agujero de socavacin medido a un lado de la pila o placa de fundacin

[m].

Ys = Profundidad de socavacin [m].

K = Ancho de fondo del agujero de socavacin como una fraccin de la profundidad.

q = Angulo de reposo del material de lecho (varia cubre 30 y 40 grados).

El rango en el ancho superior vario tpicamente entre 1.0 a 2.8 Ys.

Se recomienda para usos prcticos un ancho superior de W = 2 Ys.

6.4 Socavacin Local En Estribos

a) Mecanismo de Socavacin.-

El mecanismo de socavacin en el extremo aguas arriba del estribo es el vrtice de herradura.


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Aguas abajo del estribo, el flujo puede separarse del borde y producir otro vrtice (similar al

vrtice lateral en pilas), y atacar el relleno de aproximacin.

La socavacin puede ser de cama viva o de agua clara.

b) Condiciones Generales

Tipos de estribo.- Existen en general tres tipos:

a. Estribos con pendiente al frente (estribos inclinados).

b. Estribos verticales con paredes laterales.

c. Estribos verticales sin paredes verticales.

Tipos comunes de estribos

Estos estribos pueden ser ubicados a diferentes ngulos con respecto a la direccin del flujo.

Ubicacin de los estribos.- Los estribos pueden:

a. Ubicarse dentro del canal principal.

b. Ubicarse en el borde del canal principal.

c. Encontrarse retirados del borde del canal principal.

El flujo puede provenir de planicies de inundacin o slo del canal principal.


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El que proviene de las planicies de inundacin, y es encauzado para regresar al canal en la

seccin del puente, incrementa las profundidades de socavacin, debido a que:

a. Incrementa la fuerza de los vrtices.

b. El flujo que se encauza por lo general es libre de sedimentos.

Los estribos que se encuentran en el borde del canal principal o retirados de ste, presentan

menos problemas de socavacin de aquellos que se encuentran dentro del canal, debido a

que:

a. El borde del canal puede tener rboles u otro tipo de vegetacin que disminuye la velocidad

del flujo y es resistente a la socavacin.

b. El estribo se encuentra alejado del flujo principal por lo que las velocidades y profundidades

son menores.

c) Ecuaciones para el clculo de la socavacin en estribos

Todas las ecuaciones estn basadas en resultados de laboratorio y han sido desarrolladas para

predecir la socavacin mxima que puede ocurrir en el estribo.

Ecuacin de Frohelich (1989)

Frohelich analiz 170 datos tomados a partir de simulaciones realizadas en el laboratorio sobre

socavacin de cama viva. La ecuacin desarrollada a partir de estos datos fue la siguiente:

Donde:

Coeficiente para tomar en cuenta el tipo de estribo. Ver Fig.

Coeficiente para tomar en cuenta el ngulo entre el relleno de aproximacin y la

direccin del flujo.

< 90 si el relleno de aproximacin est dirigido aguas abajo.

> 90 si el relleno de aproximacin est dirigido aguas arriba.

L = Longitud del estribo proyectado normal al flujo, m.

Ae = rea del flujo (aguas arriba) obstruida por el estribo.

Fr = Nmero de Froud del flujo de aproximacin.


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m/s

Qe = Flujo obstruido por el estribo y relleno de aproximacin, m3/s

Ya = Profundidad promedio del flujo en la planicie de inundacin, m.

Ys = Profundidad mxima de socavacin, m.

Descripcin

Estribo Vertical 1.0

Estribo Vertical con paredes laterales 0.82

Estribo inclinado 0.55

El trmino constante igual a la unidad (+0.30) de la ecuacin de Frohelich, es un factor de

seguridad que hace que la ecuacin prediga una profundidad de socavacin mayor que la que

se ha medido en muchos estudios de laboratorio. Este factor fue agregado a la ecuacin para

cubrir el 98% de los datos.

Ecuacin HIRE

Esta ecuacin, fue desarrollada a partir de los datos de campo recogidos por el cuerpo de

ingenieros Norteamericanos en un banco gua (parte frontal) en el ro Mississippi. La ecuacin

es aplicable a estribos cuando la razn de la longitud proyectada del estribo (L) a la

profundidad del flujo ( ) es mayor que 25.

Donde:

Profundidad mxima de socavacin, m.

= profundidad del flujo adyacente al estribo en la zona de inundacin o en el canal principal,

m.

Nmero de Froud basado en la velocidad y profundidad del flujo adyacente al estribo

(aguas arriba).

= coeficiente para tomar en cuenta el tipo de estribo (a partir de la tabla).


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En estribos que se encuentran sesgados (alineamiento horizontal) con respecto al flujo, puede

usarse la siguiente grfica, para corregir la ecuacin HIRE:

Socavacin de agua clara en estribo.

No se cuenta con ecuaciones confiables para el clculo de la socavacin de agua clara en

bastiones. Se recomienda utilizar las ecuaciones de cama viva, presentada antes, para tener un

indicador de la posible profundidad de socavacin.

7. EJEMPLO DEL CALCULO DE SOCAVACION

Descripcin:

Se planea construir un puente de 198,12 m de longitud, y un ancho de 15,24 m con bastiones

(estribos) con pendiente frontal 2H:1V. El bastin izquierdo se ha diseado para ubicarse

aproximadamente a 60,5 m del borde del canal principal. El bastin derecho se ubicara justo

en el borde del canal. La losa del puente (superficie de rodamiento) se ha diseado a la

elevacin de 6,71 m y con un peralte de viga de 1,22 m. Seis pilas con rente redondeado se han

considerado como subestructura, igualmente espaciadas entre los bastiones. Las pilas seran

de 1,52 m de ancho, 12,19 m de largo, alineadas con la seccin del flujo. El caudal de diseo

basado en un periodo de retorno de 100 aos es de 849,51 m3/s.

Calcular la socavacin total en la seccin del puente

a) Datos conseguidos previa inspeccin:

Zona rural, cuyo uso de terreno es de siembra y bosque.

Planicie de inundacin relativamente grande, con bastante vegetacin, existen canales que

indican que puede ocurrir una migracin lateral del canal principal.


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Seccin constante 300 m aguas arriba y aguas debajo de la seccin donde se tiene previsto

colocar el puente.

El dimetro medio del material del lecho (D50) y el material de la zona de inundacin es de 2

mm.

La gravedad especfica del material del lecho es de 2,65.

La erosin general del lecho es despreciable. Se encuentra estratos de roca a 46 m por debajo

del lecho.

Debido a que predomina material fino K4 = 1; el lecho plano y antidunas K3 = 1,1.

Los bancos laterales estn relativamente estables y con buena vegetacin, sin embargo

existen algunas zonas aisladas de estos bancos que parecen haber sido socavadas, lo que ha

provocado erosin. Algunos rboles crecen a orillas de los bancos. Estos bancos van a requerir

proteccin de enrocado, si fueran perturbados por la construccin del puente. Esto incluye,

adems de aquellos que se encuentran en la zona del puente, algunos aguas arriba y aguas

abajo.

b) Tengo de dato hidrulicos :

Q = 849,51 m3/s Caudal total

K1 = 19000 transporte del canal principal

Ktotal = 39150 transporte total

W1 = 121,9 m Ancho superior del flujo, asumido como ancho efectivo

Ac = 320 m2 rea del canal principal

P = 122 m Permetro mojado del canal principal Seccin del puente

Kc = 11330 Transporte del canal principal

Ktotal = 12540 transporte total

Ac = 236 m2 rea del canal principal

Wc = 121,9 m Ancho del canal, diferencia entre puntos limtrofes de reas que definen las

mrgenes en el puente

W2 = 117,82 m Ancho del canal menos cuatro anchos de pila (6,08 m)

Sf = 0,002 m/m Pendiente promedio de energa, en el flujo no contrado,

c) Solucin:

Determinacin de condicin de agua clara o cama viva:

- Calculo del caudal en la seccin de aproximacin


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= 849,41 m3/s(18999,92/39151,16)

Q1 = 412,26 m3/s

- Calculo de la profundidad promedio en el canal principal, seccin de aproximacin

(320 m2/121,9 m)

Y1 = 2,62 m

- Calculo de la velocidad promedio en el canal principal, seccin de aproximacin

= (412,26m3 / s )/( 320m2)

V1 = 1,28 m/s

- Calculo de la velocidad crtica para el movimiento de las partculas

Vc = 6,19 y1 1/6D 501/3

Vc = 0,91 m/s

Ntese que V1 Vc; por lo tanto existe una condicin de socavacin por contraccin de cama

viva en el canal principal.

- Determinacin de K1

Calculo del radio hidrulico ( canal principal en la seccin de aproximacin)

= 320m2/121,98m

R = 2,62 m

Ntese que para el ejemplo el radio hidrulico es igual a la profundidad media.

calculo del esfuerzo cortante

= 9810 N/m3 = RSf = 51,40 Pa(N/m2)

Velocidad cortante

Calcular V* /w


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W = 0,21 m/s usando la curva de velocidad de sedimentacin

V* /w = 1,09

De la tabla tenemos que K1 entre 0,5 a 2

K1= 0,64

Calculo del caudal en la seccin de contraccin Q2

Q2 = 767,67 m3/s

Calculo de la socavacin por contraccin de cama viva en el lecho

Y2 = 4,6 m

Y0 = Ac/ W2

Y0 = 2 m

Ys = Y2 - Y0

Ys = 2,6 m

Calculo de la socavacin por contraccin en la zona de inundacin izquierda (seccin del

puente)

Ecuacin de cursen para el calculo de la socavacin de agua clara

Esta ecuacin se la recomienda para las zonas de inundacin cuando el bastin se encuentra

retirado del canal principal. En este caso ocurrir socavacin de agua clara, por cuanto la zona

de inundacin de la cual provienen los flujos se encuentra con vegetacin.

Dm = 1,25 D50

Ys = Y2 - Y0


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Variables hidrulicas obtenidas para condiciones de agua clara

Q = 849,51 m3/s Caudal total a travs del puente

Qchan = 767,54 m3/s Flujo del canal principal en la seccin del puente determinado a partir

de los clculos de cama viva

Q2 = 81,97 m3/s Flujo zona lateral izquierda que pasa bajo el puente, determinando

substrayendo Qchan del caudal total

Dm = 0,0025 m Tamao medio efectivo de la partcula en la zona lateral

Wsetback = 68,8 m Distancia desde el banco izquierdo del cauce

principal a la base del bastin izquierdo

Wcontracted= 65,8 m Wsetback menos el ancho de dos pilas (3,04m)

Aizq = 57 m2 rea de la zona lateral en la seccin de aproximacin

Calculo de la socavacin por contraccin de agua clara en la zona lateral

Calculo de Y2

Clculo de Y0 para la zona lateral:

Y0 = Ac/ W2 = 0,87 m

Clculo de Ys :

Ys = Y2 Y0 = 0,5 m

Socavacin en pilas

a = 1.52 m. (ancho de pila)

Las variables hidrulicas obtenidas por un programa.

Vmax = 3.73 m/s

Y1 = 2.84 m

Determinamos los valores de las constantes con los datos que tenemos:

K1=1,0 para pilas de frente redondeado (tabla de factor de correccin por la geometra de la

pila)


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K2= 1,0 (la pila esta alineada con respecto al flujo)

K3 = 1.1 (condicin de antidunas)

K4= 1,0 (correccin por acorazamiento. CANAL CON LECHO DE ARENA).

- Calculo del nmero de froud:

- Uso de la ecuacin C.S.U

El ancho de la socavacin se recomienda para uso prctico un ancho superior de:

W= 2 Ys

W = 7.16 m

W total = 7.16*2+1.52 = 15.84 m

Nota.- cuando las pilas se encuentran sesgadas con respecto al flujo. Asumiendo que las pilasestn sesgadas a 10 grados.

K1=1,0 para pilas sesgadas a mas de 5 grados.

K2=?

COMO K2= (cos q + L/a sin q) 0.65

ENTONCES: L =12.19m y a =1.52m

L/a = 12.19/1.52 =8.02

K3 = 1.1 (condicin de antidunas)

K4= 1,0 (correccin por acorazamiento. CANAL CON LECHO DE ARENA).


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El ancho de la socavacin se recomienda para uso practico un ancho superior de: W= 2 Ys

W = 10.1 m

W total = 10.1*2+1.52 = 21.72 m

Socavacin local en el estribo izquierdo

1. Ecuacin de Frohelich

Variables hidrulicas para la ecuacin de frohelich:

Qe = 148.68 m3/s

Ae = 264.65 m2

L = 232.8 m

Y1 = 0.83 m

Clculo:

Correccin por el tipo de estribo (por tabla):

K1 = 0.55

Correccin por la ubicacin del estribo con respecto a la direccin del flujo:

si q = 90

Profundidad promedio del flujo en el estribo:


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Velocidad promedio del flujo en la planicie de inundacin obstruida por

el estribo:

Nmero de Froud del flujo de aproximacin:

Calculo de la profundidad de socavacin en el estribo:

2. Ecuacin de HIRE

Variables hidrulicas para la ecuacin de HIRE

Vsub=1.29 m/s

Y1 = 0.83 m

Clculo:

L>25Y1 232.8 m>20.75 m

Valida la ecuacin de HIRE

Nmero de froud:

Clculo de la profundidad de socavacin en el estribo:


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W = 5.1 m

Socavacin local en el estribo derecho

1. Ecuacin de HIRE

Variables hidrulicas para la ecuacin de HIRE

Vsub=2.19 m/s

Y1 = 1.22 m

Clculo:

L>25Y1 301.7 m>30.5 m

Valida la ecuacin de HIRE

Nmero de froud:

Clculo de la profundidad de socavacin en el estribo:


W = 8.38 m

Evaluacin de los resultados:

En el caso de las pilas es mas conveniente utilizar las pilas bien alineadas al flujo del cauce, ya

que as se tiene una menor socavacin.


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La profundidad de socavacin en pilas no es la esperada segn el Fr que tenemos ya que este

es menor de 0,8 y nuestra profundidad de socavacin es mayor al 2,4 m que recomienda las

investigaciones de CSU. Por lo tanto adoptaremos la posibilidad de esta profundidad

colocaremos una proteccin de sacos de suelo cemento alrededor de las pilas.

En cuanto a los resultados de los estribos vemos que en la ecuacin de Frohelich da resultado

ms elevado que los obtenidos en laboratorio ya que en esta ecuacin se adopta uncoeficiente de seguridad de (+0,3) el cual fue agregado para cubrir el 98% de los datos. Por eso

trabajamos en el estribo derecho con la ecuacin de Hire que da datos ms cerca de la realidad

ya que esta ecuacin fue realizada con datos de campo. Se protegern los estribos con

gaviones.

Segn la inspeccin realizada al lugar se tomaran previsiones de colocado de gaviones en las

zonas laterales propensas a la erosin; y en la zona donde aparecen canales naturales por

donde podra desviarse el cauce se estudiar la posibilidad de colocar colchones.

En cuanto al ancho de las socavaciones no habra ninguna superposicin entre estos.

8. OBRAS DE CONTROL.

El diseo de las obras apropiadas a cada caso debe hacerse luego de que se conozcan los

resultados de los estudios hidrulicos y geomorfolgicos del tramo que recibe la influencia de

la construccin de dichas obras. Los resultados de los estudios hidrulicos y geomorfolgicos

presentan pronsticos sobre la evolucin futura de la corriente y estimativos sobre

magnitudes de los caudales medios, mnimos y de creciente, niveles mnimos, mximos y

medios, posibles zonas de inundacin, velocidades de flujo, capacidad de transporte de

sedimentos, socavacin y agradacin.

Las obras ms comunes en corrientes naturales son las siguientes:

a) Obras transversales para control torrencial. Operan como pequeas presas vertedero. Su

objetivo principal es el de reducir la velocidad del flujo en un tramo especfico, aguas arriba de

la obra. Actan como estructura de control. Pueden fallar por mala cimentacin, o por

socavacin generada inmediatamente aguas abajo.

b) Espolones para desviacin de lneas de flujo. Son estructuras agresivas que, en lo posible,

deben evitarse porque pueden producir problemas erosivos sobre las mrgenes del tramo

aguas abajo.

c) Espolones para favorecer los procesos de sedimentacin. Son efectivos cuando se colocan

en un sector de alto volumen de transporte de sedimentos en suspensin. Son estructuraspermeables, cuyo objetivo es inducir la sedimentacin en un tramo adyacente, aguas arriba de

las obras. Pueden fallar por erosin en la punta del espoln o en el tramo inmediatamente

aguas abajo.

d) Obras marginales de encauzamiento. Son obras que se construyen para encauzar una

corriente natural hacia una estructura de paso, por ejemplo un puente, box-culvert,

alcantarilla, etc. Deben tener transiciones de entrada y salida. En el diseo debe considerarse


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que estas obras de encauzamiento producen un aumento en la velocidad del agua con el

consiguiente incremento en la socavacin del lecho.

e) Obras longitudinales de proteccin de mrgenes contra la socavacin. Son muros o

revestimientos, suficientemente resistentes a las fuerzas desarrolladas por el agua. En algunos

casos tambin deben disearse como muros de contencin. Pueden fallar por mala

cimentacin, volcamiento y deslizamiento.

f) Acorazamiento del fondo. Consisten en refuerzo del lecho con material de tamao

adecuado, debidamente asegurado, que no pueda ser transportado como carga de fondo.

Algunas veces la dinmica del ro produce tramos acorazados en forma natural. El fondo

acorazado es un control de la geometra del cuce.

g) Proteccin contra las inundaciones. Son obras que controlan el nivel mximo esperado

dentro de la llanura de inundacin. Pueden ser embalses reguladores, canales adicionales,

dragados y limpieza de cuces, o jarillones. Estas obras pueden ser efectivas para el rea

particular que se va a defender, pero cambian el rgimen natural del flujo y tienen efectos

sobre reas aledaas, los cuales deben ser analizados antes de construir las obras.

Los materiales de uso frecuente en este tipo de obras son los siguientes:

Concreto: ciclpeo, simple o reforzado.

Gaviones, colchonetas.

Piedra suelta, piedra pegada.

Tablestacas metlicas o de madera.

Pilotes metlicos, de concreto o de madera.

Bolsacretos, sacos de suelo-cemento, sacos de arena.

Fajinas de guadua.

Elementos prefabricados de concreto: Bloques, hexpodos, etc.

h) Migracin de Meandros

De ser posible se recomienda ubicar el puente en el tramo recto ubicado entre dos meandros

sucesivos. En dicha ubicacin los procesos erosivos son mnimos.

En los casos en que el puente deba ser ubicado forzosamente en una curva se debenconsiderar trabajos de estabilizacin de riberas.

El diseo de los trabajos de estabilizacin debe tomar en consideracin la variacin transversal

del lecho que se esperan ocurrirn con su implementacin.


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Comparacin de la curva de un ro en dos situaciones: (a) Condiciones Naturales, y b) Curva

estabilizada

i) Degradacin del lecho.

Minimizar el nmero de pilares en la seccin de cruce y proveerlos de profundidadesadecuadas de cimentacin.

En canales poco anchos (< 30 m) que experimentan inestabilidad lateral con pequeas

inestabilidades verticales se han usado colchones de roca.

Para controlar la erosin de riberas se han empleado diques de piedra ubicados

longitudinalmente al pie de los taludes.

j) Agradacin del lecho.

En el caso de lechos aluviales se recomienda el dragado del material depositado.

La constriccin del cauce por medio de diques con el fin de incrementar las velocidades del

flujo tambin ha sido utilizada.

Canalizacin del flujo.

k) Inestabilidades locales causadas por la constriccin del ancho del ro y /o obstrucciones

locales

Proveer cimentaciones profundas para los pilares y estribos.

Proveer de forma hidrodinmica pilares.

Reducir la intensidad de los vrtices aguas arriba de pilares y estribos horse vortex pormedio de barreras aguas arriba.

l) Efectos de remanso por alineamiento y localizacin.

Se pueden proveer diques de proteccin para salvaguardar zonas crticas contra inundaciones.

El diseo de las obras combina varias disciplinas, Hidrulica Fluvial, Geotecnia y Estructuras. La

primera, como ya se ha explicado, suministra la informacin bsica que permite determinar las


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condiciones de cimentacin y la magnitud de las fuerzas que van a actuar sobre las obras que

se proyecten.

9. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

El estudio de la socavacin es muy importante ya sea para la realizacin de proyectos o para

determinar si fue o no la causa de falla de determinada obra y as prevenir en el futuro nuevasfallas y as tener mejores ecuaciones para su determinacin y tener cada vez mejores obras.

En lo posible hay que tener los datos hidrolgicos, hidrulicos y geomorfolgicos lo mas

completos y reales posibles y siempre hacer una inspeccin del lugar para corroborar los datos

que se tienen, para tener todos los datos para hacer una mejor estimacin de los cambios que

se irn dando en la zona con el pasar de los aos y as poder darle una buena solucin para

minimizar los riesgos y evitar el colapso de las obras el mayor tiempo posible.

Si no fuera posible tener toda la informacin necesaria se recomienda realizar un sondeo de la

zona el cual incluye realizar los anlisis requeridos, consultar con los vecinos para as tener una

idea del comportamiento de la naturaleza del lugar para as estimar los coeficientes de

seguridad a ser adoptados.

En este estudio se plantea el uso de algunas ecuaciones y medidas par reducir el riesgo de

socavaciones e inestabilidades, mas no son las nicas, sino las mas recomendadas al acercarse

los resultados de las pruebas en laboratorio con las pruebas realizadas en campo.

Claro que lo ideal sera que tuviramos anlisis propios con conclusiones experimentadas

datos y mediciones actuales propias de la zona, ya que algunas de las ecuaciones fueron

realizadas por condiciones propias de esa zona como por ejemplo la ecuacin de Hire realizada

en el ri Mississippi en EEUU.

Es necesario crear conciencia en la importancia del estudio de socavacin tanto para el diseocomo para la conservacin de las obras, en especial los puentes, puesto que muchas veces su

colapso cobra vidas humanas y conlleva graves perjuicios econmicos.

socavación en puente, diseÑo de puentes utla

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