SOCAVACION NORMAL O GENERAL

SOCAVACION NORMAL O GENERAL Y EROSION LOCAL ALREDEDOR DE PILARES Y ESTRIBOSManuel Garca Naranjo B.SOCAVACION NORMAL O GENERALSe entiende por socavacin normal el descenso del fondo de un ro que se produce al presentarse una creciente. Se origina por el aumento de la capacidad de arrastre material slido que en ese momento adquiere la corriente, en virtud de la mayor velocidad de flujo.

SOCAVACION EN ESTRECHAMIENTOSSe entiende por socavacin en estrechamientos aquella que se produce por el aumento en la capacidad de arrastre de slidos que adquiere una corriente cuando su velocidad aumenta por efecto de una reduccin hidrulica en su cauce. Este efecto es particularmente importante en puentes.

SOCAVACION EN CURVASSe entiende por socavacin en curvas aquella que se produce por el aumento de la velocidad de los filetes lquidos que se desplazan hacia la parte externa de una curva. Como consecuencia de la mayor capacidad de arrastre de slidos hacia la parte externa que interna de una curva, la profundidad de erosin es mayor en la parte del cauce exterior a la curva que en la interior.

EROSION EN MARGENESEs la erosin que las aguas de una corriente producen en los materiales trreos deleznables o solubles que formen sus orillas. El efecto es especialmente severo en crecientes, por el aumento del poder erosivo de la corriente a causa de su mayor velocidad.

EROSION ALREDEDOR DE PILARESSe refiere a la socavacin local que se produce en la vecindad de pilares de puentes cuando los cambios en las condiciones hidrulicas de la corriente motivados por la presencia del pilar dan lugar a que la capacidad de arrastre supere localmente al aporte de caudal slido.

EROSION ALREDEDOR DE PILARESLos parmetros que influyen en la socavacin local alrededor de pilares de puentes son los siguientes:Parmetros hidrulicos:Velocidad media de la corrienteTirante de agua frente al pilarDistribucin de velocidades de la corrienteDireccin de la corriente respecto al eje del pilarParmetros del fondo:Dimetro de las partculasDistribucin granulomtrica del material del fondoForma de las partculas slidasGrado de cohesin o cementacinPeso especfico sumergido del material slidoEstratificacin del subsueloEROSION ALREDEDOR DE PILARESParmetros geomtricos del pilar:Ancho del pilarRelacin largo anchoPerfil de la seccin horizontal del pilar (seccin en planta)Parmetros de ubicacin del puente:Contraccin en la seccinForma del ro en plantaObras de control de la descarga que se haya construido aguas arriba o aguas abajo.CLCULOS DE SOCAVACIN GENERAL EN SUELOS NO COHESIVOSLos clculos de socavacin general se pueden efectuar considerando el procedimiento planteado por Lischtvan-Lebediev, el cual se encuentra descrito de manera detallada en el Tomo III del libro de Mecnica de Suelos de Jurez Badillo y Rico Rodrguez, Noriega Limusa Editores, 1994, pginas 366-378.En el anlisis de la socavacin general mediante este mtodo se hace uso de las siguientes variables definidas:

CLCULOS DE SOCAVACIN GENERAL EN SUELOS NO COHESIVOSQd: caudal mximo de avenidas correspondiente a un periodo de retorno seleccionado. Be: ancho superficial del ro o curso natural en la seccin en estudio. Al ancho total debe descontarse el ancho efectivo de los pilares.Hm: tirante medio de la seccin, el cual se obtiene dividiendo el rea hidrulica entre el ancho efectivo, Be.: coeficiente de contraccin, que toma en cuenta el efecto de la presencia de pilares y estribos, cuando hay un puente localizado en el tramo en anlisis. Si se considera que el efecto de contraccin es despreciable o no hay obstculos en el cauce, el coeficiente que se adopta es = 1. Los valores de a adoptar se indican en la tabla siguiente:CLCULOS DE SOCAVACIN GENERAL EN SUELOS NO COHESIVOS

: coeficiente dado por la siguiente ecuacin:

donde todos los trminos tiene el significado ya sealado.CLCULOS DE SOCAVACIN GENERAL EN SUELOS NO COHESIVOSHo: profundidad mxima de la seccin antes de la erosin., beta: el coeficiente se obtiene de la tabla A-3.2 de la referencia antes sealada. es funcin de la probabilidad anual (en %) de que se presente el gasto o caudal de diseo.

CLCULOS DE SOCAVACIN GENERAL EN SUELOS NO COHESIVOSdm: dimetro medio (en mm) de los granos del fondo. x: exponente variable que depende del dimetro del material y que se encuentra en la tabla A-3.3 de la referencia anteriormente sealada.

CLCULOS DE SOCAVACIN GENERAL EN SUELOS NO COHESIVOSHs: profundidad socavadaSegn el planteamiento de Lischtvan-Lebediev, la erosin se detendr cuando a una profundidad alcanzada, el valor Vr de la velocidad de la corriente capaz de producir arrastre llega a ser igual al valor Ve correspondiente a la velocidad que se necesita para que el fondo se degrade (erosione).Las expresiones de Ve y Vr son las siguientes:

La profundidad de socavacin se deduce aplicando la condicin de equilibrio, esto es: vr = ve

CLCULOS DE SOCAVACIN GENERAL EN SUELOS NO COHESIVOSDe la expresin anterior se despeja Hs y con ello se deduce la profundidad de socavacin: Prof. de socav. = Hs HoLa imagen adjunta muestra el proceso de clculo seguido haciendo uso de una hoja excel.

CLCULOS DE EROSION ALREDEDOR DE PILARES METODO DE LAURSEN Y TOCHDe acuerdo con este mtodo, cuando la mayor dimensin transversal del pilar est alineado con el flujo, la socavacin puede calcularse con la expresin:So = K1 K2 bdonde:So profundidad de socavacin, medida desde el fondoK1 coeficiente que depende de la relacin tirante de agua entre ancho del pilar (H/b) (ver grfico)K2 coeficiente que depende de la forma del extremo del pilar que da frente a la corriente incidenteb ancho del pilarCLCULOS DE EROSION ALREDEDOR DE PILARES

Cuando la corriente incide oblicuamente y forma un ngulo con el eje del pilar, la socavacin puede determinarse con la expresin:So = K1 K3 bdonde K3 depende del ngulo y de la relacin longitud del pilar (a) entre ancho del pilar (b) (ver grfico)CLCULOS DE EROSION ALREDEDOR DE PILARES

Coeficiente K2CLCULOS DE EROSION ALREDEDOR DE PILARES

CLCULOS DE EROSION ALREDEDOR DE PILARES CLCULOS DE EROSION ALREDEDOR DE PILARES CLCULOS DE EROSION ALREDEDOR DE PILARES CLCULOS DE EROSION ALREDEDOR DE PILARES

CLCULOS DE EROSION ALREDEDOR DE PILARES

CLCULOS DE EROSION ALREDEDOR DE PILARES CLCULOS DE EROSION ALREDEDOR DE PILARES CLCULOS DE EROSION ALREDEDOR DE PILARES CLCULOS DE EROSION ALREDEDOR DE PILARES

Tabla de Valores de KfTabla de Valores de K CLCULOS DE EROSION ALREDEDOR DE PILARES CLCULOS DE EROSION ALREDEDOR DE PILARES CLCULOS DE EROSION ALREDEDOR DE PILARES CLCULOS DE EROSION ALREDEDOR DE PILARES CLCULOS DE EROSION ALREDEDOR DE PILARES CLCULOS DE EROSION ALREDEDOR DE PILARES CLCULOS DE EROSION ALREDEDOR DE PILARESEn este mtodo se establece como lmites:ds 2.4a para Fr 0.8ds 3.0a para Fr > 0.8SOCAVACION LOCAL EN ESTRIBOS

Es anloga a la erosin local en pilares. Se la distingue por algunas diferencias en los mtodos tericos y experimentales de evaluacin CLCULOS DE SOCAVACION AL PIE DE ESTRIBOSMETODO DE LIU, CHANG Y SKINNEREste mtodo se basa en las siguientes hiptesis:La socavacin se produce en un lecho mvilLos estribos se proyectan dentro del cauce principal, tal como lo muestra la figuraNo existe flujo sobre las bancas del cauce de inundacinEl largo del estribo (ver figura) es menor que 25 veces la profundidad media del agua (L/h < 25)El flujo es subcrticoEl Lecho del cauce es arenosoLas ecuaciones deben ser ajustadas por un factor de correccin K para considerar el efecto del ngulo de incidencia del flujo.

CLCULOS DE SOCAVACION AL PIE DE ESTRIBOS CLCULOS DE SOCAVACION AL PIE DE ESTRIBOS CLCULOS DE SOCAVACION AL PIE DE ESTRIBOS

CLCULOS DE SOCAVACION AL PIE DE ESTRIBOSMETODO DE LAURSENEste mtodo se basa en las siguientes hiptesis:Los estribos se proyectan dentro del cauce principal y tienen pared verticalNo existe flujo sobre las bancas del cauce de inundacin.El largo del estribo es menor que 25 veces la profundidad media del agua (L/h < 25)Las ecuaciones dan profundidades de socavacin mximas e incluyen el efecto de la socavacin por contraccin, por lo que no se requiere incluir el efecto de la contraccin del cauce para obtener la socavacin totalSe recomienda considerar un valor mximos de ds/h igual a 4.0.Las ecuaciones dadas por Laursen deben resolverse por tanteos.Las ecuaciones deben ser ajustadas por un factor de correccin K para considerar el efecto del ngulo de incidencia del flujo. CLCULOS DE SOCAVACION AL PIE DE ESTRIBOSdonde:h - profundidad media del flujo aguas arriba en el cauce principalL - longitud del estribo y accesos al puente que se opone al paso del aguaLa ecuacin se aplica a estribos con pared vertical. La profundidad de socavacin resultante deben afectarse por un factor de correccin Kf para tener en cuenta el efecto de otras formas:Kf = 0.9 para estribos con aleros inclinados a 45Kf = 0.8 para estribos con pared inclinada hacia el cauce CLCULOS DE SOCAVACION AL PIE DE ESTRIBOSMETODO DE FROELICHds - profundidad de socavacin, en mhe - profundidad media del flujo (profundidad hidrulica) en la zona de inundacin obstruida por el estribo aguas arriba del puente, en mKf - coeficiente que depende de la forma del estribo

CLCULOS DE SOCAVACION AL PIE DE ESTRIBOS

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