UNIVERSIDAD SEÑOR DE SIPÁNESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVILOBRAS HIDRÁULICAS

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INGENIERÍA CIVILOBRAS HIDRÁULICAS

SOCAVACIÓN

ÍNDICE:

1. Socavación generala) Calculo de la socavación, ds, para suelos homogéneos.b) Calculo de la socavación, ds, para suelos heterogéneos.

2. Socavación transversal.3. Socavación en curvas4. Socavación local

a) Socavación local al pie de pilas del puente.b) Socavación local frente a espigos y estribones.

5. Erosión aguas debajo de grandes embalses6. Erosión producida por descarga de compuerta de fondo7. Socavación al pie de obras de descarga8. Socavación bajo tuberías

SOCAVACIÓN

En un rio, y asociada a las obras que en él se pueden construir se distinguirán siete tipos de socavación, ellas son: socavación general, transversal, en curvas, local a pie de estructuras interpuestas a la corriente, aguas debajo de grandes embalses, al pie de obras de descarga y bajo tuberías.

1. Socavación general

Para su cálculo se recomienda utilizar el método de Lischtvan – Lebediev, el cual está basado en determinar la condición de equilibrio entre la velocidad media de la corriente y la velocidad media del flujo que se requiere para erosionar un material de diámetro y densidad conocidos. Se aplica tanto si la distribución del material del subsuelo es homogénea, como si es heterogénea, es decir formando estratos de distintos materiales.

La condición de equilibrio esta dado por:

U c=U r

Donde:

U c: Velocidad media que debe tener la corriente para erosionar al material de fondo (inicio de arrastre), en m/s.

U r: Velocidad media real de la corriente, en m/s.

a) Calculo de la socavación, d s, para suelos homogéneos.

Conocido el tipo de suelo que existe en el sitio y suponiendo que la rugosidad es constante en toda la sección, la profundidad hasta la que llegara la socavación se obtiene al igualar los valores U c y U r.

Para suelos granulares:

St=( ∝d53

0.68Dm0.28 β )

1(1+x )

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Para suelos cohesivos:

St=( ∝d53

0.60 γs1.18 β )

1(1+ x )

α=Qd

Dm

53 βe μ

Donde:

ST : Profundidad después de producirse la socavación del fondo. Se mide desde el nivel de agua de máxima avenida hasta el nivel de fondo erosionado, en m.α : Coeficiente que se deduce con la formula indicada.Qd: Gasto máximo de diseño, en m3/s.

Dm: Diámetro medio de la partícula.

dm: Tirante medio de la sección, en m.

βe: Ancho efectivo de la sección, en m.

μ: Coeficiente de contracción por pilares en el puente. (Tabla 1.1).β: Coeficiente según el periodo de retorno del gasto de diseño. (Tabla 1.2).γ s: Peso volumétrico del material, en kg/m3.

x: Exponente variable. (Tabla 1.3).d : Profundidad inicial en el punto de la sección media entre el nivel de agua de avenida y de estiaje, en m.S: Profundidad de socavación, en m.

b) Calculo de la socavación, d s, para suelos heterogéneos.

Cuando la distribución de los materiales en el subsuelo es heterogénea, es posible encontrar la profundidad de erosión en cada vertical, mediante el método por tanteos o por un método semigráfico.

Método por tanteos:

Si se cuenta con la distribución estratigráfica de los materiales bajo una vertical, se escoge el manto superior y, de acuerdo con la naturaleza del material, se aplica una de las formulas anteriores.

2. Socavación transversal.

Para tener una idea bastante aproximada del valor de la socavación transversal se puede utilizar la formula de Straub.

d2=( β1β2 )0.642

d1

El subíndice 2 es para la sección reducida y el 1 para los valores en una sección inalterada localizada aguas arriba.

3. Socavación en curvas

Si se carece del perfil de estiaje, la máxima profundidad se calcula a partir del conocimiento de las características de la curva en planta, radio de curvatura r, medido al centro del cauce, y un ancho de superficie libre B. la profundidad máxima, dmax, que puede llegar a presentarse vale, según Altunin.

dmax=ε dr

Donde:

ε : Coeficiente que depende de la relación rB

y cuyo valor se encuentra en la tabla N°

01.

dr: Profundidad máxima en el tramo recto situados aguas arriba de la curva, en m.

4. Socavación local

La erosión local que interesa conocer, es por un lado, aquella que se produce al pie de obstáculos rodeados por la corriente, y por otro aquella producida por obstáculos que solo desvían la corriente, pero que están ligadas a la orilla. (Figura N° 01).

a) Socavación local al pie de pilas del puente.

El método que se recomienda utilizar es el propuesto por Maza – Sánchez mediante el uso de la grafica (Figura N° 02).

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En ellas es posible encontrar la socavación local en función de la relación ancho de pila y tirante, y el número de Froude al cuadro de la corriente.

b) Socavación local frente a espigos y estribones.

Para evaluarla se recomienda el método de Artamonov, que propone la expresión:

ST=Pα PqPkd0

Donde:

ST : Profundidad máxima de la socavación desde la superficie libre del agua, en m.

Pα: Coeficiente que depende de su valor α , los valores se encuentran en la tabla N° 02.

α : Angulo que forma el eje del espigón con la corriente.

Pq: Coeficiente que depende de la relación

Q1Q

, cuyos valores se consignan en el

cuadro N° 03.

Q1: Gasto que teóricamente podría pasar por el lugar ocupado por el estribo si este no existiera.

Q: Gasto total que escurre por el rio.

Pk: Coeficiente que toma en cuenta el talud, k, que tiene los lados los estribos o espigón, su valor se obtiene del cuadro N° 04.

d0: Tirante inicial aguas arriba del estribo en una zona donde no hay socavación, en m.

5. Erosión aguas debajo de grandes embalses

El descenso del fondo del rio, aguas debajo de grandes embalses, que es producido por la reducción casi total del arrastre del material solido, se puede al conocer la pendiente critica que debe existir en el fondo para que no haya arrastre de material.

6. Erosión producida por descarga de compuerta de fondo

Tratándose de una compuerta colocada conforme la Figura N° 03 (a), en que la descarga es libre, con formación del salto hidráulico inmediatamente después de la salida y fondo erosionable, se puede determinar la profundidad de erosión, ver Figura N° 03 (b), mediante la curva de Valentini. Figura N° 03 (c).

7. Socavación al pie de obras de descarga

Las erosiones producidas por los saltos de ski y deflectores, conviene estudiarlas en modelos hidráulicos con fondo móvil, debido a que pocas veces el chorro es continuo y a que su forma y aire que atrapa varia grandemente de una obra a otra.

8. Socavación bajo tuberías

Para cruzar un rio las tuberías (como oleoductos y gaseoductos) pasan bajo el fondo del cauce. Al producirse la erosión general durante una avenida puede suceder que la tubería quede parcialmente descubierta. Si eso sucede, se produce una socavación local bajo la tubería cuyo valor puede estimarse con la figura N° 04 propuesta por Maza.

BIBLIOGRAFÍA / LINKOGRAFÍA

ING. ARBULÚ RAMOS, José. Ingeniería Fluvial. UNPRG. Lambayeque, 2004.

ING. ROCHA FELICES, Arturo. Introducción a la hidráulica fluvial. UNI. Lima 1998.

INTERNET: artículos de Socavación.

ALUMNO:Patazca Rojas Pedro

DOCENTE:Msc. Ing. Arbulú Ramos José.

Pimentel, noviembre del 2011

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