Unidad 3 - Socavacion Local-Hidraulica Fluvial

 

UNIVERSIDAD NACIONAL SANTIAGO ANTUNEZ DE MAYOLO FACULTAD DE CIENCIAS AGRARIAS  ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA AGRÍCOLA

TEMA: SOCAVACION LOCAL

ASIGNATURA: HIDRAULICA FLUVIAL

DOCENTE: Ing. FIDEL GREGORIO Aparicio

INTEGRANTES: CUBOS ESPARZA ROSIVED

Huaraz, Perú 2022

HIDRAULICA HIDRAULIC A FLUVIAL

Socavación local

 

INDICE  SOCAVACIÓN LOCAL ................................................. ..................................................................................................... ............................................................... ........... 3 1.0

Métodos de Socavación local en estribos ........................................................................... ............................................... ............................ 5

BIBLIOGRAFIA .......................................................................................................................... 26

HIDRAULICA HIDRAULIC A FLUVIAL

Socavación local

 

SOCAVACIÓN LOCAL MTC (2010) refiere a la remoción del material que circunda pilas, estribos, diques oterraplenes oterraplenes de acceso a un puente. Está causada por el cambio de dirección de las líneas de corriente, co rriente, la turbulencia, la aceleración del flujo y los vórtices rresultantes esultantes inducidos por la obstrucción al flujo. Es causada por el cambio de dirección de las líneas de corriente, la turbulencia, la aceleración del flujo y los vórtices resultante resultantess inducidos por la obstrucción al flujo.

Apaclla (2014) define como, Se presenta al pie de las estructuras interpuestas a las corrientes, sumergidas o que emergen de la superficie del agua, como resultado de la deflexión de las líneas de flujo, la turbulencia y la verticidad  provocada por la presencia del obstáculo. Como ejemplo, se tienen los pilares, estribos, espigones, etcétera. Esta clase de oposición puede manifestarse en dos tipos de estructuras: en las rodeadas por el flujo, como es el caso de los pilares de un puente, y en estructuras pegadas a la margen, como en el caso de estribos y espigones. (p.170)

HIDRAULICA HIDRAULIC A FLUVIAL

Socavación local

 

Imagen 1: Socavación en estructuras rodeadas por el flujo

Imagen 2: Socavación en estructuras pegadas a la margen

HIDRAULICA HIDRAULIC A FLUVIAL

Socavación local

 

1.0 Métodos de de Socavación local en estribos 1.1  Método de Liu, Chang y Skinner (1961) El método se basa en una ecuación resultante de estudios de laboratorio y análisis dimensional realizado en 1961 y se aplica para las siguientes condiciones.

Figura 1  Estribos que se prolongan hasta el cauce principal y no existe flujo en la zona de inundación

 Fuente: HEC-18, 1993 . 

Socavación en lecho móvil. Estribos que se proyectan dentro del cauce principal.  No existe flujo sobre las bancas del cauce de inundación inunda ción El largo del estribo es menor que 25 veces la profundidad media del agua (L/h < 25) Flujo subcrítico HIDRAULICA HIDRAULIC A FLUVIAL

Socavación local

 

Lecho del cauce arenoso Las ecuaciones deben ser ajustadas por un factor de corrección Ke para considerar el efecto del ángulo del ataque del flujo. Los valores de las profundidades de socavación deben ser incrementados en un 30% cuando se presentan dunas en el cauce de aproximación al estribo. Si existe lecho plano o lecho con antidunas, las ecuaciones deben aplicarse tal como se exponen a menos que las antidunas ocurran en el estribo, caso para el cual la  profundidad de socavación soca vación debe incrementarse en un 20 %.

ℎ =  (ℎ). .

 

Donde:  Fr = Numero de Fraude en la sección sec ción de aguas arriba,

 =  

 

d S     = Profundidad de socavación de equilibrio medida desde el nivel medio del lecho S =

hasta el fondo del hueco de socavación. (m) h = Profundidad media del flujo aguas arriba en el cauce principal. (m)  L = Longitud del estribo y accesos al puente que se opone al paso del agua. (m)

 = Velocidad media del flujo aguas arriba. (m/s) V  =  K  f   = Coeficiente de corrección por la forma del estribo.  K  f   = para estribos con pared inclinada hacia el cauce.  K  f   = para estribos con pared vertical.

HIDRAULICA HIDRAULIC A FLUVIAL

Socavación local

 

a.  Método de Artamonov (1956). Artamonov, según Maza (1967). define una ecuación independiente del tipo de sedimento  presente en el lecho del cauce. Este método permite determinar no solamente la profundidad de socavación al pie de estribos sino también al pie de espigones. Depende de los siguientes factores: Porción del caudal que es interceptado por la estructura al meterse dentro de la corriente Q1 = Q0  ( Figura 3). Talud que tienen los lados del estribo ( mH:1.0V). Ángulo entre el eje longitudinal de la obra y la corriente (Ø). F ig igura ura 2  Esquema de definición para aplicar el Método de Artamanov

 Fuente: Artamanov (1956)

HIDRAULICA HIDRAULIC A FLUVIAL

Socavación local

 

Figura 3  Intersección del flujo por los estribos. Método Método de Artamonov

 Fuente: Juárez Badillo, E. y Rico Rodríguez, A. (1992).

 =  ∗ ∅ ∗  ∗ 

 

Donde:

 =

Profundidad de socavación al pie del estribo medida desde la superficie libre de la corriente. 

 =

Tirante normal, anterior al proceso erosivo, aguas arriba del estribo.  

 =

Coeficiente dependiente de la relación entre el caudal que intercepta A partir del estribo

∅ =

  

y el caudal de diseño



 

∅

Coeficiente que depende del ángulo de incidencia  

HIDRAULICA HIDRAULIC A FLUVIAL

Socavación local

 

 =

Coeficiente que depende de la inclinación de los lados del estribo, m es el talud del

estribo.

Figura 4 Coeficientes de Artamonov para determinar la Profundidad de socavación

 Fuente: Artamanov (1956)

HIDRAULICA HIDRAULIC A FLUVIAL

Socavación local

 

T ab abla la 1 Coeficiente de corrección

∅ ∅

   

 ∅

 

20°

60°

90°

120°

150°

0.84

0.94

1.00

1.07

1.19

 Fuente: Juárez B., E. y Rico R., A. (1992).

T ab abla la 2 Coeficiente de corrección

⁄ 

 

 

 

 

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

2.00

2.65

3.22

3.45

3.67

3.87

4.06

4.20

 Fuente: Juárez B., E. y Rico R., A. (1992).

T ab abla la 3 Coeficiente de corrección

  

 

 

 

 

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

3.0

1.00

0.91

0.85

0.83

0.61

0.50

 Fuente: Juárez B., E. y Rico R., A. (1992).

HIDRAULICA HIDRAULIC A FLUVIAL

Socavación local

 

1.2  Método de Laursen (1958) Laursen en 1958 propuso un método para la determinación de la profundidad de socavación al  pie de los estribos, siguiendo procesos análogos a nálogos a los utilizados en la determinación de socavación en pilares.

 =∗ ∗  ∗ ( ∗∗)

 

Donde:

 =

Caudal interceptado por el estribo en el cauce de avenidas.

=



Ancho del foso de socavación, medida desde el límite del cauce principal C= 2,75 , según Laursen.

 =  =  =

Caudal correspondiente a la franja de ancho medida desde el mismo límite. Tirante normal, aguas arriba del estribo. Coeficiente que depende del ángulo de incidencia.

La Figura 6 muestra la relación básica de diseño en el caso de un· estribo que



intercepta la corriente sobre el cauce principal. La longitud efectiva del estribo  , es igual al ancho del cauce interceptado por el estribo L. Cuando el estribo no es

 perpendicular a la dirección de la corriente, Laursen multiplica la profundidad profundid ad de socavación por el coeficiente

HIDRAULICA HIDRAULIC A FLUVIAL

 

obtenido de la Figura 7 obtenido

Socavación local

 

Figura 5  Máxima profundidad de socavación en un estribo sobre el área de inundación

 Fuente: Laursen (1958)

Figura 6  Máxima profundidad de socavación en un estribo sobre el cauce principal

 Fuente: Laursen (1958)

HIDRAULICA HIDRAULIC A FLUVIAL

Socavación local

 

Figura 7  Efecto del ángulo de incidencia en la profundidad de socavación

 Fuente: Laursen (1958)

1.3  Metodo de Froehlich (1989) Froehlich analizó 170 profundidades de socavaciones en lecho móvil en canal artificial de laboratorio para proponer la siguiente ecuación, en la cual se recomienda el HEC-18 (1993)2

Socavación en agua clara y en lecho movil

.     =  ∗2.77∗ ∗  ∗ () .  1

 

Donde:

 =  =  =  = =

Coeficiente que depende de la forma del estribo (ver cuadro 1 ). Coeficiente del ángulo de ataque del flujo, igual a (ver Fig. 8 ).

Longitud del estribo proyectado normalmente al flujo.

HIDRAULICA HIDRAULIC A FLUVIAL

Socavación local

 

 =    =

Profundidad de socavación.

= Tirante normal del flujo.

 Número de Froude del flujo de aproximación. aprox imación.

Coeficiente según forma del estribo: Cuadro 1 Coeficiente según forma del estribo

DESCRIPICION

K1

Estribo de pared vertical sin alas

1

Estribo de pared vertical con alas

0.82

Estribo de pared vertical con alas

0.55

 Fuente: Froehlich (1989)

.     = (90)

 

θ = Ángulo de inclinación del estribo. θ< 90° si el estribo está inclinado hacia aguas abajo   θ> 90° si el estribo está inclinado hacia aguas arriba  

HIDRAULICA HIDRAULIC A FLUVIAL

Socavación local

 

Figura 8 Coeficiente del ángulo de ataque

 Fuente: Froehlich (1989)

Figura 9  Formas de estribos

 Fuente: Froehlich (1989)

HIDRAULICA HIDRAULIC A FLUVIAL

Socavación local

 

Socavación en agua clara

.   .      .    =  ∗2. 7 7∗ ∗  ∗ ()  () −.  1

 

Desviación estándar geométrica de material

 = Profundidad media

  =

 = /

.     = ()

 

 

área del flujo de la sección de aguas arriba obstruida por los estribos

1.4  Método de Melville (1997) Es el resultado de un programa extensivo de investigación de socavaciones de puentes tomadas en la Universidad de Auckland, Nueva Zelanda. Es un método integrado para la estimación de la  profundidad de la socavación socavac ión local de pilares y estribos de puentes, está basado en las relaciones relac iones empíricas, denominados Factores K. La profundidad de socavación máxima en equilibrio,  plantea calcular con la siguiente ecuación.

 =  ∗  ∗  ∗  ∗  ∗ 

 

Donde:

 =  =  =

Profundidad de socavación local. Factor de tirante medio del flujo y longitud del estribo.

 Factor de intensidad del flujo.



 Factor de tamaño del sedimento.

= HIDRAULICA HIDRAULIC A FLUVIAL

Socavación local

 

 =  =  =

Factor de forma del estribo.

 Factor de alineamiento del estribo.

Factor de geometría del cauce.

Esta ecuación es aplicable para determinar la profundidad de socavación local y es restringida  para puentes con efectos efecto s de contracción en el cauce del río.

 

F acto actorr de profundi prof undida dad dd del el ffluj lujo o y ttam amaño año de dell estr estrii bo

 

Para obtener las ecuaciones que permiten determinar el factor de profundidad de flujo y tamaño del estribo, Melville, empleó resultados de los estudios realizados por Kandasamy (1989), Dongol (1994) y otros; donde, Kandasamy concluyó que la profundidad de socavación depende del tamaño del estribo y del tirante del flujo para estribos intermedios. El factor



  ,, se determina con las siguientes ecuaciones.

 =2,.  < 1  = 2√ ,,.1