Diapositivas Socavacion Local

7/23/2019 Diapositivas Socavacion Local

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SOCAVACION LOCAL

Es la que ocurre cuando existe un obstáculo en la traydel flujo, el cual induce la formación de vórtices que prov

disminución de la elevación del fondo alrededor del obstácu



S O C A

V A C I O N L

O C A

L

E

N P

I L A R E S

Método de Laursen y Toch

Método de Neill

Método de Larras

Método de Arunachalam

Método de Carsten

Método de Maza - Sanchez

Método de Breusers Nicollet yShen

Método de Mel!ille y Sutherland

Método de "roehlich

Método de la #ni!ersidad Estatal

de Colorado $CS#%



Método de Laursen y Toch

(1953,1956

Este método &ue desarrollado en el Instituto de 'idr(ulica de Iose desarroll* +a,o condiciones de trans-orte continuo de sedime

El método es a-lica+le -ara suelos arenosos no est( claro -uede a-licar -ara .ra!as/

a Caso de! "!u#o de a$ua %ara!e!o

a! e#e &ayor de! %'!ar

Caso de "!u#o de a$ua con

ata*ue a! e#e de &ayor d'&ens'+

Profundidad de socavación local medida a partir del fondo de cauce (m)

kf !oeficiente que depende de la forma de la nari" del pilar (#i$ura %& ')

k$ !oeficiente que depende de la relación sa (#i$ura %& *)

s Profundidad de a$ua despu+s de producida la socavación por contracción (m)

a nc-o del pilar (m)

!oeficiente que depende del án$ulo de ataque del flujo y de la $eometra del pilar (#i$ura %& /)



FIGURA Nº 1: Coeficiente. Método de

Laursen y Toch. f

FIGURA Nº !: Coeficiente. Método de Laursen y

FIGURA Nº #: Coeficiente. Método de Laursen



Método de Ne'!! (196-

0a ecuación resultante del ajuste de datos experimentales obtenidos por 0au

para socavación en pilares circulares y rectan$ulares.

2onde

ys Profundidad de socavación medida a partir del fondo de cauce (m)

a3 nc-o proyectado del pilar (m)

- Profundidad del flujo a$uas arriba del pilar (m)

4e considera que esta ecuación proporciona la máxima profundidad de socavación que se esperavelocidad.

Para pilares de nari" redondeada, el coeficiente puede ser '.* en ve" de '.5 en la ecuación anterior.



Método de Larras (1963

0arras propone una ecuación teórica 6 práctica deducida a partir de mediciones

en varios puentes, despu+s de -aberse producido la avenida. 0arras se concenprofundidad de socavación para condiciones próximas a la velocidad crtica desedimentos.

#actor de corrección por forma del pilar (1abla %& ')

#actor de corrección por el án$ulo de ataque de la corriente (1abla %& *)



170 %& ' #actor de corrección 8f por forma del pilar.9+todos de 0arras y 9elville y 4ut-erland 170 %& * #actor de corrección p

del flujo. 9+todo de 0



Método de Arunacha!a& (1965, 196.

runac-alam reali"ó una modificación de la ecuación de En$lis 6 Poona (':si$uiente expresión, (7reusers, . %. !., %icollet, =. y 4-en, . >., ':??)

2onde

ys Profundidad de socavación medida a partir del fondo de cauce (m)

a anc-o del pilar (m).q caudal unitario a$uas arriba del puente (m/s@m)



Método de Carsten (1966

!arsten propuso la si$uiente expresión para condiciones de socavación en lec-o

2onde

%Amero de sedimentos. Peso especfico relativo2 tamaBo del sedimento.

a anc-o del pilar (m)0a ecuación puede usarse en cualquier sistema de unidades compatibles y e'n/o!ucra e! e"ecto de! ta&a0o de! sed'&ento.



Método de Maa2S)nche (196

Es un m+todo aplicable para lec-os cubiertos por arena y $rava. El m+todo se bacurvas elaboradas a partir de resultados experimentales de laboratorio efectuadasCnvesti$ación de la #acultad de Cn$eniera de la D%9 en 9+xico

0os parámetros que intervienen en el m+todo son profundidad de flujo, anc-o del

#roude y el án$ulo de ataque del flujo sobre la estructura. El diámetro de las parten cuenta. continuación se detalla los pasos a se$uir mediante este m+todo



12 !álculo del cuadrado del nAmero de #roude de la corriente, #r *

2onde

Profundidad del a$ua -acia a$uas arriba del pilar antes de la socavación local.

velocidad media de la corriente frente al pilar.

42 Evaluación del factor f c que considera el án$ulo de ataque de la corriente

170 %& / #actor de corrección f c. 9+todo de 9a"a@4ánc-e"

0º 15º 30º 45ºf c 1/2 1/34 1/5

21/54

0º 15º 30º 45ºf c 1/2 1/34 1/5

21/54

4i el pilar se encuentra ses$ado con respecto al flujo y #r *FG.GH, f cI'.G.

4i el pilar se encuentra ses$ado con respecto al flujo y #r *JG.GH, se trabaja con la si$uiente e



32 !alculo de la relación sa3

a6 7 Ancho del -ilar -royectado so+re un -lano normal a la direcci*n de la corr

-2 4elección de la curva a usar dependiendo de la forma del pilar, #i$ura %& 5,H, o ?.

52 !alculo de la profundidad de 4ocavación

!on el nAmero de #roude corre$ido se$An sea el caso, se in$resa en las abscisas de -asta interpolar la curva de sa3 y se lee en las ordenadas el valor de 1a3 del cual se de

1 profundidad de la sección socavada desde el nivel de la superficie de flujo

Ks profundidad de socavación media medida desde el fondo de cauce.



#C=DLsocavac



#C=DL %& H socavación local en



#C=DL %& ? !álculosocavación local en un

elon$ado.



Método de reusers, N'co!!et y Shen (19..

. %. !. 7reusers, en ':H5, propone una sencilla ecuación basada en estudiosondeo en corrientes, en la que la profundidad de socavación depende Anicamen

pilar.

En la d+cada de los setenta 7reusers, %icollet y 4-en propusieron lo si$uiente, (':<;)

ys profundidad máxima de socavación medida desde el nivel medio del lec-o (a anc-o del pilar (m) velocidad media de flujoc velocidad critica para inicio de movimiento de partculas de fondo- profundidad de a$ua án$ulo de ataque

l lon$itud de pilar



f1:

f2:

f3:

'.GG para pilares circulares o de nari" circular, G.?5 para pilares de forma -idrodinámicrectan$ulares.

f4: se obtiene de la fi$ura /.



Método de Me!/'!!e y Suther!and (19

El m+todo fue desarrollado en la Dniversidad de uckland (%ueva Melanda) y curvas envolventes a datos experimentales obtenidos en su mayora de ensayos

toma en cuenta la influencia de parámetros como caudal, sedimentos del lec-del pilar, en la obtención de la socavación.que el m+todo adolece de problemas relacionados con el uso conjunto de corrección por án$ulo de ataque y por la forma del pilar y por la manera comoefecto de la velocidad del flujo y del tamaBo de los sedimentos



#actor de corrección por intensidad de flujo #actor de corrección por profundidad de flujo #actor de corrección por tamaBo del sedimento #actor de corrección por $radación del sedimento #actor de corrección por forma del pilar #actor de corrección por án$ulo de ataque del flujo

2onde

El +t d t l fi < i d l i i t á t



El m+todo se presenta en la fi$ura < y requiere de los si$uientes parámetros

velocidad de flujo- profundidad de flujo 2esviación estándar de los sedimentos2 diámetro de la partcula del sedimentoc velocidad critica

a velocidad de acora"amiento.

#C=DL %& < 2ia$rama de flujo para determinar laprofundidad de socavación local



continuación en la #i$ura %dia$rama de flujo que permitevelocidad de acora"amiento

demás



Método de roeh!'ch (1991

Dna ecuación desarrollada por el 2r. 2avid #roe-lic- es usada por el pro$rama E!como una alternativa a la ecuación de la Dniversidad Estatal de !olorado (!4D).

8f #actor de corrección por forma del pilar. 1abla %& 5.

a3 nc-o proyectado del pilar con relación al án$ulo de ataque del flujo (m)

a nc-o del pilar adicionado como un factor de se$uridad (m)

- Profundidad de flujo a$uas arriba del pilar (m)

#r r %umero de #roude en la sección a$uas arriba del pilar25G 2iámetro de la partcula del lec-o

Para pilares con nari" de forma circular alineadas con el flujo, se tiene



Método de !a 7n'/ers'dad 8stata! de Co!orado (CS7

Existe una ecuación desarrollada por la Dniversidad Estatal de !olorado (!4D) para el cálclocal en pilares tanto en a$ua clara como en lec-o móvil. Esta ecuación fue desarrollada dimensional de los parámetros que afectan la socavación y análisis de datos de laboratori

usado en los Estados Dnidos de m+rica (E!@'<, '::/, '::5) y es una de las dos que uL4 ('::<).

1ambi+n denominado 8' es el factor que toma en cuenta la forma del pilar. 1abla %& GH.

1ambi+n denominado 8* es el factor que toma en cuenta el án$ulo de ataque del flujo. 1abla %& G?. 1ambi+n denominado 8/ es el factor que toma en cuenta la forma del lec-o. 1abla %& G<, usualmente i$ual

a '.'G.

1ambi+n denominado 8; es el factor que toma el acora"amiento del sedimento del lec-o (1abla %& G:).

Este factor fue introducido posteriormente en la versión corre$ida de E!@'< ('::/) publicada en '::5. nc-o del pilar (m). 0on$itud del pilar (m)

%Amero de #roude en la sección a$uas arriba del pilar i$ual a

V elocidad media del flujo directamente a$uas arriba del pilar



Forma de la pila Kf Nariz cuadrada 1/1Nariz redonda 1/2

Cinlindrica 1/2unta a!uda 2/8

"rupo decilindro#

1/2

1abla %&H #actor de corrección por la forma del pilar 8f.9+todo !4D

$n!ulo deata%ue

&'a(4 &'a() &'a(1*

0 1/2 1/2 1/215 1/4 3/2 3/430 3/2 3/94 :/445 3/: :/: 5/:+0 3/4 :/8 4/2

1abla %&? #actor de corrección por el án$ulo de ataquedel flujo . 9+todo !4D



Condici,n dellecho

$ltura de laduna .pie#/

Kc

Socaaci,n ena!ua clara

N;A 1/1

&echo plano altiduna#

N;A 1/1

2una# pe%uea# 3<'<12 1/12una# mediana# 12<'<:2 1/1=1/3

2una# !rande# :2<' 1/:

1abla %&< #actor de corrección por la forma del lec-o 8c.9+todo de !4D

250*mm o 2+5*0

mm

Ka(10

2506*mm o 2+56*0mm

>a ?

250*mm o 2+5*0

mm

Ka(10

2506*mm o 2+56*0mm



S O C A V A C I O

N L

O C A L E N E

S T R I B O S

Método de Liu Chan. y S@inner

Método de Artamono!

Método de Laursen

Método de "roehlich

Método de Mel!ille

Método 'IRE



Método de L'u, Chan$ y S'nner

El m+todo se basa en una ecuación resultante de estudios de laboratorio y análireali"ada en ':H' y se aplica para las si$uientes condiciones que se ilustran en

#C=DL %& '* Estribos que se prolon$an -asta el cauceprincipal y no existe flujo en la "ona de inundación.



Con#ideracione#7

4ocavación en lec-o móvil.

Estribos que se proyectan dentro del cauce principal

El lar$o del estribo es menor que *5 veces la profundidad media del a$ua (0

#lujo subcrtico

0ec-o del cauce arenoso

0as ecuaciones deben ser ajustadas por un factor de corrección para cataque del flujo (Ecuación '*/).

0os valores de las profundidades de socavación deben ser incrementados presentan dunas en el cauce de aproximación al estribo.



Método de Arta&ono/

Este m+todo permite determinar no solamente la profundidad de socavación qupie de estribos sino tambi+n al pie de espolones o espi$ones

Porción de caudal que es interceptadopor la estructura al meterse dentro de lacorriente O' o O* (ver #i$ura %& '/).

1alud que tienen los lados del estribo(m'.G)

n$ulo entre el eje lon$itudinal delpuente y la corriente (Q).



: Profundidad del a$ua al pie del estribo o espi$ón medida desde la superficie libre d: !oeficiente que depende del án$ulo que forma la corriente con el eje lon$itudinal d%& 'G).: !oeficiente que depende de la relación entre el $asto teórico interceptado por el caudal total Od que escurre por la sección transversal. (er 1abla %& '')

: !oeficiente que depende del talud que tienen los lados del estribo (er 1abla %& '*: 1irante de a$ua en la "ona cercana al estribo o al espi$ón antes de la socavación.



8 *0º 90º +0º 1*0º 150º

2/5 2/85 1/22 1/29 1/18

8 *0º 90º +0º 1*0º 150º

2/5 2/85 1/22 1/29 1/18

1abla %&'G !oeficiente de corrección

1abla %&'' !oeficiente de corrección:1':

d01 0* 03 04 05 09 0; 0

K% 3/22 3/4 :/33 :/54 :/9 :/9 5/2 5/

1abla %&'* !oeficiente de corrección

<alud

m

00 05 10 15 *0 30

Km 1/22 2/81 2/4 2/: 2/1 2/42

0a si$uiente ecuación se usa cuando el puente no está ses$ado respecto al fpared de los estribos es vertical



Método de Laursen

0aursen propuso dos ecuaciones basándose en el ra"onamiento sobre el cambio de transporte debido a la aceleración del flujo causada por el estribo, una parlec-o móvil y otra para socavación en a$ua clara aplicables para las si$uientes co'<, '::/)

Estribos con pared vertical.

El lar$o del estribo es menor que *5 veces la profundidad media del a$ua (0-

0as ecuaciones dan profundidades de socavación máximas e incluyen losocavación por contracción, por lo que para estas ecuaciones no se debe inclucontracción del cauce para obtener la socavación total.

4e recomienda que las ecuaciones se apliquen para valores máximos de ys- i$

0as ecuaciones dadas por 0aursen se resuelven por tanteos.

0as ecuaciones deben ser ajustadas por un factor de corrección 8Q para considán$ulo de ataque del flujo.



$oca%aci&n en Lecho '&%i(:

$oca%aci&n en a"ua c(ara:

Profundidad media del flujo a$uas arriba en el cauce principal.

0on$itud del estribo y accesos al puente que se opone al paso del a$ua.

Esfuer"o cortante en el lec-o -acia a$uas arriba del estribo.

Esfuer"o cortante crtico para del material del lec-o D50 a$uas arriba.



Método de roeh!'ch

La ecuaci*n dada -or "roehlich est( +asada en an(lisis dimensional y ere.resi*n de la+oratorio -ara 192 mediciones de soca!aci*n en lecho m$188:% recomienda su uso -ara soca!aci*n tanto en lecho m*!il como e-ara estri+os ue se -royectan dentro del cauce -rinci-al o no y -ara Den el cauce -rinci-al o com+inado con Du,o so+re las onas de inundaci

$oca%aci&n en a"ua c(ara y en (echo '&%i(

0a ecuación de #roe-lic- que a continuación se expone es muy utili"ada en lo m+rica.



Método de Me!/'!!e

)stri*os cortos +L,h-

0as anteriores ecuaciones consideran que el án$ulo de ataque del flujo pierde importancia para el caso de estribos c )stri*os de Lon"itud inter'edia +hL!/h-

En este caso, la forma y la lon$itud del estribo, el án$ulo de ataque y la profundidad de flujo, tienen importancia socavación, tal como reflejan las si$uientes ecuaciones

)stri*os (ar"os +L0!/h-

.

Método ;I<8



Método ;I<8

E!@'< ('::/), incluye otra ecuación desarrollada a partir de datos del !ue9ilitares de los Estados Dnidos para la socavación que se produce enespi$ones o espolones construidos en el ro 9ississippi. 0a ecuación CLaplicable cuando el estribo penetra en el cauce principal.

: Profundidad de socavación (m): Profundidad media del flujo al pie del estribo en el cauce principal, considerando la sección trana$uas arriba del puente (m)

: %Amero de #roude basado en la velocidad y profundidad al pie justo a$uas arriba del estribo.

: #actor de corrección por forma del estribo

: #actor de corrección por án$ulo de ataque del flujo

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