SOCAVACION DE RIOS

UNIVERSIDAD NACIONAL FEDERICO VILLAREAL

FACULTAD DE INGENIERÍA GEOGRÁFICA, AMBIENTAL Y ECOTURISMO

Escuela de Ingeniería Ambiental

Curso: Hidrología I

Profesor: Dr. Walter, Gómez Lora

Alumno:

Velarde Vallejo, Carlos

Ciclo:VII

Aula:B3-2

2013Lima - Perú

“Año de la Inversión en el Desarrollo Rural y Seguridad Alimentaria”

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Índice de Contenido

I. INTRODUCCIÓN.............................................................................................................................5

II. OBJETIVOS......................................................................................................................................6

2.1. GENERALES............................................................................................................................6

2.2. ESPECÍFICOS..........................................................................................................................6

III. MARCO TEÓRICO......................................................................................................................6

3.1. DEFINICIÓN............................................................................................................................6

3.2. TIPO DE SOCAVACIÓN.........................................................................................................7

3.2.1. Socavación a largo plazo...................................................................................................7

3.2.2. Socavación por migración lateral de la corriente..............................................................8

3.2.3. Socavación general..........................................................................................................10

a) Socavación por contracción.....................................................................................................10

b) Otras causas de socavación general.........................................................................................12

3.2.4. Socavación local..............................................................................................................12

a) Socavación local en pilas.........................................................................................................12

b) Socavación local en estribos....................................................................................................13

3.3. INSTRUMENTO DE LA SOCAVACIÓN.............................................................................13

3.3.1. Varillas medidoras...........................................................................................................13

3.3.2. Varillas enterradas...........................................................................................................14

3.3.3. Fatómetros.......................................................................................................................14

3.4. UTILIZACIÓN DE PROGRAMAS DE COMPUTADORA.................................................15

3.5. CÁLCULOS DE LA SOCAVACIÓN....................................................................................16

3.5.1. Socavación general del cause..........................................................................................16

a) Socavación general para suelos cohesivos en cauces definidos con rugosidad uniforme......16

b) Socavación general para suelos no cohesivos en cauces definidos con rugosidad uniforme .. . .19

c) Cálculo de la profundidad de la socavación en suelos homogéneos.......................................20

d) Cálculo de la profundidad de la socavación en suelos no homogéneos..................................21

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3.5.2. SOCAVACIÓN LOCAL EN LOS PILARES DE LOS PUENTES...............................21

a) Método de Laursen y Toch......................................................................................................21

b) Método de Yaroslavtziev.........................................................................................................23

3.5.3. Métodos para reducir la socavación................................................................................24

b) Protección contra la socavación al pie de estribos..................................................................25

IV. CONCLUSIONES.......................................................................................................................26

V. BIBLIOGRAFÍA.............................................................................................................................27

Índice de ilustraciones

Ilustración 1. Socavación a largo plazo...................................................................................................8Ilustración 2. Modelos de socavación por migración lateral de la corriente...........................................9Ilustración 3. Socavación por migración lateral de la corriente.............................................................10Ilustración 4. Socavación por contracción.............................................................................................11Ilustración 5. Socavación local en pilas..................................................................................................12Ilustración 6. Socavación local en estribos............................................................................................13Ilustración 7. Varillas enteradas............................................................................................................14Ilustración 8. Fátometro........................................................................................................................15Ilustración 9. Socavación general de suelos cohesivos..........................................................................18Ilustración 10. Tipos de protección contra socavación al pie de estribos..............................................25

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Índice de de tablasTabla 1...................................................................................................................................................17Tabla 2...................................................................................................................................................17Tabla 3...................................................................................................................................................19Tabla 4...................................................................................................................................................22Tabla 5...................................................................................................................................................23Tabla 6...................................................................................................................................................24Tabla 7...................................................................................................................................................25

Índice de ecuacionesEcuación 1.............................................................................................................................................16Ecuación 2.............................................................................................................................................18Ecuación 3.............................................................................................................................................18Ecuación 4.............................................................................................................................................19Ecuación 5.............................................................................................................................................20Ecuación 6.............................................................................................................................................20Ecuación 7.............................................................................................................................................20Ecuación 8.............................................................................................................................................22Ecuación 9.............................................................................................................................................23Ecuación 10...........................................................................................................................................23Ecuación 11...........................................................................................................................................24

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I. INTRODUCCIÓN

La socavación consiste en la profundización del nivel del fondo del cauce de una corriente causada por el aumento del nivel de agua en las avenidas, modificaciones en la morfología del cauce o por la construcción de estructuras en el cauce como puentes, espigones, etc.

La socavación comprende el levantamiento y transporte de los materiales del lecho del río en el momento de una avenida o creciente, o por la construcción de una obra dentro del cauce. Debe diferenciarse la socavación de la erosión no recuperable en el sentido de que después de que pase la avenida o se elimine la causa de la socavación en procesos posteriores, comúnmente se vuelven a depositar sedimentos en un proceso cíclico, y se puede recuperar el nivel del fondo del cauce. La socavación está controlada por las características hidráulicas del cauce, las propiedades de los sedimentos del fondo y la forma y localización de los elementos que la inducen.

La socavación se la relaciona con las fallas de las cimentaciones de puentes en todo el mundo, algunas de ellas catastróficas y con pérdidas de vidas humanas. Los puentes y otras estructuras representan una contracción del ancho del cauce y al presentarse un aumento en los caudales de la corriente, el aumento de la velocidad y la turbulencia en la contracción puede generar niveles de socavación de varios metros.

La mayoría de las fallas de puentes en el mundo es debida a la socavación (Richardson, 1999). El problema es tan delicado que la FHWA (1998) recomienda diseñar los puentes contra socavación para una inundación con periodo de retorno de 500 años, y en los Estados Unidos se realiza la inspección de puentes contra socavación cada dos años. La instrumentación de las pilas de los puentes como medida de control, es ya un proceso común en el manejo de puentes en los países desarrollados.

Sin embargo el estudio de la socavación es realmente nuevo y se inició con las investigaciones de E..M. Laursen en 1949, pero los procedimientos de diseños de estructuras contra socavación no se iniciaron hasta 1960 y fue hasta 1998 cuando se especificaron procedimientos unificados para el cálculo de socavación en los diseños de puentes por parte de la FHWA en los Estados Unidos.

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II. OBJETIVOS

II.1. GENERALES

Conocimientos sobre “socavación de ríos”, tipos de socavación, cálculos y efecto en obras hidráulicas.

II.2. ESPECÍFICOS

Conocer los principales factores que generan una socavación en ríos.

Identificar los diferentes tipos de socavación que se pueden producir en un rio.

Nociones preliminares (cálculos numéricos) para tener en cuenta al realizar una obra o estructura sobre un rio.

Reconocer los riesgos y establecer formas de protección ante el daño a una obra hidráulica a causa del rio.

III. MARCO TEÓRICO

III.1. DEFINICIÓN

La socavación es la remoción de materiales del lecho y de las bancas de un cauce debido a la acción erosiva del flujo de agua alrededor de una estructura hidráulica. La socavación del fondo de un cauce definido es el producto del desequilibrio entre el aporte sólido que trae el agua a una cierta sección y la mayor cantidad de material que es removido por el agua en esa sección.

Los materiales se socavan en diferentes formas: suelos granulares sueltos se erosionan rápidamente mientras que los suelos arcillosos son más resistentes a la erosión. Sin embargo, la socavación final de suelos cohesivos o cementados puede ser tan profunda como la socavación en suelos arenosos, variando el tiempo en el cual se produce. La profundidad máxima de socavación se alcanza en horas para suelos arenosos, en tanto que puede tardar días en suelos cohesivos, meses en piedras areniscas, años en piedras calizas, y siglos en rocas tipo granito. Es posible que varias crecientes se requieran para que se produzca máxima profundidad de socavación dependiendo del tipo de material. La posibilidad de arrastre de los materiales de fondo en cada punto se considera dependiente de la velocidad media del agua y de la velocidad media requerida para arrastrar las partículas de sedimento. Para suelos sueltos, esta velocidad es la que

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mantiene un movimiento generalizado de partículas; para suelos cohesivos, es la velocidad capaz de ponerlos en suspensión.

III.2. TIPO DE SOCAVACIÓN

La socavación está controlada por las características hidráulicas del cauce, las propiedades de los sedimentos del fondo y la forma y localización de los elementos que la inducen.

Se supone que los diferentes tipos de socavación se presentan independientemente el uno del otro por lo que al estimarse la socavación total deben sumarse los efectos de: la socavación a largo plazo, la local y la general por contracción u otros factores, evaluándose además el efecto del posible movimiento lateral de la corriente. El interés por determinar los diferentes tipos de socavación radica en saber si la estructura corre algún riesgo y en establecer formas de protección.

III.2.1.Socavación a largo plazo

Se refiere a la tendencia a la degradación que el lecho presenta a lo largo del tiempo debido a causas externas, ya sean naturales o inducidas por el hombre, pero sin tenerse en cuenta eventos extremos o crecientes. Por no ser de naturaleza transitoria, o sea que no se presenta durante crecientes, la socavación a largo plazo se considera de tipo permanente. Se manifiesta en grandes extensiones a lo largo del cauce. El lecho puede estar en proceso de degradación afectando la estabilidad del puente, en proceso de agradación lo que sería benéfico para la estabilidad del puente desde el punto de vista de la socavación o en situación de equilibrio. Degradación se refiere al descenso o socavación del lecho del cauce debido al déficit en el suministro de sedimentos desde aguas arriba. El fenómeno opuesto es la agradación, la cual se refiere a la sedimentación de materiales erodados del cauce o de la cuenca en sectores aguas arriba de un cruce.

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Ilustración 1. Socavación a largo plazo

III.2.2.Socavación por migración lateral de la corriente

La migración lateral del cauce principal de la corriente ocurre dentro de las zonas bajas inundables y puede afectar la estabilidad de pilas, estribos y las zonas de aproximación, o alterar la socavación total al cambiar el ángulo de ataque del flujo sobre las estructuras.

En ríos meándricos, el cauce se mueve tanto lateral como longitudinalmente hacia aguas abajo, debe ser tenido en cuenta en la construcción de puentes en curvas del río y en el diseño de sistemas de protección. Los puentes son estructuras estáticas, que fijan la corriente en un lugar en tiempo y en espacio.

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Ilustración 2. Modelos de socavación por migración lateral de la corriente

Es difícil anticipar cuándo y cómo un cambio en el cauce va a ocurrir ya que puede ser gradual en el tiempo o ser el resultado de una creciente. Tampoco es fácil de predecir la dirección y la magnitud del movimiento. Las fotografías aéreas son muy útiles para evaluar estos cambios a través del tiempo. Es importante, al menos, considerar cambios potenciales en el cauce a la hora de diseñar nuevos puentes o proyectar medidas de control para puentes existentes.

Los factores que afectan la migración lateral de un cauce y la estabilidad de un puente son:

Geomorfología de la corriente

Localización del ponteadero

Características del flujo

Características del material del lecho y las bancas

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Ilustración 3. Socavación por migración lateral de la corriente

III.2.3.Socavación general

Es el descenso generalizado del fondo del río como consecuencia de una mayor capacidad de la corriente para arrastrar y transportar sedimentos del lecho en suspensión durante crecientes. Ocurre a todo lo largo del río y no necesariamente se debe a factores humanos como la construcción de un puente o de otra estructura.

La mas común es debida a la contracción del flujo que ocasiona la remoción de material a través de todo o casi todo el ancho del cauce por lo que si los métodos de cálculo de la socavación general se aplican para la sección de un puente, se está considerando incluido el efecto de la contracción del flujo y no deben duplicarse los efectos.

La socavación general difiere de la socavación a largo plazo (permanente) puesto que al ocurrir durante crecientes se considera de carácter transitorio o cíclico.

a) Socavación por contracción

La socavación por contracción es causada principalmente por la disminución del ancho del flujo ya sea por causas naturales o artificiales o por el cambio en el control aguas abajo de la elevación de la superficie del agua. La causa mas común de socavación por contracción es la reducción de la sección del flujo por los terraplenes de acceso al puente y en menor grado por las pilas que bloquean parte de la sección recta.

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Una disminución en la sección mojada implica aumento de la velocidad media del agua y del esfuerzo cortante. Por lo tanto, se presenta aumento en las fuerzas erosivas en la contracción ocasionando que la cantidad de material del lecho que es removido supere al que es transportado hacia el sitio.

El aumento en velocidad produce el incremento en el transporte de material haciendo que el nivel del lecho descienda, que la sección mojada aumente, por lo que la velocidad y el esfuerzo cortante nuevamente disminuyen, haciendo que el equilibrio del río se vaya restableciendo con el tiempo. Esta situación de equilibrio se da cuando el material que es removido es igual al material que es transportado hasta el sitio en consideración. Otros factores que causan socavación por contracción son:

Contracciones naturales de la corriente.

Zonas de aproximación al puente que obstruyen las planicies de inundación.

Islas o barras de sedimentos en el puente, aguas arriba o aguas abajo.

Acumulación de basuras o hielo.

Crecimiento de vegetación en el cauce, en las bancas, o en la zona de inundación.

Flujo a presión en el puente.

Ilustración 4. Socavación por contracción

b) Otras causas de socavación general

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Otras condiciones de socavación general resultan de las características relacionadas con la corriente (recta, meándricos o entrenzada), controles variables del flujo aguas abajo, flujo en codos, confluencias y otros cambios que causen degradación del cauce.

Algunas condiciones que producen socavación general están asociadas con particularidades de la morfología del cauce como cauces entrenzados que tendrán huecos de socavación más profundos cuando dos cauces se unen aguas debajo de una isla. También, un puente situado aguas arriba o aguas debajo de una confluencia puede experimentar socavación general debido a condiciones cambiantes del flujo en el río principal o en los tributarios. El caso más crítico es cuando se presenta el nivel más bajo del agua hacia aguas abajo del puente.

III.2.4.Socavación local

Se refiere a la remoción del material que circunda pilas, estribos, diques o terraplenes de acceso a un puente. Está causada por el cambio de dirección de las líneas de corriente, la turbulencia, la aceleración del flujo y los vórtices resultantes inducidos por la obstrucción al flujo.

a) Socavación local en pilas

El mecanismo que produce la socavación está asociado a la separación tri-dimensional del flujo en la cara aguas arriba de la pila y a un vórtice periódico al pie de ella. La acumulación de agua hacia aguas arriba de la obstrucción produce una especie de onda en la superficie y un flujo vertical hacia abajo que crea un fuerte gradiente de presiones lo que ocasiona separación del flujo, como consecuencia de lo cual se origina un sistema de vórtices al pie de la pila llamados vórtices de herraduras que son los principales causantes de la socavación.

Ilustración 5. Socavación local en pilas

b) Socavación local en estribos

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Se piensa que está afectada por los mismos fenómenos que causan la socavación local en pilas como son separación del flujo y vórtices de herradura que remueven partículas localmente. La socavación local se produce en los estribos que obstruyen el paso del agua. Esta obstrucción forma un vórtice de eje horizontal que empieza en la parte aguas arriba y corre a lo largo del pie de la estructura y un vórtice de eje vertical al final de la misma. El vórtice al pie del estribo es muy similar al vórtice de herradura de las pilas y el vórtice al final es similar a los vórtices de estela más débiles que se forman aguas abajo.

Ilustración 6. Socavación local en estribos

III.3. INSTRUMENTO DE LA SOCAVACIÓN

Se han desarrollado una gran cantidad de instrumentos diferentes para medir la socavación en el sitio en el momento de su ocurrencia. Entre los diversos instrumentos se encuentran los siguientes:

III.3.1. Varillas medidoras

Pueden ser manuales o mecánicas. Las varillas se profundizan al producirse la socavación. Este sistema puede ser impreciso cuando las varillas penetran dentro del suelo, sin que realmente haya ocurrido socavación. En ocasiones se les colocan placas anchas en la base para evitar la penetración. Puede ocurrir que estas placas anchas no permitan el movimiento de la varilla hasta la profundidad de socavación. Son útiles solamente para medir la socavación en la dirección vertical.

III.3.2. Varillas enterradas

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Son varillas enterradas dentro del cauce con sensores sobre un soporte vertical. Las mediciones se realizan por medio de películas piezométricas, sistemas de mercurio o switches magnéticos, los cuales miden con precisión el aumento de los huecos de socavación.

Los switches de mercurio utilizan una tecnología simple pero presentan el problema del riesgo de contaminación en el caso de que sean destruidos por la corriente. Los collares magnéticos deslizantes están diseñados para deslizar alrededor de la varilla a medida que progresa la socavación y activar una serie de switches que están instalados a intervalos predeterminados.

Las películas piezométricas requieren estar revestidas en un material a prueba de agua que no se deteriore a la exposición de la luz solar, al agua y a los químicos. Algunas de estas películas se afectan fácilmente y dejan de funcionar al poco tiempo.

Ilustración 7. Varillas enteradas

III.3.3. Fatómetros

Las ecosondas son muy utilizadas para determinar la profundidad de los cauces. Los fatómetros son instrumentos que utilizan ondas sónicas o ultrasónicas similares a las que se utilizan en medicina para realizar ecografías. En la práctica miden el eco del sonido emitido. Hay equipos muy sofisticados y costosos pero también se consiguen fatómetros de bajo costo que solamente miden la socavación final, pero la medición no debe ser obstruida por residuos transportados por la corriente. Las frecuencias altas (> 200 kHz) dan una

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mejor resolución pero una penetración más pobre en flujos con muchos sedimentos (Mueller y Landers, 1999).

Ilustración 8. Fátometro

III.4. UTILIZACIÓN DE PROGRAMAS DE COMPUTADORA

Como se indicó anteriormente existen varios programas de software que calculan la socavación.

Uno de los más conocidos hasta el momento es el programa HEC-RAS (River Análisis system). Las ecuaciones propuestas en el HEC-18 (FHWA, 1998) se agregaron al software como una subrutina específica para calcular la socavación.

El usuario realiza primero los cálculos hidráulicos y después de calcular los perfiles del agua, puede calcular la socavación en los puentes cuya sección previamente se ha introducido al programa. El resultado puede obtenerse analítica o gráficamente.

El Transportation Research Board desarrolló un sistema experto para evaluar la socavación y la estabilidad de las corrientes. Este sistema llamado CAESAR permite determinar no solamente la socavación, sino también la posibilidad de movimientos laterales e inestabilidad general de la corriente.

El programa CAESAR permite identificar una gran cantidad de amenazas para las cuales se deben diseñar soluciones.

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III.5. CÁLCULOS DE LA SOCAVACIÓN

III.5.1. Socavación general del cause

Para fines de estimación con el objetivo de diseño de puentes es usual adoptar un criterio conservador que cosiste en calcular la máxima profundización posible del lecho, bajo una condición hidráulica dada.

La máxima profundización del cauce ocurre cuando se alcanza la condición de transporte crítico, donde la velocidad de flujo se reduce a tal punto en que la corriente no puede movilizar y arrastrar más material del lecho y a su vez no existe transporte de material desde aguas arriba. Por lo tanto, cuando se produce la avenida, la sección geométrica del cauce se modifica dando lugar a una nueva sección, la cual obviamente está socavada, donde el lecho queda en condiciones de arrastre crítico o de transporte incipiente.

La condición para que haya arrastre en las partículas en un punto del fondo es que la velocidad media de la corriente sobre ese punto, denominada velocidad real, “vr”, sea más que la velocidad media que se requiere para que el material existente en tal punto sea arrastrado, denominado velocidad erosiva “ve”.

a) Socavación general para suelos cohesivos en cauces definidos con rugosidad uniforme

La magnitud de la erosión en suelos limosos plásticos y arcillosos depende principalmente del peso volumétrico del suelo seco. En este caso, el valor de la velocidad erosiva que es la velocidad media que se requiere para degradar el fondo, está dado por la expresión:

Ecuación 1

Donde:

ϒd = peso volumétrico del material seco que se encuentra a la profundidad Hs, en ton/m3.

β = coeficiente que depende de la frecuencia con que se repite la avenida que se estudia y cuyo valor está consignado en la tabla A-3.2

Hs = tirante considerado, a cuya profundidad se desea conocer qué valor de “ve” se requiere para arrastrar y levantar al material, en m.

x = exponente variable que está en función del peso volumétrico ϒd del material seco en ton/m3, el cual se encuentra consignado en la tabla A-3.3

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Tabla 1

La variación de la velocidad media real de la corriente vr, en función de la profundidad y para cada punto de la sección puede ser obtenida analizando una franja vertical de la sección transversal, como la que se muestra en la figura.

Tabla 2

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La hipótesis que se formula para realizar el cálculo es que el gasto en cada franja permanece constante mientras dura el proceso erosivo, con lo cual la velocidad real de la corriente es:

Ecuación 2

Donde:

Ho = profundidad antes de la erosión (tirante inicial).

Hs = profundidad después de la erosión.

Ecuación 3

Qd = gasto de diseño

Be = ancho efectivo de la superficie del líquido en la sección transversal; es decir, del ancho total se descuenta el ancho de las pilas cuando el ángulo de incidencia de la corriente con respecto al eje de la pila es de 0°.

Hm = tirante medio de la sección, el cual se obtiene dividiendo el área hidráulica efectiva entre el ancho Be. μ = coeficiente de contracción, tabla A-3.4

Ilustración 9. Socavación general de suelos cohesivos

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Tabla 3

La erosión se detendrá cuando a una profundidad cualquiera alcanzada, el valor de “vr” velocidad de la corriente capaz de producir arrastre y “ve” velocidad que se necesita para que el fondo se degrade, lleguen a ser iguales. Ve = vr es la condición de equilibrio.

b) Socavación general para suelos no cohesivos en cauces definidos con rugosidad uniforme.

En el estudio de la profundidad de la erosión en suelos formados por granos gruesos (arenas, gravas finas, etc.), “vr” tiene la misma expresión que el caso anterior. En cambio “ve” está expresada como:

Ecuación 4

Donde:

Hs = tirante para el que se desea conocer ve en metros.

x = exponente variable que depende del diámetro del material y que se encuentra en la tabla A-3.3

dm = diámetro medio (en mm) de los granos del fondo obtenido según la expresión:

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Ecuación 5

En la cual:

di = diámetro medio, en mm, de una fracción en la curva granulométrica de la muestra total que se analiza.

pi = peso como porcentaje de esa misma porción, comparada respecto al peso total de la muestra. Las fracciones escogidas no deben necesariamente ser iguales entre sí. La condición de equilibrio para la socavación será también: vr = ve

c) Cálculo de la profundidad de la socavación en suelos homogéneos

En secciones homogéneas puede calcularse fácilmente la profundidad esperada de socavación dentro de la Teoría de Lischtvan-Lebediev a partir del análisis hecho en los dos párrafos anteriores.

i. Suelos cohesivos. Por condición de equilibrio, se tiene la siguiente ecuación:

Ecuación 6

Es el tirante total que se produce; al restarle el tirante inicial, Ho, proporciona la socavación esperada.

ii. Suelos formados por materiales no cohesivos. Similar al caso anterior.

Ecuación 7

Conocido el perfil transversal de la sección bajo el puente antes del paso de la avenida, se escogen en él algunos puntos en cuya verticales se desea conocer a cuánto alcanza la profundidad erosionada. Uniendo éstos se tiene el perfil de socavación.

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d) Cálculo de la profundidad de la socavación en suelos no homogéneos

Cualquiera sea la estratificación que se tenga, la profundidad de equilibrio, arriba de la cual los granos son arrastrados físicamente por el agua, se puede obtener analíticamente a base de tanteos.

Escogido un punto Pi para el cual se desea calcular la posible socavación y conocida la estratigrafía bajo la sección, se procede por estratos a aplicar las fórmulas anteriores según sea el material de que estén formados. El cálculo se inicia para el manto superior y se continúa hacia capas más profundas. En el primer estrato en donde se cumpla que la profundidad Hs calculada cae dentro de él, esa “Hs” es la buscada y se suspenden los tanteos. Esto mismo se repite para varios puntos de la sección, que al unirlos darán el perfil teórico del fondo una vez que se ha producido la socavación.

III.5.2. SOCAVACIÓN LOCAL EN LOS PILARES DE LOS PUENTES

Cuando un puente cruza un río en una zona en donde no es factible alcanzar un manto rocoso en el que apoyar las pilas y estribos, el principal problema que se presenta tanto en proyecto como en mantenimiento, es el conocimiento de las erosiones locales que sufre el fondo del cauce, que pueden ser de tal magnitud que lleguen a alcanzar la base de las pilas y provocar la falla total de la estructura.

La mayoría de las ecuaciones son aplicables para cauces aluviales y no consideran la posibilidad de que materiales más gruesos y de mayor peso, presentes en el lecho, acoracen el hoyo que se produce por la socavación, lo que limitaría su profundidad. En 1965, Breusers propuso que la profundidad de socavación era de 1.4 veces el ancho del pilar. Recientemente, otros investigadores como B. W. Melville, Sutherland y Chang, han reportado que la socavación local es aproximadamente 2.4 veces el ancho del pilar para el caso de pilares circulares.

a) Método de Laursen y Toch

Se distinguen dos casos generales: uno cuando la corriente incide paralelamente al eje de las pilas y otro cuando forma un cierto ángulo con el mismo. Cuando la mayor dimensión transversal de la pila está alineada con el flujo, la socavación puede expresarse por:

Ecuación 8

Donde:

So = profundidad de la socavación, a partir del fondo.K1 = coeficiente que depende de la relación tirante entre ancho de la pila y que se encuentra en la gráfica de la figura A-III.5

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K2 = coeficiente que depende de la forma de la nariz de la pila y que se encuentra en la tabla A-3.7 b = ancho de la pila.

Tabla 4

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Tabla 5

b) Método de Yaroslavtziev. Se distinguen dos casos, uno cuando el fondo del cauce está formado por materiales no cohesivos y otro cuando está formado por materiales cohesivos.

i. Suelos granulares sin cohesión. La expresión propuesta para la socavación local es:

Ecuación 9

Donde: So = profundidad de socavación, en m. Kf = coeficiente que depende de la forma de la nariz de la pila y del ángulo de incidencia entre la corriente y el eje de la misma. Ver figura A-III.7 (a, b y c). Kv = coeficiente definido por la expresión:

Ecuación 10

v' = velocidad media de la corriente aguas arriba de la pila, después de producirse la erosión general, en m/s.g = 9.81 m/s2 b1 = proyección de un plano perpendicular a la corriente, de la sección de la pila.Cuando el ángulo de incidencia vale 0°, b1 es igual al ancho b de la pila. e = coeficiente de corrección, cuyo valor depende del sitio en donde están colocadas las pilas; vale 0,6 si se encuentran en el cauce principal y 1.0 para las construidas en el cauce de avenidas. KH = coeficiente que toma en cuenta la profundidad de la corriente, definido por la expresión:

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Ecuación 11

H = tirante de la corriente frente a la pila. Obtenido al presentarse una avenida después de aplicar lo dado en la socavación general. d = diámetro en m de las partículas más gruesas que forman el fondo y está representado aproximadamente por el d85 de la curva granulométrica.

Cuando el material del fondo tiene un diámetro menor de 0.5 cm, se recomienda no considerar el segundo término de la fórmula.

ii. Suelos cohesivos.

La expresión utilizada es la misma que para suelos granulares y permite dar un resultado aproximado mediante la apreciación de la resistencia a la erosión del suelo cohesivo en comparación con el suelo granular. Este es tomado en cuenta en el segundo término (30d) de la ecuación anterior en donde se considera un diámetro “d”, equivalente para los suelos cohesivos tal y como se muestra en la tabla A-3.8

Tabla 6

III.5.3. Métodos para reducir la socavación

a) Protección contra la socavación local al pie de la pila.

De preferencia el boleo debe ser todo de un diámetro uniforme y si eso no es posible, el diámetro mínimo debe ser mayor que el especificado en cada caso (Tabla A-3.12).

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Tabla 7

La protección tendrá que estar formada por un mínimo de tres capas, ya que de lo contrario el material del fondo es extraído entre los huecos y el cono erosionado se produce de la misma manera. El espesor de la protección no debe ser menor que el ancho de la pila. Con el fin de no reducir el área hidráulica útil de la sección transversal bajo el puente se recomienda colocar el boleo bajo el nivel inferior que puede alcanzarse durante la socavación general.

b) Protección contra la socavación al pie de estribos

Para el caso de los estribos se puede utilizar un pedraplén en forma análoga descrita para las pilas, aunque existe una mejor solución, que consiste en construir espigones que orienten el flujo del agua, encauzándola de manera que no produzca erosión.

Ilustración 10. Tipos de protección contra socavación al pie de estribos

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IV. CONCLUSIONES

Se aplica habilidades netamente de ingeniería para poder determinar y persuadir en la socavación en los lechos de los ríos.

Es tema es necesario para la construcción de diversas obras que van a ser ubicadas por encima o cruzando un rio (princ. puentes).

La socavación local es la principal causante del colapso de obras hechas por el hombre.

La profundidad de socavación depende de variables hidráulicas como: Caudal, Profundidad del Flujo, y Velocidad.

Es indispensable un constante programas de inspección, mantenimiento y rehabilitación de obras que se puedan ver influencias por la socavación.

Los métodos protectores diseñados con el fin de disminuir el efecto de la socavación local deben analizarse en el nivel del lecho, ya que si son por encima del fondo, no representan una disminución considerable de la profundidad de socavación y en algunos casos puede incrementarla.

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V. BIBLIOGRAFÍA

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