Este documento presenta información sobre socavación en canales con puentes. Explica diferentes tipos de socavación como por contracción, en pilastras, en estribos y por deposición de aguas debajo del puente. También describe software disponible como HEC-RAS para realizar cómputos de socavación y muestra un ejemplo de cómputos usando HEC-RAS para socavación por contracción, en pilastras y en estribos.

1. Tema Especial
SOCAVACIÓN EN CANALES CON PUENTES
Carmelo O. Calderas
Prof. R. Zapata – INCI 5006
5/26/11

2. AGENDA
 Introducción de termino socavación
 Socavación
 por contracción
 en pilastras
 en estribos
 deposición aguas debajo del puente
 Software disponibles
 Cómputos con HEC-RAS 4.0
 Preguntas

3. SOCAVACIÓN
 Es la suspensión de partículas del material
en el lecho
 Debido a esfuerzos cortantes
 Que estos son provocados por la interacción
entre la obstrucción o cambio en el área de
flujo normal del canal y el flujo del cana
 Es un tema resiénteme estudiado, donde el
primer artículo fue en el 1949 por Laursen

4. SOCAVACIÓN
 No existen método exactos para el computo
de la profundidad de socavación
 Pero si muchos estudios que han propuesto
métodos que solo ayudan a conocer el orden
del valor real
 Los diferentes métodos toman en
consideración diferentes factores y
propiedades del canal

5. SOCAVACIÓN DEBIDO A LA CONTRACCIÓN
 Es la socavación causada por la disminución
al área de flujo, aumentando así la velocidad
promedio del flujo del canal
 Cusas:
 Construcción de terraplenes para el acceso al
puente
 Colocación de pilastras y/o estribos

6. SOCAVACIÓN DEBIDO A LA CONTRACCIÓN
 Algunos método utilizados son el de
 Lischtvan-Levediev
 Straub
 Laursen
 Donde este ultimo mencionado es el mas
utilizado en los E.U.

7. SOCAVACIÓN DEBIDO A LA CONTRACCIÓN
 Método de Laursen
 Donde:
 Ks = parámetro de Shields =
0.039
Ecuación simplificada del
 Gs = grevedad especifica del método Laursen para agua
material del fondon clara.
 n = coeficiente de rugosidad
de Manning  h2 = profundidad existente en la
sección contraída, antes de la
 Ds = Hs – hs socavación (m)
 Ds = profundidad promedio  Q2 =caudal a través del puente
de socavación (m) (m3/s)
 Hs = profundidad promedio  Dm = diámetro medio efectivo
del flujo, en el are de del material del lecho ≈ 1.25D50
socavación luego de la (m)
socavación (m)  B2 = ancho efectivo del cauce
en el puente sin contar las
pilastras (m)

8. SOCAVACIÓN POR PILASTRAS
 Al interrumpir el
flujo crea una
serie de vórtices
que terminan el
a base la
pilastra
removiendo el Comportamiento de flujo en pilastra
cilíndrica. Raudkivi. A. J., 1986
material del
lecho

9. SOCAVACIÓN POR PILASTRAS
 Como se aprecia en la imagen existen dos
(2) tipos de vórtices que controlan la
socavación en las pilastras,
 Vórtices de herradura
 Creados por la onda que se forma en la pilastras
 Creando presiones hacia el fondo
 Se convierten en vórtices que se alojan al pie de la
pilastra
 Suspendiendo el material del lecho y trasportándolo
lejos de la pilastra

10. SOCAVACIÓN POR PILASTRAS
 Vórtices de estela
 Son creados al pie de la pilastra
 Se mueven hacia arriba
 Arrastrando con poco cantidad de partículas
 Transportándolas lejos
 Existe también un
fenómeno que ocurre al
pie de la pilastras debido
a la fuerza de arrastre
del fluido
 Creando un hueco de
Hueco de socavación en la pilastra
socavación circular. Raudkivi. A. J., 1986

11. SOCAVACIÓN POR PILASTRA
 No se he encontrado ninguna solución
exacta
 La primera propuesta fue el 1965, por
Breusers
 Proponiendo que Hs = 1.4 veces el ancho de la
pilastra
 Hasta el momento se han generado varios
métodos, ninguno de carácter confiable
 Todo siendo una relación por factores
aplicados al ancho de la pilastra

12. SOCAVACIÓN POR PILASTRA
 La figura muestra una
relación de los
diferentes métodos
 Creada por Jones
 Donde se aprecia los
diferentes valores
 Siendo el método de
Relación de los diferentes métodos de
CSU, Universidad los diferentes investigadores. Jones
Estatal de Colorado el HEC-18
valor medio

13. SOCAVACIÓN POR PILASTRA
 Método de Laursen y
Toch, 1956
 Este método fue Método de Laursen y Toch
estudiado para la
 Donde:
socavación máxima
 ds = profundidad de
 Fue presentado en socavación (m)
unas grafías pero  Kf = coeficiente de la forma de
la nariz de la pila
resumido en esta  Kg = coeficiente de la relación
ecuación Hs/a
 a = ancho de pila (m)

14. SOCAVACIÓN POR PILASTRA
Factor de corrección de Kf para forma de Grafico para estimar K-g. Juárez
nariz. Juárez Badillo E. y Rico Rodríguez Badillo E. y Rico Rodríguez A. (1992)
A. (1992)

15. SOCAVACIÓN DEBIDO A ESTRIBOS
 Se encuentran menos estudios que para las
pilastras
 Aunque se piensa que los factores que
generan esta socavación son parecidos a los
de las pilastras
 De igual forma la socavación es provocada
por vórtices que se forman con la interacción
del caudal.

16. SOCAVACIÓN DEBIDO A ESTRIBOS
 Existen dos (2)
vórtices
principales
 Vórtice horizontal
 Causa y
comportamiento
igual a vórtice
herradura
 Vórtice vertical Comportamiento de flujo en estribo.
Presentación Socavación, Jaime
 Causa y Suarez
comportamiento
parecido a vórtice de
estela

17. SOCAVACIÓN DEBIDO A ESTRIBOS
 Existen varios métodos para el computo de
esta socavación, dando todo un estimado
demasiado conservador
 Algunos de estos método son por:
 Liu  Froehlich
 Chang y Skinner  HIRE (utilizado por
 Laursen
HEC-RAS 4.0)
 Melville
 Artamonov

18. SOCAVACIÓN DEBIDO A ESTRIBOS
 Nos enfocaremos solo en el
método de Leursen
 El uso de esta ecuación tiene
vario requisitos estos son:
 Pared vertical
 No hay flujo sobre el puente Socavación en agua clara. Método Laursen
 La relación de (L/h < 25) para
el estribo Donde:
 La ecuación provee
h = profundidad del flujo
profundidad de socavación L = longitud del estribo
incluyendo el factor por τ = esfuerzo cortante en el
contracción lecho aguas arriba del estribo
 Para valores máximos de τc -= esfuerzo cortante critico
d-s-/h igual a 4 para D-50 del material del
 Se resuelve por iteraciones lecho
 Dirección del flujo con Kf = 0.9 corrección para
respecto al estribo igual a cero estribos a 45º de inclinación

19. SOCAVACIÓN TOTAL
 Es la suma total de todos lo tipos de socavación
de los cuales en este informe se mencionan
tres de estos cinco tipos de socavación.
 Estos son:
degradación a largo plazo
 migración lateral de la corriente
 socavación general por contracción u otras causas
 socavación local en pilas
 socavación local en estribos.

20. DEPOSICIÓN AGUAS DEBAJO DE LOS PUENTES
 Esto es el material depositado en las pilastras y
en extraños casos en los estribos
 Este material se deposita cuando en las
grandes crecidas es transportado de aguas
arriba
 Esto afecta la pilastra ya que se deposita en el
pie de la misma, aumentando su ancho
 Y como sabemos que la profundidad de
socavación local depende proporcionalmente
del ancho de la pilastra

21. DEPOSICIÓN AGUAS DEBAJO DE LOS PUENTES
 No hay muchos estudios sobre este proceso de
deposición de basura en las pilastras del puente
 Para el 1956, Laursen y Toch realizaron
estudios cualitativos
 Presentaron un método para estimar el efecto de
esta deposición en el pie de la pilastra
 Aunque poco confiable para usa de diseño
 Para cómputos
 se aumenta el ancho de las pilastras en el cómputo
de la profundidad de socavación local
 Pero esto solo esta a criterios del diseñador

22. SOFTWARE PARA ESTUDIOS DE SOCAVACION
 HEC-RAS 4.0
 Uno de los mas utilizados
 Creadores, U.S. Army Corp of Engineering
 CAESAR
 Utilizado para la inspección de puentes
 Recomendado por Departamento de Agricultura de
los Estados Unidos
 River CAD
 Programa utilizado para modelar canales
 Permite el estudio de transporte de sedimento

23. COMPUTO DE SOCAVACIÓN CON HEC-RAS 4.0
 Utilizaremos un diseño de un puente
previamente detallado en el programa
 Se computara la socavación
 Porcontracción
 Debido a las pilastras
 Debido a los estribos

24. COMPUTO DE SOCAVACIÓN CON HEC-RAS 4.0
 Ventana principal
del programa
 Podemos ver la
geometría del
canal y del puente
 Contamos con
 2 estribos
 3 pilastras
 Contracción de
19%
Pantalla principal programa HEC-RAS y
vista 3D de diseño de puente

25. COMPUTO DE SOCAVACIÓN CON HEC-RAS 4.0
COMPUTO DE SOCAVACIÓN POR
CONTRACCION
 Hidraulic Design
Funtion
 Ventana Bridge
Sour
 Contraction
 Solo se
ingresa D50
 Luego de
oprime K1
 Finalmente Pantalla para entrar data de contracción
Compute del puente y su cómputo

26. COMPUTO DE SOCAVACIÓN CON HEC-RAS 4.0
COMPUTO DE SOCAVACIÓN POR
CONTRACCION
 Se observa las líneas
de socavación en el
perfil
 Por ultimo de oprime
Report
 En la figura vemos los
resultados del Pantalla de reporte de cómputos
computo de socavación por contracción
 Y el método utilizado
para el computo

27. COMPUTO DE SOCAVACIÓN CON HEC-RAS 4.0
COMPUTO DE SOCAVACIÓN POR
PILASTRAS
 Pestana Pier
 Requiere
 ángulo en
que el flujo
impacta la
pilastra
 D95
 Presionamos
Compute
Pantalla para insertar datos y computar
socavación por pilastras. HEC-RAS 4.0

28. COMPUTO DE SOCAVACIÓN CON HEC-RAS 4.0
COMPUTO DE SOCAVACIÓN POR
PILASTRAS
 Presionando Report
 Podemos ver los
resultados de los
calculos
 Y el método utilizado
para el computo
Pantalla de resultado de cómputos de
socavación debido a las pilastras. HEC-RAS
4.0

29. COMPUTO DE SOCAVACIÓN CON HEC-RAS 4.0
COMPUTO DE SOCAVACIÓN POR
ESTRIBOS
 Presionamos
pestaña Abutment
 Solo requieres
escoger el tipo de
estribo
 Luego
presionamos
Compute
 Vemos marcado
en en la sección Ventana para entrar datos para el cómputo
la socavación de socavación en estribos. HEC-RAS 4.0

30. COMPUTO DE SOCAVACIÓN CON HEC-RAS 4.0
COMPUTO DE SOCAVACIÓN POR
ESTRIBOS
 Vemos los
resultados de la
misma forma
 Notamos que el
método utilizado
fue HIRE
 Resultando unos
números
demasiado
conservadores Ventana de reporte de cómputos
para socavación por estribos. HEC-
RAS 4.0

31. REFERENCIAS
 GUEVARA, M.E.,"SOCAVACIÓN EN PUENTES", UNIVERSIDAD DEL CAUCA, POPAYÁN, 1998, CAP 3
CALCULO DE LA SOCAVACIÓN, CAP 1 TIPO DE SOCAVACIÓN
 Akan A. O., Open Chanel hydraulics, cap 7.2 Scour at Bridge

 Moncada, Aguirre, Bolívar. “Efecto de un aro sobre la socavación en pilas circulares”. Revista de
ciencias e ingeniería. Vol. 28, No 3, agosto-noviembre, 2007
 “Habilitan paso en puente de Patzun”. Comunitario. 22/06/10. www.prensalibre.com
 Suarez, J. Presentación Socavación, Cap 4 Criterios Básicos
 Facultad de Ingeniería y Ciencias Hídricas. “Erosión for contracction y por estribo
 En puentes aliviadores en valle de inundación”. Vol. 5, Nº 2. Junio 1998
 United States Department of Agricultur, “Bridge Scour Evaluation: Screening, Analysis, &
Countermeasures”. September 1998
 Facultad de Ingeniería y Ciencias Hídricas. Universidad Nacional del Litoral. “Erosión en estribos de
puentes aliviadores y su interacción con la distribución de caudales”. 2003
 GOVINDASAMY, A. “Simplified method for estimating future scour depth at existing bridges”. May 2009