Download - Imforme Socavacion Final
7/25/2019 Imforme Socavacion Final
http://slidepdf.com/reader/full/imforme-socavacion-final 1/30
UNIVERSIDAD PERUANA UNION
FACULTAD DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA
EAP: INGENIERIA CIVIL
SOCAVACION EN PUENTES
INFORME:
HIDROLOGIA
INTEGRANTES:Edwin Aarón Cari AncoRudy Merma Quispe
Fredy Peralta LuqueIván Macaca Quispe
JULIACA – PERÚ
2012
7/25/2019 Imforme Socavacion Final
http://slidepdf.com/reader/full/imforme-socavacion-final 2/30
RESUMEN
!urante las "ltimas cuatro d#cadas$ se an reali%ado numerosos estudios y desarrollado
ecuaciones para pronosticar la socavación en pilares de puentes$ la mayor&a de estas
ecuaciones se desarrollaron usando datos del la'oratorio y a veces se compro'aron
usando datos de campo o'tenidos con limitaciones( )asta la *eca los datos de campo
utili%ados para compro'ar las ecuaciones son limitados y ay considera'le
incertidum're en el uso de estas ecuaciones para pronosticar la pro*undidad de
socavación en el campo( Para varias de las ecuaciones$ las condiciones 'a+o las cuales se
reali%aron los e,perimentos de la'oratorio no an sido divul-adas$ además$ los ran-os
para los que son válidos los parámetros que intervienen en las ecuaciones tam'i#n son-eneralmente desconocidos$ y$ a"n cuando el ran-o de datos usados en el estudio de
la'oratorio se cono%ca$ es incierto que estos ran-os usados en modelos peque.os
correspondan con las condiciones del prototipo$ pero$ son de -ran utilidad para darnos
idea del comportamiento de este *enómeno(
7/25/2019 Imforme Socavacion Final
http://slidepdf.com/reader/full/imforme-socavacion-final 3/30
INTRODUCCION
La erosión que se produce en inmediaciones de al-unas estructuras idráulicas puede
alcan%ar ma-nitudes considera'les que a*ecten la cimentación y que lleven a la
estructura al colapso( Es evidente entonces que el estudio de este *enómeno contri'uirá
a resolver con me+or se-uridad los pro'lemas que se presentan tanto en el dise.o como a
lo lar-o de la vida "til de la estructura( /in em'ar-o$ el *enómeno de erosión locali%ada
es muy comple+o$ en #l intervienen las corrientes del *lu+o$ su interacción con el leco y
el transporte de los sedimentos$ siendo as& su estudio muy limitado$ en el cual los
resultados teórico0e,perimentales$ no son a'solutamente precisos ni con*ia'les$ pero son
de -ran utilidad para el dise.o$ siempre que se tomen en cuenta las condiciones 'a+o lascuales *ueron desarrolladas(
7/25/2019 Imforme Socavacion Final
http://slidepdf.com/reader/full/imforme-socavacion-final 4/30
OBJETIVOS
Reali%ar visita al sitio del proyecto con el *in de inspeccionar y medir el nivel de a-uasactual$ reali%ando el inventario de las mismas y de*iniendo su estado actual(
Identi*icar el nivel de a-uas má,imo esperado mediante aplicación de los m#todos de pro'a'ilidad aplicados a la idrolo-&a$ identi*icando la altura li're del puente(
!eterminar el nivel de socavación con el *in de identi*icar la pro*undidad de la misma yel comportamiento del *ondo del r&o con el caudal má,imo esperado(
!eterminar el nivel de sedimentación que *ue causado desde su construcción(
Lle-ar a calcular socavación y sedimentación -eneral y local del puente(
7/25/2019 Imforme Socavacion Final
http://slidepdf.com/reader/full/imforme-socavacion-final 5/30
MARCO TEORICO
Gee!"#$%"%e&'
En el presente tra'a+o se estudian las condiciones que a*ectan al *enómeno de
socavación locali%ada en la vecindad de pilares de puentes por la acción del a-ua que
*luye so're un leco compuesto por sedimentos no coesivos( Es as& que el *enómeno de
socavación puede darse en condiciones de a-ua limpia$ sin transporte de sedimentos
1clear water2$ o en condición de movimiento de *ondo 1'ed load2( En el primero de los
casos se.alados no se considera aportes de sedimentos de la cuenca y tampoco
transporte de *ondo$ -eneralmente ocurre en %onas de inundación$ en el se-undo de los
casos e,iste transporte de sedimentos por el *ondo con o sin aporte de sedimentos de la
cuenca acia el r&o produci#ndose a-radación$ de-radación o equili'rio del nivel del
leco en el tiempo(
En este cap&tulo se e,ponen al-unos conceptos$ relacionados con los aspectos
e,puestos(
T!"&()!*e %e Se%$+e*)&'
P!)($e%"%e& ,-&$."& %e #)& &/#$%)& ("!" e# *!"&()!*e %e &e%$+e*)&
Mencionaremos las que son utili%adas en las *órmulas más comunes(
T"+") ,)!+"
La descripción de los sedimentos considera *undamentalmente su tama.o y su *orma$
los di*erentes m#todos empleados en la determinación del tama.o de una
part&cula se 'asan 'ien en un tami%ado y en el ensayo de sedimentación$ o'teniendo el
7/25/2019 Imforme Socavacion Final
http://slidepdf.com/reader/full/imforme-socavacion-final 6/30
diámetro de tami% y el diámetro de sedimentación( 3ormalmente las arenas se
miden por su diámetro de tami%ado y los limos y arcillas por su diámetro de
velocidad de sedimentación(
La *orma de las part&culas es una caracter&stica importante que se de*ine
mediante la redonde%$ es*ericidad y *actor de *orma( Este "ltimo$ de uso *recuente$ está
dado por
F(F( = ca'
45(678
!onde a$ ' y c son las lon-itudes de los e+es en tres direcciones$ c es la lon-itud menor$
' la intermedia y a la más -rande(
I$.$".$/ %e# +)$+$e*)'
Al *luir el l&quido so're una super*icie compuesta por material -ranular$ e+erce *uer%as
que act"an so're las part&culas en reposo con tal ma-nitud que produce movimientos$
entonces se dice que las condiciones del *lu+o son cr&ticas(
Con un análisis dimensional del pro'lema considerando las varia'les queintervienen en el *enómeno de iniciación del movimiento$ /ields 479:;8 o'tuvo la
e,presión
τ c4γ S − γ 8d
= f 4 τ c
< ρ d8
ν45(6;8
!onde τc es el valor cr&tico del es*uer%o cortante en el *ondo$ el parámetro de la
*unción en el miem'ro de la dereca$ puede de*inirse como un n"mero de Reynolds
cr&tico del *ondo Re $=
τc ρ corresponde a la llamada velocidad de corte cr&tica >=c y
ν = µ < ρ ( Los resultados de su investi-ación se muestran en la Fi-ura 5(7(
c
7/25/2019 Imforme Socavacion Final
http://slidepdf.com/reader/full/imforme-socavacion-final 7/30
1.0E+00
τ C
4γ S − γ 8d
1.0E-01
1.0E-02
1.0E-01 1.0E+00 1.0E+01 1.0E+02 1.0E+03
Rec==
τ c < ρd
ν
Figura 2.1 Diagrama de Shields para la iniciación del movimiento de las partículas
Los resultados presentados por /ields an tenido aco-ida universal a pesar de que
al-unos investi-adores an o'tenido resultados li-eramente di*erentes( Coronado
479;78 anali%a su aplicación en los di*erentes modos de iniciación el movimiento$ 3oa
4566?8$ e,perimentalmente ace ensayos con suelos coesivos(
T!"&()!*e %e &e%$+e*)& e!)&$/ e .3!&)& %e "43"
Los sedimentos *ormados a partir de la erosión laminar y movimientos de masas$ son
conducidos a los cursos de a-ua$ donde tiene lu-ar la escorrent&a en un medio *&sico en
*orma de canal$ responsa'le de la se-unda *ase del proceso de transporte de sedimentos(
En este sector$ el escurrimiento se desarrolla de manera concentrada$ con capacidadsu*iciente para la conducción de los sedimentos(
En estos cauces se e,presa un estado avan%ado y comple+o de erosión actuando$
además de la erosión super*icial por es*uer%os de corte e impacto$ *ormas de erosión
asociadas a la desesta'ili%ación de taludes por umedecimiento y so'resaturación y al
movimiento su'terráneo( /e asocian tam'i#n los procesos de erosión interna y e,terna
de la 'ase de los taludes provocando derrum'es(
En los cursos naturales el *lu+o adquiere capacidad su*iciente para transportar aciaa-uas a'a+o los sedimentos( !urante este proceso disminuye el nivel del leco$
7/25/2019 Imforme Socavacion Final
http://slidepdf.com/reader/full/imforme-socavacion-final 8/30
de'ilitando la 'ase de los taludes$ que dan lu-ar al desmoronamiento deri'eras y al
incremento de la car-a de sedimentos(
C)&$%e!".$)e& 56&$."& ("!" e# *!"&()!*e %e ,)%)'
/ields y Einstein de*inen los parámetros adimensionales@
0 ensión de corte media relativa Ψ
>5
Ψ = =
4s − 78-d
0 Bnidad adimensional de transporte de sedimentos Φ
45(68
!onde@
Φ =
qD
4s − 78-d: 45(68
>= >elocidad de corte gRS en m<s
R Radio )idráulico en m
- Aceleración de la -ravedad en m<s5
d !iámetro del -rano de sedimento en m
s !ensidad relativa de los -ranos
s = ρ
s
ρ
45(698
q ransporte de *ondo por unidad de anco 4m:<m(s8
Se%$+e*)& e &3&(e&$/ &3 .).e*!".$/'
!el análisis$ considerando la teor&a de *lu+o tur'ulento y la *luctuación de velocidades$se puede o'tener la si-uiente ecuación para la concentración vertical de sedimentos
dc= −
c
dy
y47 −
w
y8
κβ =
45(768
! n
donde c es la concentración a la altura y medida desde el *ondo$ n es la pro*undidad
normal del *lu+o$ w es la velocidad terminal de ca&da del sedimento$ κ es la constante
universal de >on Garman$ β = εs < εm en la que εm y εs son los coe*icientes de
di*usión tur'ulenta de cantidad de movimiento y de sedimentos respectivamente y
>= = τ6 < ρ es la velocidad de corte(
D
7/25/2019 Imforme Socavacion Final
http://slidepdf.com/reader/full/imforme-socavacion-final 9/30
La Ecuación 5(76 se puede inte-rar desde un nivel y H a para el cual se supone
una concentración c H ca conocida$ asta el nivel varia'le y de concentración c$ entonces
cdc
w y
dy
= −c κβ y
45(778ca
= a y47 − 8!
n
Lue-o de inte-rar la Ecuación 5(77$ la distri'ución vertical de concentración de
sedimentos se puede e,presar por la relación$ Roca 479;98
donde " =
w
κβ =
c= 4
! n
− y a8 #
ca
! n
− a y45(758
E# ."3.e N"*3!"#
Los r&os aluviales$ están su+etos a cam'ios de recorrido y de sección transversal( Por lo
-eneral los cam'ios que e,perimenta un r&o empie%an en un tramo determinado y se
propa-an acia a-uas arri'a y<o acia a-uas a'a+o( Por esto el in-eniero de'e tener
cuidado al dise.ar y u'icar una o'ra$ tal como un puente(
Los arroyos y r&os si-uen caminos tortuosos en su recorrido a-uas a'a+o( Loselados riacuelos serpentean por el ielo -lacial( Casi nunca vemos un tramo recto de
r&o más lar-o que die% veces su ancura( Incluso donde la alineación de los 'ancos es
recta$ la parte más pro*unda de un r&o va de lado a lado( odo esto ace pensar que la
*ormación de meandros es una propiedad intr&nseca de las corrientes( >(( Cow
47958(
3ormalmente los meandros aparecen dondequiera que un r&o recorre una
pendiente suave$ movi#ndose alrededor de o'strucciones$ a trav#s de tierra de -rano *ino
que son erosiona'les *ácilmente(
Bn r&o discurre a+ustándose a las pertur'aciones$ as&$ variaciones en las descar-as y
o'stáculos desv&an su corriente$ lue-o la corriente desviada si-ue un nuevo camino$
los coques en un 'anco encuentran la resistencia de este pero lo erosiona$ *ormando
una curva en el *uturo( Al salir de la curva$ el *lu+o se va en una tan-ente por el r&o$
coca contra el 'anco opuesto$ y sale *ormando la otra curva como se muestra en la
Fi-ura 5(5( Este modelo se repite r&o a'a+o$ creando un 'alance en el r&o casi tan re-ular
7/25/2019 Imforme Socavacion Final
http://slidepdf.com/reader/full/imforme-socavacion-final 10/30
como el p#ndulo de un relo+ cuando las condiciones en el recorrido del cauce
son las mismas(
Las curvas a-randan e in*luyen en la *orma que toman las secciones del cauce( Al
e,terior de la curva$ las velocidades son mayores y e,isten movimientos acia el
centro$ de esta *orma el cauce se pro*undi%a en esta parte( Los movimientos de a-ua por
el cauce acia el interior de la curva son más lentos$ esto ace que e,ista sedimentación
*ormando 'arras$ una ilustración de la sección en curva vista acia a-uas arri'a se
muestra en la Fi-ura 5(:(
A
A
Figura 2.2 $aturale"a me%ndrica del flu&o
ona pro*unda develocidades mayores ona de sedimentación yvelocidades menores
Corrienteslentas
Figura 2.' Sección ()( en la "ona curva del cauce
S)."".$/ e P$#"!e& %e P3e*e&'
La e,posición de los pilares de puentes$ a la acción erosiva del *lu+o del a-ua$ puede
producir la *alla del puente$ requiriendo -astos mayores para su reparación o reempla%o(
El estudio de la socavación de puentes es desarrollado de manera más intensa en los
pa&ses avan%ados$ por e+emplo$ como parte de un pro-rama para eliminar los
colapsos de puentes en los Estados Bnidos$ la Administración Federal de Carreteras
4F)JA8 esta'leció un pro-rama nacional de inspección de puentes( Bsando pautas
esta'lecidas por el F)JA$ las o*icinas de transporte estatal individuales acen #stas
inspecciones puntuales( Cada puente encima del a-ua se inspecciona y se le da una
clasi*icación( A los puentes que son clasi*icados como de Ksocavación cr&ticaK se le
7/25/2019 Imforme Socavacion Final
http://slidepdf.com/reader/full/imforme-socavacion-final 11/30
presta la atención inmediata ellos o se reparan$ se reempla%an$ o se
supervisan( El o'+etivo de estos pro-ramas es supervisar la socavación y la vecindad
de un puente detectando los puentes cr&ticos( Estos estudios se an e,tendido
para incluir las condiciones idráulicas que causan la socavación del puente$ como
la pro*undidad de a-ua$ velocidad del a-ua$ tama.o del material del cauce$
pendiente del cauce y -eometr&a del cauce( El m#todo usa dispositivos de
transductores capaces de trans*erir
los datos a computadoras$ un esquema de estos se muestra en la Fi-ura 5(?(
L&nea tele*ónica
sonar
Módulo dealmacenamiento
Panel solar
Re-istrador dedatos
Dat(75>( ransductor
Módem
/uper*icie de a-ua
/e.al de
retorno
ransductor Pilar
!irección del *lu+o
/e.al enviada
Cimentación
Figura 2.* Dispositivo de transductores capaces de transferir datos a computadoras+ instalados
en un pilar de puente en el cauce de un río ,-regon ridge Scour /ro&ect0
Los datos colectados de mediciones de'en ser anali%ados y comparados con los
o'tenidos de la aplicación de las *órmulas$ las ecuaciones que -uarden correlación más
cercana con los valores medidos se usarán para ese puente(
F/!+3#"& U&3"#e& P"!" e# C6#.3#) %e S)."".$/ e P$#"!e& %e P3e*e&
A continuación se menciona al-unas de las ecuaciones más usadas en el cálculo de la
pro*undidad de socavación en pilares de puentes(
I4I$& 71 898'
7/25/2019 Imforme Socavacion Final
http://slidepdf.com/reader/full/imforme-socavacion-final 12/30
En la estación Central de Investi-aciones de A-ua y Fuer%a en Poona$ India$ reali%ó una
serie de ensayos en la'oratorio con el *in de encontrar la pro*undidad de socavación
para sólo un pilar rectan-ular colocado en el centro de una corriente$ con material de
*ondo *ormado por arena uni*orme de diámetro medio de 6$59 mm( Al concluir el
estudio se encontró la si-uiente e,presión para la pro*undidad de socavación a partir del
leco sin erosión 4socavación total8(
! s = 7(64
5 < :
86(− !
n45(7:8
donde@
s @ Pro*undidad de socavación en metros medida desde el leco sin erosión
4socavación total8 ' @Anco del pilar en metros
q @ asto unitario en m:<s por metro de anco
n @ irante normal del *lu+o a-uas arri'a en metros
L"3!&e T).;71 8<=
Para estos autores$ la socavación depende *undamentalmente de la relación de la
pro*undidad del *lu+o y el anco del pilar n<'$ del án-ulo entre la dirección del *lu+o yel e+e lon-itudinal del pilar o án-ulo de incidencia α y$ en se-undo t#rmino de la *orma
del pilar( Al anali%ar este "ltimo *actor$ Laursen y oc lle-an a la conclusión de que$ si
'ien las *ormas idrodinámicas tienden a reducir la socavación$ este e*ecto se pierde
cuando los pilares no están alineados con la corriente$ en particular si se aumenta la
relación n<'(
Al anali%ar la in*luencia de la velocidad media del *lu+o y del diámetro del
sedimento los autores lle-an a la conclusión de que #sta es ine,istente$ pues$ al variar los valores de estos$ se mantiene el equili'rio entre el suministro y la capacidad de
e,tracción de sedimentos(
La pro*undidad de socavación para un pilar alineado con el *lu+o es calculada
por@
donde@
/ = GG / ' 45(7?8
s @ Pro*undidad de socavación local medida desde el nivel inicial del leco(G @ Coe*iciente que depende de la relación n<' y se ilustra en la Fi-ura 5(N(
7/25/2019 Imforme Socavacion Final
http://slidepdf.com/reader/full/imforme-socavacion-final 13/30
G s @ Coe*iciente que depende de la *orma del pilar( a'la 5(7(
' @ anco del pilar en metros
3ala 2.1 Coeficiente 4 s ue depende de la forma de la nari" del pilar+ aplicale a pilares
orientados con la dirección de la corriente para la fórmula de 5aursen y 3och.
F)!+" %e #" N"!$> %e#P$#"!
Re#".$/ %e #" N"!$>L)4$*3%?A.;3!"
Coe*iciente G s
Rectan-ular
/emicircular
El&ptica
Diselada
Per*il )idrodinámico
?@7
5@7
:@7
?@7
?@7
7(66
6(9
6(
6(N
6(
6(N
3
2
1 n
Pilar Anco 'Lon-itud l
Fs
0
0 1 2 3 4 5 6
Yn /b
Figura 2.6 Coeficiente 4 ue depende de la relación ! n 7. 5aursen y 3och ,18690
/i la corriente incide o'licuamente *ormando un án-ulo α con el e+e del pilar$ la
socavación puede determinarse con la ecuación
donde@
/ = GG α
'
45(7N8
G α @ Coe*iciente que depende del án-ulo α y de La relación l <'$ siendo l y
' las dimensiones mayor y menor respectivamente$ del pilar( Este
K = Y s
/ b
7/25/2019 Imforme Socavacion Final
http://slidepdf.com/reader/full/imforme-socavacion-final 14/30
coe*iciente se presenta en la Fi-ura 5(;( En la aplicación del m#todo de
Laursen y oc es necesario considerar$ en primer lu-ar$ que todos los
ensayos reali%ados para su deducción *ueron en condiciones de *lu+o
su'cr&tico$ para n"meros de Froude muy peque.os( /e-"n A-uirre Pe 47968
su empleo de'er&a limitarse a n"meros de Froude menores a 6(N( Por otra
parte$ el m#todo anali%a la socavación -eneral del cauce como *enómeno
simultáneo e independiente a la local$ por lo que estas dos de'en sumarse(
Por "ltimo el m#todo es válido para arenas$ siendo inaplica'le para
sedimentos muy *inos$ con coesión(
7
l /b=16
6 l /b=14
l
l /b=12
5l /b=10
α
bl /b=8
4
l /b=6
3l /b=4
2l /b=2
1
0 15 30 45 60 75
α (en grados sexagesimales)
Figura 2.9 Coeficiente 4 α ue depende del %ngulo de incidencia del flu&o. 5aursen y 3och
,18690
Y"!)&#"*>$e718=0
Como resultado de mediciones reali%adas en la e, Bnión /ovi#tica propone un m#todo
que se puede aplicar en cauces *ormados por materiales no coesivos$ y cuando están
*ormados por materiales coesivos(
Para suelos -ranulares sin coesión la ecuación propuesta por aroslavt%iev es
! S =
4 f
4
4 e +
5
4 :
8 − :6 dS
45(7;8
5 g
K
α
7/25/2019 Imforme Socavacion Final
http://slidepdf.com/reader/full/imforme-socavacion-final 15/30
!onde@
s @ Pro*undidad de socavación en metros medida desde el leco sin erosión(
G * @ Coe*iciente que depende de la *orma de la parte *rontal del pilar y del
án-ulo de incidencia α entre la corriente y el e+e del pilar( Fi-ura 5(
>5 < -'G v @ Coe*iciente que depende de 7
5
dado por la e,presión
lo- 4 = −6(5: g7 $ Fi-ura 5(
Pilar
n Anco 'Lon-itud l
s
G * H 75(? '7 H l senα O 'cosα
l
α '
Pilar
nAnco '!iámet( !
sG * H 76(6 '7 H !
!
Pilar n Anco '
Lon-itud l
s
l
α '
b1 = (l -b)senα + b
Figura 2.; Coeficiente 4 f ue depende de la forma de la nari" del pilar y el %ngulo de
incidencia del flu&o para la fórmula de !aroslavt"iev.
> @ >elocidad media de la corriente a-uas arri'a$ despu#s de a'erse
producido la socavación -eneral(
- @ Aceleración de la -ravedad(
α 0° 76 56 :6 ?6
G * (N ( 9(6 76(: 77(:
7/25/2019 Imforme Socavacion Final
http://slidepdf.com/reader/full/imforme-socavacion-final 16/30
'7 @ Proyección de la sección del pilar so're un plano perpendicular a la
corriente( Cuando α = 6$ '7 = '
e @ Coe*iciente de corrección$ vale 6(; si los pilares se encuentran en el
cauce principal y 7(6 para aquellos construidos en el cauce de avenidas o
inundación(
4 : @ Coe*iciente que toma en cuenta la pro*undidad de la corriente$ de*inido
por lo- 4
: = 6(7 − 6 (:N yn
< $ Fi-ura 5(9
! n @ irante de la corriente *rente al pilar$ este valor corresponde al tirante
ocurrido despu#s de ocurrida la socavación -eneral(
d s @ !iámetro de las part&culas más -ruesas que *orman el *ondorepresentado apro,imadamente por el dN de la curva -ranulom#trica(
Esto es porque al *ormarse el ueco producido por la erosión se reali%a
una selección de materiales y quedan "nicamente los de mayor tama.o(
En el caso de que la distri'ución del material no sea uni*orme en las
capas más pro*undas$ al conocer las curvas -ranulom#tricas de Los
estratos a los cuales se supone puede lle-ar la erosión$ se tomará como
diámetro representativo al dN
mayor de todos ellos( Cuando el material
del *ondo tiene un diámetro menor de 6(N cm$
aroslavt%iev recomienda no considerar el se-undo t#rmino de la *órmula( /i un
estrato con 'oleos so'reyace a uno de arena *ina$ por e+emplo$ y la pro*undidad de
socavación lle-a a #ste "ltimo$ al calcular el dN de ella de'erá tomarse en cuenta que el
'oleo no arrastrado se me%cla con la arena$ produciendo un nuevo material(
aroslavt%iev ace incapi# en que$ en vista de que el esviamiento de la corriente
in*luye considera'lemente en la erosión$ puede resultar que para un caudal de a-ua
menor$ pero que incida con el án-ulo α má,imo$ la erosión local lle-ue a ser mayor que
para las condiciones de -asto má,imo con el án-ulo menor(
aroslavt%iev advierte además que su *órmula puede conducir a errores en los casos
en que la relación n<' sea menor de 5 y el pilar est# inclinado respecto a la
corriente y a.ade tam'i#n que los valores con ella o'tenidos en esas condiciones son
menores que los que realmente se presentan(
7/25/2019 Imforme Socavacion Final
http://slidepdf.com/reader/full/imforme-socavacion-final 17/30
FENOMENO DE SOCAVACION
La socavación local alrededor de pilares se -enera por la acción de corrientes$
aceleraciones y vórtices que se *orman al pasar el *lu+o alrededor del pilar$ como se
ilustra en la Fi-ura :(7( !ependiendo del tipo de pilar y las condiciones de *lu+o se
*orman y acomodan dos tipos de vórtices$ el vórtice erradura y el vórtice en estela(
Estos dos *enómenos participan en el proceso de socavación local del pilar$ el primero
de estos produce la *osa de erosión y el se-undo deposita el sedimento a-uas a'a+o que
se-"n el r#-imen del *lu+o puede variar(
El sistema de vórtices erradura se produce por el *uerte -radiente de presiones
inducido por la inercia del *lu+o y la o'strucción que representa el pilar en la porción
a-uas arri'a de #ste( El e+e de -iro del vórtice erradura tiende a ser ori%ontal$ #ste
vórtice es casi siempre responsa'le de la má,ima socavación local$ pues contri'uye a
mantener en suspensión a part&culas de sedimento de la *osa de erosión para lue-o
trasladarlas en dirección a-uas a'a+o( El sistema de vórtices en estela tiene e+es
verticales y se desarrolla acia a-uas a'a+o del pilar en la re-ión separada como se
muestra en la Fi-ura :(7 para un pilar cil&ndrico circular$ estos vórtices act"an como
rodillos idrodinámicos$ que al ale+arse se diluyen acia a-uas a'a+o$ so're los que *luye
la corriente esto e,plica la deposición de sedimento inmediatamente a-uas de'a+o de la
*osa de erosión(
7/25/2019 Imforme Socavacion Final
http://slidepdf.com/reader/full/imforme-socavacion-final 18/30
Vórtice en herradura
Vórtice en estela
órtices ue se forman al pasar el flu&o alrededor del pilar
C)%$.$)e& I-.$"#e& P"!" e# C"&) %e U P$#"!'
Las condiciones in&ciales de la *orma del leco y de los valores de las descar-as antes deuna avenida in*luyen de modo determinante en cualquier proceso *&sico y en el caso del
proceso de socavación tam'i#n es de -ran importancia( En la naturale%a e,isten cauces
con caudal permanente y otros que car-an estacionalmente ó cauces secos(
En los cauces con caudal permanente los *actores que -eneran el movimiento del
material del leco$ las *ormas de *ondo y cuencos de socavación son relativamente
constantes y solo si var&a el caudal$ las *ormas del *ondo del leco var&an(
Por otro lado en cauces secos que son cauces en *ormación y que -eneralmentetienen *uerte pendiente en las %onas de inundación$ el *enómeno de erosión ocurre
cuando se presenta un torrente de a-ua o avenida esporádica y se-"n el tiempo de
7/25/2019 Imforme Socavacion Final
http://slidepdf.com/reader/full/imforme-socavacion-final 19/30
duración de la avenida se puede producir un des'alance entre el caudal sólido
que entra al cauce producto de erosión a-uas arri'a y el que sale de #l(
C)%$.$)e& F$"#e& @F)&" %e E!)&$/'
E,perimentalmente se o'serva$ ya sea durante o al *inal del proceso de socavación$
acumulación de material inmediatamente a-uas a'a+o del cuenco de erosión cuya *orma
var&a de acuerdo a la *orma del pilar y la interacción de las corrientes de a-ua(
En prue'as e,perimentales en las que las mediciones de las *ormas del leco se acen
lue-o de cortar el in-reso del a-ua$ la *orma de secado del caudal in*luye en la
con*i-uración *inal de la *osa de erosión(
P!).e&) %e S)."".$/'
El vórtice de erradura es el que ocasiona la socavación local alrededor del pilar$ la
*uer%a de #ste vórtice depende de varios *actores como el anco del pilar y la cantidad
de movimiento del *lu+o por unidad de anco en cercan&as del pilar$ #ste vórtice se
encar-a de suspender el sedimento y e,traerlo de la *osa de erosión en un proceso
continuo con intensidad intermitente de'ido al in-reso$ acumulación y salida de los
sedimentos en el cuenco y a la in*luencia de las *ormas de *ondo en su despla%amiento(
En ausencia de transporte de sedimentos por el *ondo del leco y sin variación en las
descar-as$ el cuenco tiende a alcan%ar una pro*undidad de socavación má,ima de
equili'rio en el tiempo(
As&$ en procesos con transporte de sedimentos que produce un in-reso de sedimentos
proveniente de a-uas arri'a del leco$ ocurre simultáneamente el proceso de socavación
y evacuación del cuenco de erosión en *orma$ es decir la pro*undidad de erosión no
siempre se incrementa$ sino tam'i#n a veces disminuye( Al mismo tiempo$ acia a-uas
a'a+o$ inmediatamente despu#s del cuenco de erosión$ en suelos no coesivos$ se
produce sedimentación del material$ cuyas caracter&sticas dependen de la velocidad del
*lu+o(
Las varia'les que se acepta in*luyen en el proceso de socavación en am'os
re-&menes$ su'cr&tico y supercr&tico$ y en la determinación de la pro*undidad de
socavación 4s8$ se considera que son los si-uientes@
• Caracter&sticas -eom#tricas del pilar(Lon-itud 4l 8$ anco 4'8$ *orma de la nari% del pilar 4FRMA8 y án-ulo
vertical del pilar 4β8(
• Caracter&sticas del a-ua y el *lu+o(
7/25/2019 Imforme Socavacion Final
http://slidepdf.com/reader/full/imforme-socavacion-final 20/30
!ensidad del a-ua 4 ρ $ viscosidad cinemática del a-ua 4 ν8$ irantenormal
4n8$ velocidad media4>8 del *lu+o de apro,imación$ la aceleración de la
-ravedad4-8 y pendiente del cauce 4/68(
• n-ulo de incidencia del *lu+o o án-ulo de ataque 4α).
• Caracter&sticas del material del cauce(
!iámetro representativo del sedimento 4ds8$ densidad del sedimento 4 ρs 8$
velocidad cr&tica para la iniciación del movimiento 4>c8 y el es*uer%o cortante
cr&tico para la iniciación del movimiento 4τc8
ANALISIS DEL FENOMENO DE SOCAVACION EN PUENTE SAMAN
INFORMACION BASICA DEL PUENTE SAMAN
PUENTE SAMAN
7/25/2019 Imforme Socavacion Final
http://slidepdf.com/reader/full/imforme-socavacion-final 21/30
1'0 UBICACINEl nuevo puente /AMA3 se encuentra en la carretera /amán SArapa$ correspondiente a la
provincia de A%án-aro$ departamento de Puno(
2'0 CARACTERISTICAS DEL PUENTE
Puente tipo vi-a continua de sección compuesta de cinco tramos$ de una v&a$ con unalon-itud total de 7N:(66 m entre e+es de estri'os(
2'1 De&.!$(.$/ %e# (3e*e
Las caracter&sticas del puente son los si-uientes@
S3(e!e&*!3.*3!"&:
Lon-itud@ 5N(NO:?(6=:O5N(NH7N:(66m(
3"meros de tramos@ N
ipo@ 5 vi-as de acero tipo Plate irder tra'a+ando comosección compuesta con una Losa de concreto de laespesor varia'le(
Materiales@
>i-as
Acero A/M A69 -rado N6 Fy H:(N66T-< cm
2
(
!ia*ra-mas y otros
Acero A/M 69 rado :; Fy H5(N:6 T-<cmU5(
/oldadura de vi-as AJ/ E 67
C)e$/ con pernos de alta resistencia A0:5N(
Losa@
Concreto *VcH56T-<cmU5(
Acero de re*uer%o *yH?566T-<cmU5(
S35e&*!3.*3!":
Estri'os@ ipo muro y alas en B de concreto armado de altura 9(;6m en am'os estri'os(
Pilares intermedios@ !e tipo mono columna de sección rectan-ular con 'ordesaca*lanados de concreto armado las alturas son de@
P7 y P?@ ;(5Nm
P5 y P:@ ;(?Nm(
Materiales@ Concreto *Vc H576 T-<cm 5 Pilares(
7/25/2019 Imforme Socavacion Final
http://slidepdf.com/reader/full/imforme-socavacion-final 22/30
Concreto *VcH576 T-<cm5 Estri'os(
Acero de Re*uer%o *yH?566 T-<cm5(
Cimentación@ Pilotes de despla%amiento de concreto con 'ase so're Sensancada ydiámetro del *uste WH6(?Nm(
N$e# %e #" !"&"*e
En el puente el nivel de la rasante es varia'le con pendientes de 7(?9X y 6(NXde manerasim#trica respecto a los pilares centrales de*ini#ndose las si-uientes tolas(
Estri'o I%quierdo :?7(:6
Pilar 3 o 7 :?7(;
Pilar 3 o 5 :?7(N
Pilar 3 o : :?7(N
Pilar 3 o ? :?7(;
Pilar 3 o N :?7(:6
Estri'o !ereco :?7(:6
2'2 ."!".*e!-&*$."& 4e)*.$."& e ;$%!)#/4$."& %e# &$*$)
C)%$.$)e& %e .$+e*".$)e&
De&.!$(.$/ E&*!$5)I>3$e!%)
P$#"!e&$*e!+e%$)&
E&*!$5)De!e.;)
ipo Arena arenosacompacta
rava arcillacompacta
Arena limosacompacta
Pro*( de cimentación4m8
7;(:6 75(76Y7:(5? 7N(56
Capacidad portante
Admisi'le 4ton8
6(6 77(6 77(6
Cotacimentación4m(s(n(m8
:57(6 :57(76 :57(6
7/25/2019 Imforme Socavacion Final
http://slidepdf.com/reader/full/imforme-socavacion-final 23/30
C)%$.$)e& ;$%!)#)4-"& e ;$%!63#$."&
Pe!$)%) %e !e*)!) C"3%"# Q N$e# %e# "43"
766 N5(66 m5<s
::(79N66 ;5N(66 m:<s 0
'0 OBRAS DE PROTECCION
Como medida de prevención contra la socavación de las ri'eras del cauce$ por e*ecto deavenidas e,traordinarias del rio Ramis$ y evitar da.os en los estri'os$ pilares y terraplenesde acceso se a previsto e+ecutar un sistema de de*ensa ri'ere.a en am'as már-enesmediante una co'ertura de enrocado de 56(66 y 7N(66 m de lon-itud a-uas arri'a y a-uas
a'a+o respectivamente y en los pilares un radio apro,imado de ?(6m (Para los pilaresP7 y P5 y de N(;6 m( para los pilares P5 y P:(
CALCULO EPERIMENTAL DE SOCAVACION
+e*)%)#)4$"
Con el m#todo e,perimental que utili%amos que determinamos los niveles con la ayuda deuna winca con la que construimos el per*il lon-itudinal del puente actual$ di*erente al
per*il lon-itudinal dado en el proyecto para la construcción del puente dado que su*riósocavación -eneral
/ocavación ma,H Cota actual0Cota inicial
SOCAVACION GENERAL:
Con el m#todo reali%ado la socavación má,ima es de 6(; m que se encuentra entre el pilar n : y pilar n?
SOCAVACION LOCAL:
P$#"! N1: 6(:7m 4*i-ura 58
P$#"! N2: 6(N: m 4*i-ura:8
P$#"! N: 6(: m 4*i-ura?8 pilar presenta enrocado de protección
P$#"! N9: 6(;N m 4*i-uraN8 pilar presenta enrocado de protección
Estribo N° 1: no presenta socavación
Estribo N° 2: no se puedo medir la socavación por el sistema de protección
(enrocado)
7/25/2019 Imforme Socavacion Final
http://slidepdf.com/reader/full/imforme-socavacion-final 24/30
ANEXOS
VISTA LONGUITUDINAL D !UNT "SA#AN$
%i&ura '
7/25/2019 Imforme Socavacion Final
http://slidepdf.com/reader/full/imforme-socavacion-final 25/30
SOAVAION !ILA N* '
%i&ura +
SOAVAION N !ILA N* +
7/25/2019 Imforme Socavacion Final
http://slidepdf.com/reader/full/imforme-socavacion-final 26/30
%i&ura ,
SOAVAION N !ILA N* ,
7/25/2019 Imforme Socavacion Final
http://slidepdf.com/reader/full/imforme-socavacion-final 27/30
%i&ura -
SOAVAION N !ILA N* -
7/25/2019 Imforme Socavacion Final
http://slidepdf.com/reader/full/imforme-socavacion-final 28/30
%i&ura .
STI/O N* '
7/25/2019 Imforme Socavacion Final
http://slidepdf.com/reader/full/imforme-socavacion-final 29/30
STI/O N* +