P_Tipos de socavación

SOCAVACIÓN EN PUENTES
Tipos de socavación a considerar
en un puente
Tipos de socavación
1) Socavación a largo plazo y agradación
2) Socavación por migración lateral de la
corriente.
3) Socavación general por contracción y
otras causas.
4) Socavación local en pilas y estribos.
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.
Se considera de tipo permanente.
Causas de la socavación a largo plazo
Corte natural o artificial de meandros
Canalizaciones
Cambios en el control aguas abajo
Extracción de materiales
Desviación de agua desde o hacia el cauce
Modificaciones en el uso del suelo de la cuenca de
drenaje
Corte de meandros
Degradación aguas abajo de presas
Socavación progresiva o regresiva
Si la degradación del cauce por ejemplo, es causada por la construcción de
una presa aguas arriba, el proceso de erosión es progresivo hacia aguas abajo,
lento y asintótico en el tiempo; pero si es causada por el corte súbito de un
meandro, la erosión progresiva hacia aguas abajo y regresiva hacia aguas
arriba y puede ser bastante mas rápida que la erosión progresiva porque
empieza con pendientes mayores. El efecto se puede sentir a lo largo de varios
kilómetros, alcanzar varios metros de profundidad y en tiempo variable.
Agradación del cauce
Sedimentación en
un tramo del río de
materiales erodados
del cauce o de la
cuenca.
Puente Jones
Degradación a largo plazo
Migración lateral
Se presenta por la tendencia
de los ríos a moverse hacia la
parte externa y hacia aguas
abajo de las curvas.
Es de tipo permanente.
Ocurre principalmente en
las curvas del río en que
la capacidad de arrastre
de los sólidos es mayor
en la parte externa que
en la parte interna.
Migración lateral: problemas en pilas y estribos
Migración lateral
Cortesía: Ing. Jorge Molina R.
Degradación a largo plazo
Migración lateral
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
durante crecientes.
Puede ser de tipo
transitorio.
Se debe principalmente a la
contracción del cauce por
pilas, estribos y terraplenes
de aproximación al puente.
La socavación general
por contracción es
causada principalmente por
la disminución del ancho del
cauce, ya sea natural o
artificial.
Ésto ocasiona la aceleración
del flujo y aumenta la
capacidad de transporte de
sedimentos en la zona del
puente.
Socavación general por contracción
HEC-18. 1993
HEC-18. 1993
HEC-18. 1993
HEC-18. 1993
Socavación general por contracción
Ds = f (Q1, Q 2, B1, B 2, h, V , w)
Socavación general por otras causas
Otras condiciones de socavación general
resultan de las características relacionadas
con la corriente (recta, meándrica o
entrenzada), controles variables del flujo
aguas abajo, flujo en codos, confluencias y
otros cambios que ocasionen degradación del
cauce.
Controles variables del flujo
Erosión en el tributario
Q
Descenso del nivel de agua
Socavación local en pilas
Es la remoción del
material que circunda
las pilas de 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.
HEC-18. 1993
Cortesía: Ing. Jorge Molina R.
Cortesía: Ing. Jorge Molina R.
Factores que afectan la socavación local en pilas
⎛V h D
⎞
ds
= f⎜
, , ,σ g , F ,φ⎟
a
⎝ gD a a
⎠
2
B. W. Melville
Factores que afectan la
socavación local en pilas
Ancho y longitud de la pila
Angulo de ataque del flujo
Profundidad del agua
h/a
3
ds
l
l
a
a
a
( a ) Pila cuadrada
( b ) Pila redonda
( c ) Cilindro
(# de Pilas ) . ( a ) = l
l
a
a
( e ) Grupo de cilindros
( d ) Pila puntuda
Cabezal
Cabezal
Pared de
la pila
Pila en
Concreto
Cimentación
PILA SÓLIDA
PILA ABIERTA
Cabezal
Cabezal
Columna
Columna
Cimentación
Zapata
PILAS CON COLUMNA Y ZAPATA CORRIDA
PILA CON COLUMNAS SEPARADAS
Cabezal en martillo
Cabezal metálico
Riostras
Pila en
Acero o Madera
Cuerpo
Cimentación
PILA EN ACERO O EN MADERA ABIERTA
U. S. Department of Transportation. 1979.
PILA EN CANTILIVER O MARTILLO
Forma de la pila y
ángulo de ataque
Maza J. A. 1967.
Velocidad del flujo
Raudkivi, A. J. 1986.
Material del lecho
Raudkivi A. J. 1986.
Gradación del sedimento
Raudkivi A. J. 1986.
Tamaño y posición de la cimentación
Melville B. W. y Raudkivi A. J., 1996.
OTROS FACTORES
Estratificación o no del suelo
Formas del lecho
Hielo y material flotante
Tiempo
Socavación local en estribos
Se refiere a la remoción
del material que circunda
estribos, diques o
terraplenes de acceso a un
puente.
Esta obstrucción forma un
vórtice de eje horizontal que
empieza en la parte aguas
arriba y corre a lo largo de
la estructura y un vórtice de
eje vertical al final de la
misma.
Vórtices
débiles
Vórtices
horizontales
HEC-18, (2001)
Factores que afectan la socavación local en estribos
Estribos cortos (L<h)
2
⎞
⎛
ds
V h D
, , , σ g , F ,θ , G ⎟⎟
= f ⎜⎜
L
⎠
⎝ gD L L
Estribos largos (L > 25h)
2
⎞
⎛
ds
V L D
= f ⎜⎜ , , ,σg , F,θ , G⎟⎟
h
⎝ gD h h
⎠
Longitud del estribo
Profundidad del agua
L
HEC-18, 1993.
Longitud del estribo
Profundidad del agua
Estribo corto
L<h
Estribo largo
L > 25h
Melville, W. B., 1992.
Forma del estribo
Melville B. W., 1992.
Forma del estribo
Velocidad de la corriente
Melville, W. B., 1992.
Angulo de ataque del flujo
Angulo de ataque del flujo
Geometría del cauce
Melville B. W. 1995
Material del lecho
Melville B. W. 1992
Dificultades y limitaciones
Modelo del Bureau of Public Roads. EUA.
CVC, 1974