SOCAVACIONPROYECTO :Mejoramiento del Camino Vecinal desde la vía de Evitamiento en la Victoria hasta el Ovalo Monsefú. PUENTE CARROZABLE Nº 01 SOCAVACION : La socavación que se produce en un río no puede ser calculada con exactitud, solo estimada, muchos factores intervienen en la ocurrencia de este fenómeno, tales como: - El caudal -Tamaño y conformación del material del cauce - Cantidad de transporte de sólidos Las ecuaciones que se presentan a continuación son una guía para estimar la geometría hidráulica del cauce de un río. Las mismas están en función del material del cauce. SOCAVACION GENERAL DEL CAUCE: Es aquella que se produce a todo lo ancho del cauce cuando ocurre una crecida debido al efecto hidráulico de un estrechamiento de la sección; la degradación del fondo de cauce se detiene cuando se alcanzan nuevas condiciones de equilibrio por disminución de la velocidad, a causa del aumento de la sección transversal debido al proceso de erosión. Para la determinación de la socavación general se empleara el criterio de Lischtvan - Levediev : Velocidad erosiva que es la velocidad media que se requiere para degradar el fondo esta dado por las siguientes expresiones: Ve = 0.60 gd1.18 b Hsx Vc = 0.68 b dm 0.28 Hsx En donde: Ve = velocidad media suficiente para degradar el cauce en m/seg. gd = peso volumétrico del material seco que se encuentra a una profundidad Hs, medida desde la superficie del agua ( Ton/m3) b = coeficiente que depende de la frecuencia con que se repite la avenida que se estudia. Ver tabla N° 3 x = es un exponente variable que esta en función del peso volumétrico gs del material seco (Ton/m3 ) Hs = tirante considerado, a cuya profundidad se desea conocer que valor de Ve se requiere para arrastrar y levantar al material ( m ) dm= es el diámetro medio ( en mm ) de los granos del fondo obtenido según la expresión. dm = 0.01 S di pi en el cual di = diámetro medio, en mm, de una fracción en la curva granulométrica de la muestra total que se analiza pi = peso de esa misma porción, comparada respecto al peso total de la muestra. Las fracciones escogidas no deben ser iguales entre si. ; m/seg ; m/seg suelos cohesivos suelos no cohesivos B Hs Ho ds 1 2 ( 1 ) - Perfil antes de la erosión. ( 2 ) - Perfil después de la erosión Página 1 00 40.94 30 1.00 0.00 6.52 1.99 Velocidad media en la sección.99 0.00 1.68b dm0.00 1.96 0.00 0.98 0.90 0.96 0.20 0.37 0.00 0.00 1.00 310.27 0.98 0.00 1.94 0.87 0.00 1.29 0.99 0.60b gd1.00 1.20 1.28 0.47 0.30 0.00 0.98 0.83 0.00 3.38 0.45 0.98 0.42 0.99 0.39 0.27 Página 2 .32 0.40 1.99 124 1.00 dm (mm) 0.50 4.93 0.34 0.86 0.95 TABLA N° 2 VALORES DE X PARA SUELOS COHESIVOS Y NO COHESIVOS SUELOS COHESIVOS P.00 o mayor 10 1.80 0.00 90.22 0.97 0.96 0.94 0.46 1.91 18 1.00 60.92 Longitud libre entre dos estribos 21 1.95 0.25 0.00 1.37 0. m 42 1.89 16 1.99 0.00 0.41 0.93 0.71 1.97 0.94 0.98 0.96 0.80 1.99 0.00 1.95 0.52 0.97 0.97 0.99 0.00 25.64 1.97 0.49 0.99 0.26 0.00 1000.48 0.90 0.93 25 1.99 0.98 1.99 200 1.41 0.99 0.28 1 / (1 + x) Donde: a = Qd = Be = m = Hm = x = dm = Qd / (Hm5/3 Be m) caudal de diseño (m3/seg) ancho efectivo de la superficie del líquido en la sección transversal coeficiente de contracción.95 0.99 0.96 0.23 0.97 0.00 750.40 0.29 0.35 0.97 0.42 0.96 0.34 1.00 1.00 8.00 10.00 250.93 0.00 0.00 0.99 0.00 570.91 0.85 13 1.00 0.99 0.32 0.93 0.36 0.88 0.99 0.99 0.96 0.00 2.24 0.94 0.99 0.00 1.33 0.12 1.00 1.00 0.38 0.96 0.51 0.00 140.00 1.99 0.00 1.00 0.98 0. Ver tabla N° 1 profundidad media de la sección = Area / Be exponente variable que depende del diámetro del material y se encuentra en la tabla N° 2 diámetro medio (mm) TABLA N° 1 COEFICIENTE DE CONTRACCION.92 0.98 0.16 1.99 0.44 0.89 2.98 106 1.96 52 1.99 0.99 0.43 0.00 15.58 1.31 0.50 4.05 0.98 0.08 1.94 0.00 20.30 0. en m / seg Menor de 1 1.97 63 1.33 0. ESPECIFICO x SUELOS NO COHESIVOS gd (Tn/m3) 0.96 0.00 370.00 x 0.15 0.00 190.28 1.99 0.89 0.00 0.39 0.18 1 / (1 + x) Suelos no cohesivos: Hs = a Ho5/3 0.97 0.19 0.43 0.04 1.28 0.50 1.00 0.Cálculo de la profundidad de la socavación en suelos homogéneos: Suelos cohesivos: Hs = a Ho5/3 0.50 2.93 0.21 0.98 0.31 0.46 0.97 0.34 0.90 0.98 0.24 1.50 3.00 1.00 0.95 0.36 0.40 0.00 1.50 0.50 2.00 450.35 0. 97 1. su valor se puede encontrar en la tabla N° 4 Pq = coeficiente que depende de la relación Q1/Q. su valor puede obtenerse en la tabla N° 6 Ho = tirante que se tiene en la zona cercana al estribo antes de la erosión ESTRIBO a a EJE DEL ESTRIBO TALUD DEL ESTRIBO R : 1 Q1 Q . El tirante incrementado al pie de un estribo medido desde la superficie libre de la corriente. en que Q1 es el gasto que teóricamente pasaria por el lugar ocupado por el estribo si éste no existiera y Q. El valor de Pq puede encontrarse en la tabla N° 5 PR = coeficiente que depende del talud que tienen los lados del estribo. sino además al pie de espigones.82 0. relacionando con el gasto total que escurre por el río. F.90 0.00 1. es el gasto total que escurre por el río.94 0.86 0. Artamonov y permite estimar no solo la profundidad de socavación al pie de estribos. del talud que tienen los lados del estribo y del ángulo que el eje longitudinal de la obra forma con la corriente. esta dada por: St = Pa Pq PR Ho en que Pa = coeficiente que depende del ángulo a que forma el eje del puente con la corriente. Esta erosión depende del gasto que teóricamente es interseptado por el espigón.( Q1 + Q2 ) Q2 Página 3 .TABLA N° 3 VALORES DEL COEFICIENTE b Periodo de retorno Coeficiente del gasto de diseño b ( años ) 2 5 10 20 50 100 500 SOCAVACION AL PIE DE LOS ESTRIBOS: 0.05 V St Ho So El método que será expuesto se debe a K. como se indica en la figura siguiente. 50 3.00 0.00 0.50 PR DETERMINACION DE LA PROFUNDIDAD DE SOCAVACION TIPO DE CAUCE (ver cuadro adjunto) 1 CAUCE SUELO COHESIVO SUELO NO COHESIVO TIPO 1 2 A.97 10.40 3. Ver tabla Nº 2 Tr = Periodo de retorno del gasto de diseño b = coeficiente que depende de la frecuencia del caudal de diseño.06 6.50 0.20 2.75 1.Cálculo de la socavación general en el cauce: Hs = profundidad de socavación (m) Qd = caudal de diseño Be = ancho efectivo de la superficie de agua Ho = tirante antes de la erosión Vm = velocidad media en la sección m = coheficiente de contraccion.50 0.83 2.90 0.30 3.56 1..60 3.20 TABLA N° 6 VALORES DEL COEFICIENTE CORRECTIVO PR EN FUNCION DE R TALUD R 0 1.275 50.45 0.90 0.07 150º 1.91 1.41 m ds = profundidad de socavación respecto al fondo del cauce ds = Asumimos 0.87 1.07 0.65 0.00 0.02 1. Ver tabla N° 1 gd = peso especifico del suelo del cauce dm = diámetro medio x = exponente variable.70 m Página 4 .61 3. Ver tabla Nº 3 A = área de la sección hidráulica Hm = profundidad media de la sección a = Entonces.94 90º 1. 20.00 0.06 0.84 60º 0.66 m ds = 0.67 0.00 120º 1.502 m3/seg m m m/seg Tn/m3 mm años m2 m Hs = 2.85 1.19 TABLA N° 5 VALORES DEL COEFICIENTE CORRECTIVO Pq EN FUNCION DE Q1/Q Q1/Q Pq 0.10 2.22 0.TABLA N° 4 VALORES DEL COEFICIENTE CORRECTIVO Pa EN FUNCION DE a a Pa 30º 0.87 0.754 1.70 4.00 0.00 0.80 4. 00 0.00 90. m m3/seg m3/seg 1.10 2.00 2. Ver tabla N° 5 a = ángulo que forma el eje del estribo con la corriente Pa = coeficiente que depende del ángulo a .58 m Asumimos So = 1. m m3/seg m3/seg 1.00 0.00 0. Ho = tirante que se tiene en la zona cercana al estribo antes de la erosion Q = caudal de diseño Q1 = caudal que teóricamente pasaría por el lugar ocupado por el estribo de la margen izquierda Q1/Q = Pq = coeficiente que depende de la relación Q1/Q.33 m ds = profundidad de socavación respecto al fondo del cauce So = 1.95 ° St = 3.20 0..00 1..95 ° St = 3. Ver tabla N° 4 R = talud que tiene el estribo PR = coeficiente que depende del talud que tiene el estribo.Estribo margen izquierda aguas abajo St = tirante incrementado al pie del estribo debido a la socavación en mts.75 20. Ver tabla N° 6 Entonces.Estribo margen derecha aguas abajo St = tirante incrementado al pie del estribo debido a la socavación en mts.00 1. Ver tabla N° 4 R = talud que tiene el estribo PR = coeficiente que depende del talud que tiene el estribo.00 2.10 2.Cálculo de la socavación al pie de estribos: 1.60 m 2.00 0.B.33 m ds = profundidad de socavación respecto al fondo del cauce So = 1.75 20. Ver tabla N° 6 Entonces..58 m Página 5 .00 0. Ver tabla N° 5 a = ángulo que forma el eje del estribo con la corriente Pa = coeficiente que depende del ángulo a .00 90. Ho = tirante que se tiene en la zona cercana al estribo antes de la erosión Q = caudal de diseño Q1 = caudal que teóricamente pasaría por el lugar ocupado por el estribo de la margen derecha Q1/Q = Pq = coeficiente que depende de la relación Q1/Q. 60 m Página 6 .Asumimos So = 1. 2 27 25.9 1.6 1200 .54 0.07 n = coeficiente de rugosidad de Manning Ft = fuerza tractiva critica Entonces.1200 1550 ..2030 0. y = m Tabla Nº 1.FUERZA TRACTIVA CRITICA TIPO DE SUELO Arcilla arenosa Arcilla pesada Arcilla Densidad seca = ds/(e + 1 ) 1.5 1.2 .2 FUERZA TRACTIVA CRITICA (Newton/m2) 7. cohesivo) (dato sólo para cauce de mat. COHESIVO TIPO 1 2 3 Cálculo del ancho medio inundable: B Q = ancho medio del cauce en metros = caudal de diseño = L = Luz del puente Fs = factor que describe el material de las orillas Fs = 0. 20.4 Página 7 .0.98 m 1.Hoja2 CALCULO DEL ANCHO Y PROFUNDIDAD MEDIA DEL CAUCE TIPO DE CAUCE 3 (ver cuadro adjunto) CAUCE ARENOSO GRAVOSO MAT.7 5.3 .6 13.07 mm 10..5 6.6 .2270 0.20 Newton / m2 (dato sólo para cauce de mat.PROPIEDADES FISICAS DE LAS ARCILLAS Relación de vacíos Densidad seca kg/m3 Densidad saturada kg/m3 2.2 880 .9 15.00 m3/s 0.2 2030 .0.7 14.1740 1.3 1650 .20 para limos arcillosos Fs = 0.0. cohesivo) B= Cálculo de la profundidad media: y q = tirante del flujo en metros = caudal unitario expresado 12.5 30.2210 2270 .30 para suelos cohesivos n = coeficiente de rugosidad de Manning Ft = fuerza tractiva critica (ver tabla Nº 2) Entonces.10 para arena limosa Fs = 0.0 .2030 2030 .1.2370 Tabla Nº 2.00 m 0.1650 1740 . Hoja2 Densidad saturada = d(s + e)/(e + 1) d = densidad del agua s = peso especifico de las partículas de suelo e = relación de vacíos de la masa de suelo Página 8 . Hoja2 #VALUE! Página 9 .