Se efectúa una revisión detallada del método de Lischtvan-Lebediev para la estimación de la socavación general y se presenta los métodos mayormente empleados para efectuar estimaciones de la erosión local alrededor de pilares y estribos.

1. SOCAVACION NORMAL O GENERAL Y
EROSION LOCAL ALREDEDOR DE
PILARES Y ESTRIBOS
Manuel García Naranjo B.

2. SOCAVACION NORMAL O GENERAL
Se entiende por socavación normal el descenso del
fondo de un río que se produce al presentarse una
creciente. Se origina por el aumento de la capacidad
de arrastre material sólido que en ese momento
adquiere la corriente, en virtud de la mayor velocidad
de flujo.

3. SOCAVACION EN ESTRECHAMIENTOS
Se entiende por socavación en estrechamientos aquella
que se produce por el aumento en la capacidad de
arrastre de sólidos que adquiere una corriente cuando
su velocidad aumenta por efecto de una reducción
hidráulica en su cauce. Este efecto es particularmente
importante en puentes.

4. SOCAVACION EN CURVAS
Se entiende por socavación en curvas aquella que se
produce por el aumento de la velocidad de los filetes
líquidos que se desplazan hacia la parte externa de una
curva. Como consecuencia de la mayor capacidad de
arrastre de sólidos hacia la parte externa que interna
de una curva, la profundidad de erosión es mayor en la
parte del cauce exterior a la curva que en la interior.

5. EROSION EN MARGENES
Es la erosión que las aguas de una corriente producen
en los materiales térreos deleznables o solubles que
formen sus orillas. El efecto es especialmente severo
en crecientes, por el aumento del poder erosivo de la
corriente a causa de su mayor velocidad.

6. EROSION ALREDEDOR DE PILARES
Se refiere a la socavación local que se produce en la
vecindad de pilares de puentes cuando los cambios en
las condiciones hidráulicas de la corriente motivados
por la presencia del pilar dan lugar a que la capacidad
de arrastre supere localmente al aporte de caudal
sólido.

7. EROSION ALREDEDOR DE PILARES
Los parámetros que influyen en la socavación local alrededor de
pilares de puentes son los siguientes:
Parámetros hidráulicos:
• Velocidad media de la corriente
• Tirante de agua frente al pilar
• Distribución de velocidades de la corriente
• Dirección de la corriente respecto al eje del pilar
Parámetros del fondo:
• Diámetro de las partículas
• Distribución granulométrica del material del fondo
• Forma de las partículas sólidas
• Grado de cohesión o cementación
• Peso específico sumergido del material sólido
• Estratificación del subsuelo

8. EROSION ALREDEDOR DE PILARES
Parámetros geométricos del pilar:
• Ancho del pilar
• Relación largo – ancho
• Perfil de la sección horizontal del pilar (sección en planta)
Parámetros de ubicación del puente:
• Contracción en la sección
• Forma del río en planta
• Obras de control de la descarga que se haya construido aguas
arriba o aguas abajo.

9. CÁLCULOS DE SOCAVACIÓN GENERAL EN
SUELOS NO COHESIVOS
Los cálculos de socavación general se pueden efectuar
considerando el procedimiento planteado por LischtvanLebediev, el cual se encuentra descrito de manera detallada en el
Tomo III del libro de Mecánica de Suelos de Juárez Badillo y Rico
Rodríguez, Noriega Limusa Editores, 1994, páginas 366-378.
En el análisis de la socavación general mediante este método se
hace uso de las siguientes variables definidas:

10. CÁLCULOS DE SOCAVACIÓN GENERAL EN
SUELOS NO COHESIVOS
Qd: caudal máximo de avenidas correspondiente a un periodo
de retorno seleccionado.
Be: ancho superficial del río o curso natural en la sección en
estudio. Al ancho total debe descontarse el ancho efectivo de los
pilares.
Hm: tirante medio de la sección, el cual se obtiene dividiendo el
área hidráulica entre el ancho efectivo, Be.
: coeficiente de contracción, que toma en cuenta el efecto de la
presencia de pilares y estribos, cuando hay un puente localizado
en el tramo en análisis. Si se considera que el efecto de
contracción es despreciable o no hay obstáculos en el cauce, el
coeficiente que se adopta es  = 1. Los valores de  a adoptar se
indican en la tabla siguiente:

11. CÁLCULOS DE SOCAVACIÓN GENERAL EN
SUELOS NO COHESIVOS
: coeficiente dado por la siguiente ecuación:
Qd
  5/3
H m Be
donde todos los términos tiene el significado ya señalado.

12. CÁLCULOS DE SOCAVACIÓN GENERAL EN
SUELOS NO COHESIVOS
Ho: profundidad máxima de la sección antes de la erosión.
, beta: el coeficiente  se obtiene de la tabla A-3.2 de la
referencia antes señalada.  es función de la probabilidad anual
(en %) de que se presente el gasto o caudal de diseño.

13. CÁLCULOS DE SOCAVACIÓN GENERAL EN
SUELOS NO COHESIVOS
dm: diámetro medio (en mm) de los granos del fondo.
x: exponente variable que depende del diámetro del material y
que se encuentra en la tabla A-3.3 de la referencia anteriormente
señalada.

14. CÁLCULOS DE SOCAVACIÓN GENERAL EN
SUELOS NO COHESIVOS
Hs: profundidad socavada
Según el planteamiento de Lischtvan-Lebediev, la erosión se
detendrá cuando a una profundidad alcanzada, el valor Vr de la
velocidad de la corriente capaz de producir arrastre llega a ser
igual al valor Ve correspondiente a la velocidad que se necesita
para que el fondo se degrade (erosione).
Las expresiones de Ve y Vr son las siguientes:
v e  0.68  d m
H o
vr 
Hs
5/3
0.28
Hs
x
La profundidad de socavación se deduce aplicando la condición
de equilibrio, esto es: vr = ve ó H 5 / 3
0.28
x
o
 0.68  d m H s
Hs

15. CÁLCULOS DE SOCAVACIÓN GENERAL EN
SUELOS NO COHESIVOS
De la expresión anterior se despeja Hs y con ello se deduce la
profundidad de socavación:
Prof. de socav. = Hs – Ho
La imagen adjunta muestra el proceso de cálculo seguido
haciendo uso de una hoja excel.

16. CÁLCULOS DE EROSION ALREDEDOR DE PILARES
METODO DE LAURSEN Y TOCH
De acuerdo con este método, cuando la mayor
dimensión transversal del pilar está alineado con el
flujo, la socavación puede calcularse con la expresión:
So = K1 K2 b
donde:
So – profundidad de socavación, medida desde el fondo
K1 – coeficiente que depende de la relación tirante de
agua entre ancho del pilar (H/b) (ver gráfico)
K2 – coeficiente que depende de la forma del extremo
del pilar que da frente a la corriente incidente
b – ancho del pilar

17. CÁLCULOS DE EROSION ALREDEDOR DE PILARES
Cuando la corriente incide oblicuamente y forma un ángulo  con
el eje del pilar, la socavación puede determinarse con la expresión:
So = K1 K3 b
donde K3 depende del ángulo  y de la relación longitud del pilar
(a) entre ancho del pilar (b) (ver gráfico)

18. CÁLCULOS DE EROSION ALREDEDOR DE PILARES
Coeficiente K2

19. CÁLCULOS DE EROSION ALREDEDOR DE PILARES

20. CÁLCULOS DE EROSION ALREDEDOR DE PILARES

21. CÁLCULOS DE EROSION ALREDEDOR DE PILARES

22. CÁLCULOS DE EROSION ALREDEDOR DE PILARES

23. CÁLCULOS DE EROSION ALREDEDOR DE PILARES

24. CÁLCULOS DE EROSION ALREDEDOR DE PILARES

25. CÁLCULOS DE EROSION ALREDEDOR DE PILARES

26. CÁLCULOS DE EROSION ALREDEDOR DE PILARES

27. CÁLCULOS DE EROSION ALREDEDOR DE PILARES

28. CÁLCULOS DE EROSION ALREDEDOR DE PILARES
Tabla de Valores de Kf
Tabla de Valores de K

29. CÁLCULOS DE EROSION ALREDEDOR DE PILARES

30. CÁLCULOS DE EROSION ALREDEDOR DE PILARES

31. CÁLCULOS DE EROSION ALREDEDOR DE PILARES

32. CÁLCULOS DE EROSION ALREDEDOR DE PILARES

33. CÁLCULOS DE EROSION ALREDEDOR DE PILARES

34. CÁLCULOS DE EROSION ALREDEDOR DE PILARES

35. CÁLCULOS DE EROSION ALREDEDOR DE PILARES
En este método se establece como límites:
ds ≤ 2.4a para Fr ≤ 0.8
ds ≤ 3.0a para Fr > 0.8

36. SOCAVACION LOCAL EN ESTRIBOS
Es análoga a la
erosión local en
pilares. Se la
distingue por algunas
diferencias en los
métodos teóricos y
experimentales de
evaluación

37. CÁLCULOS DE SOCAVACION AL PIE DE ESTRIBOS
METODO DE LIU, CHANG Y SKINNER
Este método se basa en las siguientes hipótesis:
• La socavación se produce en un lecho móvil
• Los estribos se proyectan dentro del cauce principal, tal como
lo muestra la figura
• No existe flujo sobre las bancas del cauce de inundación
• El largo del estribo (ver figura) es menor que 25 veces la
profundidad media del agua (L/h < 25)
• El flujo es subcrítico
• El Lecho del cauce es arenoso
• Las ecuaciones deben ser ajustadas por un factor de corrección
Kθ para considerar el efecto del ángulo de incidencia del flujo.

38. CÁLCULOS DE SOCAVACION AL PIE DE ESTRIBOS

39. CÁLCULOS DE SOCAVACION AL PIE DE ESTRIBOS

40. CÁLCULOS DE SOCAVACION AL PIE DE ESTRIBOS

41. CÁLCULOS DE SOCAVACION AL PIE DE ESTRIBOS
METODO DE LAURSEN
Este método se basa en las siguientes hipótesis:
• Los estribos se proyectan dentro del cauce principal y tienen pared
vertical
• No existe flujo sobre las bancas del cauce de inundación.
• El largo del estribo es menor que 25 veces la profundidad media del
agua (L/h < 25)
• Las ecuaciones dan profundidades de socavación máximas e incluyen
el efecto de la socavación por contracción, por lo que no se requiere
incluir el efecto de la contracción del cauce para obtener la
socavación total
• Se recomienda considerar un valor máximos de ds/h igual a 4.0.
• Las ecuaciones dadas por Laursen deben resolverse por tanteos.
• Las ecuaciones deben ser ajustadas por un factor de corrección Kθ
para considerar el efecto del ángulo de incidencia del flujo.

42. CÁLCULOS DE SOCAVACION AL PIE DE ESTRIBOS
donde:
h - profundidad media del flujo aguas arriba en el cauce principal
L - longitud del estribo y accesos al puente que se opone al paso
del agua
La ecuación se aplica a estribos con pared vertical. La profundidad
de socavación resultante deben afectarse por un factor de
corrección Kf para tener en cuenta el efecto de otras formas:
Kf = 0.9 para estribos con aleros inclinados a 45°
Kf = 0.8 para estribos con pared inclinada hacia el cauce

43. CÁLCULOS DE SOCAVACION AL PIE DE ESTRIBOS
METODO DE FROELICH
ds - profundidad de socavación, en m
he - profundidad media del flujo (profundidad hidráulica) en la
zona de inundación obstruida por el estribo aguas arriba del
puente, en m
Kf - coeficiente que depende de la forma del estribo

44. CÁLCULOS DE SOCAVACION AL PIE DE ESTRIBOS

45. CÁLCULOS DE SOCAVACION AL PIE DE ESTRIBOS

46. CÁLCULOS DE SOCAVACION AL PIE DE ESTRIBOS