El documento describe los procesos de erosión y socavación. La erosión puede ser causada por el viento, el agua de lluvia o el escurrimiento y remueve partículas del suelo. La socavación ocurre cuando la fuerza del agua supera la resistencia de los materiales del lecho de un río. Se describen varios tipos de erosión hídrica como la erosión por saltación de la lluvia, escurrimiento y socavación general. También se explican los efectos dañinos de la erosión como la sedimentación en ríos y

1. EROSIÓN Y SOCAVACIÓN

2. EROSIÓN.
La erosión del suelo es la remoción del material superficial por
acción del viento o del agua. El proceso se presenta gracias a la
presencia del agua en las formas: pluvial (lluvias) o de escorrentía
(escurrimiento), que en contacto con el suelo, vencen la resistencia
de las partículas de éste generándose el proceso de erosión.
Muchos proyectos de ingeniería exigen la remoción de la
vegetación y excavaciones de suelo generando problemas
ambientales en laderas y cursos de agua por la producción e
incorporación de sedimentos a las corrientes que alteran los
ecosistemas naturales.

3. EROSIÓN HÍDRICA.
Es la erosión por agua de lluvia y abarca la erosión provocada por el
impacto de las gotas sobre el suelo desnudo, como también la
acción hidráulica que arranca y transporta las partículas de suelo
por el escurrimiento en laderas y taludes.
a. Saltación pluvial. El impacto de las gotas de lluvia en el suelo
desprovisto de vegetación y expuesto, disminuye la permeabilidad e
incrementando la escorrentía.
b. Escurrimiento superficial difuso. Comprende la erosión laminar
sobre laderas desprovistas de vegetación y afectadas por la
saltación pluvial. El escurrimiento difuso ocurre cuando la velocidad
del agua es menor de 30 cm x seg-1.

4. c. Escurrimiento superficial concentrado. Produce dos formas, los
surcos de erosión (canales bien definidos y pequeños), y las
cárcavas, que son canales o zanjones de mayor magnitud.
El proceso se da en cuatro etapas:
1. Entallamiento del canal.
2. Erosión remontante desde la base.
3. Cicatrización.
4. Estabilización.
d. Escurrimiento subsuperficial. Las aguas infiltradas ocasionan la
tubificación y el sifonamiento del suelo, formando cavidades, en
donde la fuerza de infiltración ha superado la resistencia del suelo.

5. EROSIÓN FLUVIAL.
Es la erosión que se presenta en los cursos de agua (quebradas y
ríos). La fuerza tractiva del agua vence la resistencia de los materiales,
produciéndose procesos de socavación lateral y de fondo. Los
procesos movilizan además de arcillas y limos, otros materiales como
arenas, gravas, cantos y bloques, en las formas de acarreo e
disolución, suspensión y acarreo de fondo. Los volúmenes movilizados
por erosión fluvial son altos, en cauces erosionados.

6. Proceso de erosión hídrica y su contribución a la inestabilidad

7. EFECTOS DAÑINOS DE LA EROSIÓN.
• El agua turbia se mezcla con el agua clara, arrastrando las
partículas de tierra a puntos distantes de su origen.
• Los ríos llenos de partículas de tierra, luego se sedimentan sobre el
fondo de lagos o mar, afectando adversamente la vida marina.
• Aumenta la incidencia de inundaciones, los ríos y quebradas se
llenan de sedimentos y el agua se sale de su cauce natural.
• Insuficiencia en los abastos de agua, acumulación de sedimentos en
los embalses.
• Se deteriora la calidad del agua, arrastre de productos químicos y
desperdicios.
• Afectan los ecosistemas marinos, las partículas suspendidas en el
agua limitan la cantidad de luz solar que reciben los arrecifes en
ocasiones causándoles la muerte.

9. Algunas medidas para el control de la erosión.
• Uso de una capa de vegetación para protección, las raíces
proveen una acción fijadora.
• Uso de troncos para la protección del suelo.
• Uso de muro de gaviones para proteger las quebradas.
• Uso de piedras para disminuir la velocidad del agua.

10. SOCAVACIÓN.
La socavación es la remoción de materiales del lecho de un cauce
debido a la acción erosiva del flujo de agua alrededor de una estructura
hidráulica. La socavación del fondo de un cauce definido es el producto
del desequilibrio entre el aporte sólido que trae el agua a una cierta
sección y la mayor cantidad de material que es removido por el agua en
esa sección.
Los materiales se socavan en diferentes formas: suelos granulares
sueltos se erosionan rápidamente mientras que los suelos arcillosos
son más resistentes a la erosión. La profundidad máxima de
socavación se alcanza en horas para suelos arenosos, en tanto que
puede tardar días en suelos cohesivos, meses en piedras areniscas,
años en piedras calizas, y siglos en rocas tipo granito. Es posible que
varias crecientes se requieran para que se produzca máxima
profundidad de socavación dependiendo del tipo de material.

11. TIPOS DE SOCAVACIÓN.
Se supone que los diferentes tipos de socavación se presentan
independientemente el uno del otro por lo que al estimarse la socavación total
deben sumarse los efectos de:
la socavación a largo plazo,
la local y la general por
contracción u otros
factores, evaluándose
además el efecto del
posible movimiento lateral
de la corriente. El interés
por determinar los
diferentes tipos de
socavación radica en saber
si la estructura corre algún
riesgo y en establecer
formas de protección.

12. 1.- 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. Por
no ser de naturaleza transitoria, o sea que no se presenta durante
crecientes, la socavación a largo plazo se considera de tipo permanente.
Se manifiesta en grandes extensiones a lo largo del cauce.
El lecho puede estar en proceso de degradación afectando la estabilidad
del puente, en proceso de agradación lo que sería benéfico para la
estabilidad del puente desde el punto de vista de la socavación o en
situación de equilibrio. Degradación se refiere al descenso o socavación
del lecho del cauce debido al déficit en el suministro de sedimentos
desde aguas arriba. El fenómeno opuesto es la agradación, la cual se
refiere a la sedimentación de materiales erodados del cauce o de la
cuenca en sectores aguas arriba de un cruce.

14. Agradación del cauce.
Sedimentación en un
tramo del río de
materiales erodados del
cauce o de la cuenca.

15. 2.- Socavación por migración lateral de la corriente.
La migración lateral del cauce principal de la corriente ocurre dentro de
las zonas bajas inundables y puede afectar la estabilidad de pilas,
estribos y las zonas de aproximación, o alterar la socavación total al
cambiar el ángulo de ataque del flujo sobre las estructuras.
En ríos meándricos, el cauce se mueve tanto lateral como
longitudinalmente hacia aguas abajo, debe ser tenido en cuenta en la
construcción de puentes en curvas del río y en el diseño de sistemas de
protección.
Los puentes son estructuras estáticas, que fijan la corriente en un lugar
en tiempo y en espacio.

16. Es difícil anticipar cuando y cómo un cambio en el cauce va a ocurrir ya que puede ser
gradual en el tiempo o ser el resultado de una creciente. Tampoco es fácil de predecir
la dirección y la magnitud del movimiento. Las fotografías aéreas son muy útiles para
evaluar estos cambios a través del tiempo. Es importante, al menos, considerar
cambios potenciales en el cauce a la hora de diseñar nuevos puentes o proyectar
medidas de control para puentes existentes.
Los factores que afectan la
migración lateral de un
cauce y la estabilidad de
un puente son:
• Geomorfología de la
corriente
• Localización del
ponteadero
• Características del flujo
• Características del
material del lecho y las
bancas

18. 3.- 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 en suspensión durante crecientes. Ocurre a todo lo largo del río
y no necesariamente se debe a factores humanos como la construcción
de un puente o de otra estructura.
La mas común es debida a la contracción del flujo que ocasiona la
remoción de material a través de todo o casi todo el ancho del cauce por
lo que si los métodos de cálculo de la socavación general se aplican para
la sección de un puente, se está considerando incluido el efecto de la
contracción del flujo y no deben duplicarse los efectos.
La socavación general difiere de la socavación a largo plazo
(permanente) puesto que al ocurrir durante crecientes se considera de
carácter transitorio o cíclico.

19. a) Socavación por contracción.
La socavación por contracción es causada principalmente por la
disminución del ancho del flujo ya sea por causas naturales o
artificiales o por el cambio en el control aguas abajo de la elevación de
la superficie del agua. La causa mas común de socavación por
contracción es la reducción de la sección del flujo por los terraplenes
de acceso al puente y en menor grado por las pilas que bloquean
parte de la sección recta.
Una disminución en la sección mojada implica aumento de la
velocidad media del agua y del esfuerzo cortante. Por lo tanto, se
presenta aumento en las fuerzas erosivas en la contracción
ocasionando que la cantidad de material del lecho que es removido
supere al que es transportado hacia el sitio.

20. El aumento en velocidad produce el incremento en el transporte de
material haciendo que el nivel del lecho descienda, que la sección
mojada aumente, por lo que la velocidad y el esfuerzo cortante
nuevamente disminuyen, haciendo que el equilibrio del río se vaya
restableciendo con el tiempo. Esta situación de equilibrio se da cuando el
material que es removido es igual al material que es transportado hasta
el sitio en consideración.
Otros factores que causan socavación por contracción son:
• Contracciones naturales de la corriente.
• Zonas de aproximación al puente que obstruyen las planicies de inundación.
• Islas o barras de sedimentos en el puente, aguas arriba o aguas abajo.
• Acumulación de basuras o hielo.
• Crecimiento de vegetación en el cauce, en las bancas, o en la zona de inundación.
• Flujo a presión en el puente.

22. b) Otras causas de socavación general.
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 causen degradación del cauce.
Algunas condiciones que producen socavación general están
asociadas con particularidades de la morfología del cauce como
cauces entrenzados que tendrán huecos de socavación mas profundos
cuando dos cauces se unen aguas debajo de una isla. También, un
puente situado aguas arriba o aguas debajo de una confluencia puede
experimentar socavación general debido a condiciones cambiantes del
flujo en el río principal o en los tributarios. El caso mas crítico es
cuando se presenta el nivel mas bajo del agua hacia aguas abajo del
puente.

23. 4.- Socavación local.
Se refiere a la remoción del material que circunda pilas, estribos, diques o
terraplenes de acceso a 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 al flujo.
a) Socavación local en pilas.
El mecanismo que produce la socavación está asociado a la separación
tri-dimensional del flujo en la cara aguas arriba de la pila y a un vórtice
periódico al pie de ella, (Dargahi, B. 1990). La acumulación de agua hacia
aguas arriba de la obstrucción produce una especie de onda en la
superficie y un flujo vertical hacia abajo que crea un fuerte gradiente de
presiones lo que ocasiona separación del flujo, como consecuencia de lo
cual se origina un sistema de vórtices al pie de la pila llamados vórtices de
herraduras que son los principales causantes de la socavación.

24. El flujo hacia arriba
combinado con los
vórtices de herradura
que se forman en la
base de la pila
remueven el material
del lecho y si la tasa
de transporte de
sedimento desde la
zona de obstrucción
es mayor que el
aporte de sedimentos
proveniente de aguas
arriba, se crea el
hueco de socavación.

25. El vórtice de herradura se extiende hacia aguas abajo de la pila
hasta que pierde su identidad al confundirse con la turbulencia
general del flujo. B. W. Melville (1975) describió los vórtices con su
centro de bajas presiones como si fueran máquinas aspiradoras.
La separación del flujo a los lados de la pila crea otros vórtices más
débiles, llamados vórtices de estela, que también se trasladan hacia
abajo e interactúan con los vórtices de herradura haciendo que el
lecho oscile lateral y verticalmente. La influencia de estos vórtices
cesa rápidamente a medida que se alejan de la pila hacia aguas
abajo. Por esto, aguas abajo de la pila generalmente se presenta
sedimentación, (Raudkivi, A. J., 1986). Indicio de la existencia de
vórtices de estela es la presencia de material orgánico muy liviano
que tiñe las aguas de color café.

27. b) Socavación local en estribos.
Se piensa que está afectada por los mismos fenómenos que causan la
socavación local en pilas como son separación del flujo y vórtices de herradura
que remueven partículas localmente. La socavación local se produce en los
estribos que obstruyen el paso del agua. Esta obstrucción forma un vórtice de
eje horizontal que empieza en la parte aguas arriba y corre a lo largo del pie de
la estructura y un vórtice de eje vertical al final de la misma. El vórtice al pie del
estribo es muy similar al vórtice de herradura de las pilas y el vórtice al final es
similar a los vórtices de estela más débiles que se forman aguas abajo.

29. CÁLCULOS DE LA SOCAVACIÓN

30. 1.- SOCAVACIÓN GENERAL DEL CAUSE.
Para fines de estimación con el objetivo de diseño de puentes es usual adoptar un
criterio conservador que cosiste en calcular la máxima profundización posible del
lecho, bajo una condición hidráulica dada.
La máxima profundización del cauce ocurre cuando se alcanza la condición de
transporte crítico, donde la velocidad de flujo se reduce a tal punto en que la
corriente no puede movilizar y arrastrar más material del lecho y a su vez no existe
transporte de material desde aguas arriba.
Por lo tanto, cuando se produce la avenida, la sección geométrica del cauce se
modifica dando lugar a una nueva sección, la cual obviamente está socavada,
donde el lecho queda en condiciones de arrastre crítico o de transporte incipiente.
La condición para que haya arrastre en las partículas en un punto del fondo es que
la velocidad media de la corriente sobre ese punto, denominada velocidad real, “vr”,
sea más que la velocidad media que se requiere para que el material existente en
tal punto sea arrastrado, denominado velocidad erosiva “ve”.

31. 1.1.- Socavación general para suelos cohesivos en cauces definidos con
rugosidad uniforme.
La magnitud de la erosión en suelos limosos plásticos y arcillosos depende
principalmente del peso volumétrico del suelo seco. En este caso, el valor de la
velocidad erosiva que es la velocidad media que se requiere para degradar el fondo,
está dado por la expresión:
𝑣𝑒 = 0.60𝛾 𝑑
1.18
𝛽𝐻𝑠
𝑥 (𝑚 𝑠)
Donde:
ϒd = peso volumétrico del material seco que se encuentra a la profundidad Hs, en
ton/m3.
β = coeficiente que depende de la frecuencia con que se repite la avenida que se
estudia y cuyo valor está consignado en la tabla A-3.2
Hs = tirante considerado, a cuya profundidad se desea conocer qué valor de “ve” se
requiere para arrastrar y levantar al material, en m.
x = exponente variable que está en función del peso volumétrico ϒd del material seco
en ton/m3, el cual se encuentra consignado en la tabla A-3.3

33. La variación de la velocidad media real de la corriente vr, en función de la
profundidad y para cada punto de la sección puede ser obtenida analizando
una franja vertical de la sección transversal, como la que se muestra en la
figura.

34. La hipótesis que se formula para realizar el cálculo es que el gasto en cada franja
permanece constante mientras dura el proceso erosivo, con lo cual la velocidad real
de la corriente es:
𝑣𝑟 =
𝛼𝐻 𝑜
5/3
𝐻𝑠
Donde:
Ho = profundidad antes de la erosión (tirante inicial).
Hs = profundidad después de la erosión.
𝛼 =
𝑄 𝑑
𝜇𝐵𝑒 𝐻 𝑚
5/3
Qd = gasto de diseño
Be = ancho efectivo de la superficie del líquido en la sección transversal; es decir,
del ancho total se descuenta el ancho de las pilas cuando el ángulo de incidencia de
la corriente con respecto al eje de la pila es de 0°.
Hm = tirante medio de la sección, el cual se obtiene dividiendo el área hidráulica
efectiva entre el ancho Be.
μ = coeficiente de contracción, tabla A-3.4

35. La erosión se detendrá cuando a una profundidad cualquiera alcanzada, el valor
de “vr” velocidad de la corriente capaz de producir arrastre y “ve” velocidad que
se necesita para que el fondo se degrade, lleguen a ser iguales.
Ve = vr es la condición de equilibrio.

36. 1.2.- Socavación general para suelos no cohesivos en cauces definidos con
rugosidad uniforme.
En el estudio de la profundidad de la erosión en suelos formados por granos gruesos
(arenas, gravas finas, etc.), “vr” tiene la misma expresión que el caso anterior.
En cambio “ve” está expresada como:
𝑣𝑒 = 0.68𝛽𝑑 𝑚
0.28 𝐻𝑠
𝑥 (𝑚 𝑠)
Donde:
Hs = tirante para el que se desea conocer ve en metros.
x = exponente variable que depende del diámetro del material y que se encuentra en la
tabla A-3.3
dm = diámetro medio (en mm) de los granos del fondo obtenido según la expresión:
𝑑 𝑚 = 0.01Σ𝑑𝑖𝑝𝑖
En la cual:
di = diámetro medio, en mm, de una fracción en la curva granulométrica de la muestra
total que se analiza.
pi = peso como porcentaje de esa misma porción, comparada respecto al peso total de la
muestra. Las fracciones escogidas no deben necesariamente ser iguales entre sí.
La condición de equilibrio para la socavación será también:
vr = ve

37. 1.3.- Cálculo de la profundidad de la socavación en suelos
homogéneos.
En secciones homogéneas puede calcularse fácilmente la profundidad
esperada de socavación dentro de la Teoría de Lischtvan-Lebediev a
partir del análisis hecho en los dos párrafos anteriores.
a) Suelos cohesivos. Por condición de equilibrio, se tiene la siguiente
ecuación.
𝐻𝑠 =
𝛼𝐻 𝑜
5/3
0.60𝛽𝛾 𝑑
1.18
1
1+𝑥
Hs es el tirante total que se produce; al restarle el tirante inicial, Ho,
proporciona la socavación esperada.

38. b) Suelos formados por materiales no cohesivos. Similar al
caso anterior.
𝐻𝑠 =
𝛼𝐻 𝑜
5/3
0.68𝛽𝑑 𝑚
0.28
1
1+𝑥
Conocido el perfil transversal de la sección bajo el puente antes
del paso de la avenida, se escogen en él algunos puntos en cuya
verticales se desea conocer a cuánto alcanza la profundidad
erosionada. Uniendo éstos se tiene el perfil de socavación.

39. 1.4 Cálculo de la profundidad de la socavación en suelos no
homogéneos.
Cualquiera sea la estratificación que se tenga, la profundidad de
equilibrio, arriba de la cual los granos son arrastrados físicamente
por el agua, se puede obtener analíticamente a base de tanteos.
Escogido un punto Pi para el cual se desea calcular la posible
socavación y conocida la estratigrafía bajo la sección, se procede por
estratos a aplicar las fórmulas anteriores según sea el material de que
estén formados. El cálculo se inicia para el manto superior y se
continúa hacia capas más profundas. En el primer estrato en donde
se cumpla que la profundidad Hs calculada cae dentro de él, esa “Hs”
es la buscada y se suspenden los tanteos. Esto mismo se repite para
varios puntos de la sección, que al unirlos darán el perfil teórico del
fondo una vez que se ha producido la socavación.

40. 2.- SOCAVACIÓN LOCAL EN LOS PILARES DE LOS PUENTES.
Cuando un puente cruza un río en una zona en donde no es factible
alcanzar un manto rocoso en el que apoyar las pilas y estribos, el
principal problema que se presenta tanto en proyecto como en
mantenimiento, es el conocimiento de las erosiones locales que sufre el
fondo del cauce, que pueden ser de tal magnitud que lleguen a alcanzar
la base de las pilas y provocar la falla total de la estructura.
La mayoría de las ecuaciones son aplicables para cauces aluviales y no
consideran la posibilidad de que materiales más gruesos y de mayor
peso, presentes en el lecho, acoracen el hoyo que se produce por la
socavación, lo que limitaría su profundidad. En 1965, Breusers propuso
que la profundidad de socavación era de 1.4 veces el ancho del pilar.
Recientemente, otros investigadores como B. W. Melville, Sutherland y
Chang, han reportado que la socavación local es aproximadamente 2.4
veces el ancho del pilar para el caso de pilares circulares.

41. 2.1.- Método de Laursen y Toch.
Se distinguen dos casos generales: uno cuando la corriente incide
paralelamente al eje de las pilas y otro cuando forma un cierto ángulo
con el mismo.
Cuando la mayor dimensión transversal de la pila está alineada con el
flujo, la socavación puede expresarse por:
So = K1K2b
Donde:
So = profundidad de la socavación, a partir del fondo.
K1 = coeficiente que depende de la relación tirante entre ancho de la
pila y que se encuentra en la gráfica de la figura A-III.5
K2 = coeficiente que depende de la forma de la nariz de la pila y que
se encuentra en la tabla A-3.7
b = ancho de la pila.

43. En el caso de incidir oblicuamente la corriente y formar un ángulo ø con el
eje de la pila, la socavación puede determinarse con la expresión:
So = K1K3b
Donde:
K3 = coeficiente que depende del ángulo ø y de la relación a/b, el cual se
determina con la ayuda de la figura A-III.6

44. 2.2.- Método de Yaroslavtziev.
Se distinguen dos casos, uno cuando el fondo del cauce está formado por
materiales no cohesivos y otro cuando está formado por materiales cohesivos.
a) Suelos granulares sin cohesión.
La expresión propuesta para la socavación local es:
𝑆𝑜 = 𝐾𝑓 𝐾𝑣 𝑒 + 𝐾 𝐻
𝑣′2
𝑔
− 30𝑑
Donde:
So = profundidad de socavación, en m.
Kf = coeficiente que depende de la forma de la nariz de la pila y del ángulo de
incidencia entre la corriente y el eje de la misma. Ver figura A-III.7 (a, b y c).
Kv = coeficiente definido por la expresión:
𝑙𝑜𝑔𝐾𝑣 = −0.28 𝑣′2 𝑔𝑏1
3
v' = velocidad media de la corriente aguas arriba de la pila, después de producirse la
erosión general, en m/s.

45. g = 9.81 m/s2
b1 = proyección de un plano perpendicular a la corriente, de la sección de la pila.
Cuando el ángulo de incidencia vale 0°, b1 es igual al ancho b de la pila.
e = coeficiente de corrección, cuyo valor depende del sitio en donde están colocadas las
pilas; vale 0,6 si se encuentran en el cauce principal y 1.0 para las construidas en el
cauce de avenidas.
KH = coeficiente que toma en cuenta la profundidad de la corriente, definido por la
expresión:
𝑙𝑜𝑔𝐾 𝐻 = 0.17 − 0.35 𝐻 𝑏1
H = tirante de la corriente frente a la pila. Obtenido al presentarse una avenida después
de aplicar lo dado en la socavación general.
d = diámetro en m de las partículas más gruesas que forman el fondo y está
representado aproximadamente por el d85 de la curva granulométrica.
Cuando el material del fondo tiene un diámetro menor de 0.5 cm, se recomienda no
considerar el segundo término de la fórmula.
El valor del ángulo de incidencia ø entre la corriente y las pilas es tomado en cuenta en
el valor de b, tal y como puede observarse en la figura A-III.7, el cual, a su vez, interviene
en la valuación de Kh y Lv. Además ø afecta directamente al valor del coeficiente Kf,
excepto en las pilas rectangulares y circulares.
La fórmula puede conducir a errores en los casos en que la relación H/b1 sea menor de
2 y la pila esté inclinada respecto a la corriente.

47. b) Suelos cohesivos.
La expresión utilizada es la misma que para suelos granulares y permite dar un
resultado aproximado mediante la apreciación de la resistencia a la erosión del
suelo cohesivo en comparación con el suelo granular. Este es tomado en cuenta
en el segundo término (30d) de la ecuación anterior en donde se considera un
diámetro “d”, equivalente para los suelos cohesivos tal y como se muestra en la
tabla A-3.8

48. 3.- Socavación al pie de estribos.
El método dado por K. F. Artamonov permite estimar no sólo la profundidad de
socavación al pie de estribos, sino además al pie de espigones. Esta erosión depende
del gasto que teóricamente es interceptado por el espigón, relacionado con el gato total
que escurre por el río, del talud que tienen los lados del estribo y del ángulo que el eje
longitudinal de la obra forma con la corriente. El tirante incrementado al pie de un
estribo medido desde la superficie libre de la corriente, está dada por:
𝑆 𝑇 = 𝑃𝑎 𝑃𝑞 𝑃𝑅 𝐻 𝑜
Donde:
Pa = coeficiente que depende del ángulo α que forma el eje del espigón con la
corriente, como se indica en la figura A-III.14; su valor se puede encontrar en la tabla A-
3.9
Pq = coeficiente que depende de la relación Q1/Q, en que Q1 es el gasto que
teóricamente pasaría por el lugar ocupado por el estribo si éste no existiera y Q, el gato
total que escurre por el río. Su valor puede encontrarse en la tabla A-3.10
PR = coeficiente que depende del talud que tienen los lados del estribo, su valor puede
obtenerse en la tabla A-3.11
Ho = tirante que se tiene en la zona cercana al espigón antes de la erosión.

49. Lo anterior se aplica en forma semejante en el caso de espigones.
Únicamente es necesario añadir que en el caso de tener espigones
construidos en ambas orillas y unos frente a otros, ST se puede reducir a un
75%. Es decir, la expresión anterior puede escribirse como:
𝑆 𝑇 = 0.75𝑃𝑎 𝑃𝑞 𝑃𝑅 𝐻 𝑜

51. 4.- Métodos para reducir la socavación.
a) Protección contra la socavación local al pie de la pila.
De preferencia el boleo debe ser todo de un diámetro uniforme y si eso no es
posible, el diámetro mínimo debe ser mayor que el especificado en cada caso
(Tabla A-3.12).

52. La protección tendrá que estar formada por un mínimo de tres capas, ya que
de lo contrario el material del fondo es extraído entre los huecos y el cono
erosionado se produce de la misma manera. El espesor de la protección no
debe ser menor que el ancho de la pila.
Con el fin de no reducir el área hidráulica útil de la sección transversal bajo
el puente se recomienda colocar el boleo bajo el nivel inferior que puede
alcanzarse durante la socavación general.
Esta protección sirve cualquiera que sea el ángulo de incidencia de la
corriente. Cuando se tiene la certeza que el ángulo de incidencia es de 0° se
puede colocar la protección únicamente en el frente de la pila. Cuando la
corriente incide con cualquier ángulo y por cualquier lado, hay que rodear a
la pila con el pedraplén. A los lados de la pila en su parte central se ha visto
que se puede disminuir la profundidad de protección a la mitad del ancho de
la pila.

53. b) Protección contra la socavación al pie de estribos.
Para el caso de los estribos se puede utilizar un pedraplén en forma análoga
descrita para las pilas, aunque existe una mejor solución, que consiste en
construir espigones que orienten el flujo del agua, encauzándola de manera que
no produzca erosión.

54. PROBLEMA.
En un río cuyo sub suelo bajo el cauce presenta la estratigrafía mostrada
en la figura, se pretende construir un puente. Las características de éste
se indican en la misma figura.
Los datos hidráulicos, en el sitio del cruce, son los siguientes:
Qd = gasto de diseño = 1370 m3/seg.
v = velocidad = 2.3 m/seg.
Tr = periodo de retorno = 50 años.
En la figura está indicada la elevación del NAME correspondiente a los
datos hidráulicos. El eje del puente es normal a la dirección de la
corriente.
Se pide calcular la magnitud de la socavación general en el cauce y la
magnitud de la socavación local en las pilas del puente.

56. a) Socavación general.
Se empleará el criterio de Lischtvan-Levediev.
a.1) Estrato de arena fina poco limosa, de baja plasticidad, dm=0.7mm.
Suelos no cohesivos:
𝐻𝑠 =
𝛼𝐻 𝑜
5/3
0.68𝛽𝑑 𝑚
0.28
1
1+𝑥
Hs=tirante alcanzado considerando la socavación, en m.
Ho=tirante antes de la erosión, en m.
𝛼 =
𝑄 𝑑
𝜇𝐵𝑒 𝐻 𝑚
5/3
Área hidráulica:
𝐴 =
𝑄 𝑑
𝑣
= 595.7 𝑚2
Be=ancho efectivo=112m.

57. Hm=tirante medio=
𝐴
𝐵 𝑒
= 5.32𝑚
μ=coeficiente de contracción=0.98 (Tabla A-3.4 con claro entre dos pilas de
37m y v=2.3m/s).
Con estos datos: α=0.769
β=0.97 (Tabla A-3.2 para Tr=50 años, con 1/50=2% de probabilidad).
dm=0.7mm
1
1+𝑥
=0.71 (Tabla A-3.3, suelo no cohesivo con dm=0.7mm)
Por lo tanto:
𝐻𝑠 =
0.769𝐻 𝑜
1.667
0.68 ∗ 0.97 ∗ 0.70.28
0.71
= 1.288𝐻 𝑜
1.667 0.71

58. Para conocer el perfil probable de socavación a lo largo del cauce, para la
ecuación anterior se proporcionan valores a Ho correspondientes a
diferentes puntos, así:
La magnitud de la socavación general Sg se obtiene restando Ho de Hs. El
perfil de la socavación aparece dibujado bajo el nombre de tanteo (a.1) en
la figura.
Se observa que la socavación alcanza al estrato de arcilla, por lo que será
necesario calcular la socavación en él.
Ho(m) Hs(m) Sg(m)
2.8
4.8
6.8
3.0
4.05
7.66
11.57
4.39
1.25
2.86
4.77
1.39

59. a.2) Estrato de arcilla de alta plasticidad, de consistencia blanda,
ϒd=0.9ton/m3.
Para suelos cohesivos:
𝐻𝑠 =
𝛼𝐻 𝑜
5/3
0.60𝛽𝛾 𝑑
1.18
1
1+𝑥
𝛼 =
𝑄 𝑑
𝜇𝐵𝑒 𝐻 𝑚
5/3
1
1+𝑥
=0.68 (Tabla A-3.3, suelo cohesivo con ϒd=0.9ton/m3)
Luego:
𝐻𝑠 =
0.769𝐻 𝑜
1.667
0.60 ∗ 0.97 ∗ 0.91.18
0.68
= 1.496𝐻 𝑜
1.667 0.68

60. Dando diferentes valores a Ho, se obtiene Hs y Sg.
En la figura se presentan estos resultados con la denominación de
tanteo (a.2).
El perfil de socavación general Sg en el cauce, está indicado en la
figura.
Ho(m) Hs(m) Sg(m)
2.8
4.8
6.8
3.0
4.22
7.78
11.55
4.57
1.42
2.98
4.75
1.57

61. b) Socavación local.
Para efectos de cálculo, se supone que la socavación local en las pilas
ocurre después de la general. En estas condiciones, se calculará la
socavación local en el depósito de arcilla de alta plasticidad, empleando
el método de Yaroslavtziev.
La socavación local So está dada por la fórmula:
𝑆𝑜 = 𝐾𝑓 𝐾𝑣 𝑒 + 𝐾 𝐻
𝑣′2
𝑔
− 30𝑑
Kf=12.4 coeficiente que depende, en general, de la forma de la nariz de
la pila y del ángulo de incidencia entre la corriente y el eje de la misma.
(Fig. A-III 7, pila rectangular, ángulo de incidencia = 0).

62. Kv = 0.73 (con b1=3m, v’=1.82m/s, g=9.81m/s2). Coeficiente que es
definido por la expresión:
𝑙𝑜𝑔𝐾𝑣 = −0.28 𝑣′2 𝑔𝑏1
3
v'=velocidad media de la corriente aguas arriba de la pila, después de
producirse la erosión general, en m/s.
Para obtener la velocidad v’ correspondiente al área hidráulica
aumentada A’, se calcula ésta en el perfil del cruce, y v’ valdrá:
𝑣′ =
𝑄 𝑑
𝐴′
=
1370
753.8
= 1.82 𝑚/𝑠
b1= proyección en un plano perpendicular a la corriente, de la sección
de la pila. Cuando el ángulo de incidencia vale 0, b1 es igual al ancho b
de la pila, es decir, b1=b=3m.

63. e= coeficiente de corrección, cuyo valor depende del sitio donde están
colocadas las pilas = 0.6 (pilas construidas en el cauce principal).
KH= coeficiente que toma en cuenta la profundidad de la corriente, definido
por la expresión:
𝑙𝑜𝑔𝐾 𝐻 = 0.17 − 0.35 𝐻 𝑏1 = 0.08
H= tirante de la corriente frente a la pila = 11.60m
d= diámetro equivalente para suelos cohesivos = 0.01 m (Tabla A-3.8, con
ϒd=0.9ton/m3.
Sustituyendo valores:
𝑆 𝑜 = 12.4 ∗ 0.73 0.6 + 0.08
1.822
9.81
− 30 ∗ 0.01 = 2.4 𝑚
Es decir, la socavación local en las pilas del puente será del orden de 2.4m.