Diplomado socavacion en puentes

DIPLOMADO EN DISEÑO DE PUENTES CONVENCIONALES
PREFABRICADOS Y ANÁLISIS SISTEMICO
i
UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA BOLIVIANA
INGENIERÍA CIVIL
Módulo II Tipología de Puentes
Diplomántes: Blanco Julia
Gonzales Huanca Miguel Angel
Limaco Lucia Lizeth
Mamani Aguilar Wirko Clemente
Nava Chambi Miguel Angel
Silva Edwin
Docente: Ing. Víctor Castro
LA PAZ – BOLIVIA
2018

ii
ÍNDICE
Pág.
Capítulo I..................................................................................................................5
Enfoque del Problema de la investigación .................................................................5
1.1. ANTECEDENTES................................................................................................................................5
1.2. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ........................................................................................................6
1.3. OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN ........................................................................................................7
2. Capitulo II .......................................................................................................8
Introducción al Problema de la Investigación ............................................................8
2.1. INTRODUCCIÓN................................................................................................................................8
2.2. JUSTIFICACIÓN.................................................................................................................................9
2.3. MARCO TEÓRICO .............................................................................................................................9
2.3.1. Fenómenos de la erosión...................................................................................................9
2.3.2. Origen de la erosión en cauces fluviales..........................................................................10
 Aumento de Caudal..............................................................................................................................11
 Interrupción del Transporte Sólido ......................................................................................................11
 Estrechamiento del Cauce....................................................................................................................11
 Flujo en curva.......................................................................................................................................12
 Pilares y Estribos ..................................................................................................................................12
2.3.3. Socavación en los estribos de los puentes .......................................................................12
2.3.4. Tipos de socavación.........................................................................................................13
Socavación general.......................................................................................................................................13
Socavación por estrechamiento ...................................................................................................................14
Socavación Local...........................................................................................................................................14
Socavación Localizada ..................................................................................................................................14

iii
Mecanismos de falla.....................................................................................................................................15
3. Capitulo III ....................................................................................................17
Calculo de Socavación en Puentes ...........................................................................17
3.1. CALCULO DE LA FORMA DE LA SECCIÓN ...............................................................................................24
3.2. CALCULO DE LA SOCAVACIÓN GENERAL POR CONTRACCIÓN.....................................................................26
Método de Artamonov (1956)..........................................................................................................26
Método de Laursen (1958) ...............................................................................................................28
Método de Froehlich (1989) .............................................................................................................30
CONCLUSIONES.......................................................................................................31

iv
Lista de figuras
Pág.
Figura 1 Nomenclatura típica para el cálculo de la socavación........................................................................23
Figura 2 Sección transversal del cause..............................................................................................................23
Figura 3 Zonas de la sección transversal del cause...........................................................................................26
Figura 4 Esquema de Definición para Aplicar el Método de Artamanov ..........................................................27
Figura 5 Coeficientes de Artamanov para Determinar la Profundidad de Socavación para Estribos ...............27
Figura 6 Máxima Profundidad de socavación en un Estribo sobre el Area de Inundación ...............................29
Figura 7 Máxima Profundidad de Socavación en un Estribo sobre el Cause Principal......................................29
Figura 8 Efecto del Angulo de Incidencia en la Profundidad de Socavación .....................................................30
Figura 9 Coeficiente según forma del estribo ...................................................................................................30

TIPOLOGIA DE PUENTES 5
Capítulo I
Enfoque del Problema de la investigación
1.1. Antecedentes
Debido a la necesidad de integración física del país, en Bolivia se han construido
gran número de puentes en las tres regiones naturales, sobre ríos de diversas
características que están expuestos a la ocurrencia de fenómenos hidrológicos
extremos tales como las avenidas, con el consiguiente riesgo de socavación al pie
de la subestructura (pilares y estribos).

1.2. Planteamiento del problema
La colocación de un estribo que se proyecta en el cauce de un Río crea
obstrucción y perturbación en la evolución natural del cauce, generando la
aceleración del flujo, corrientes y formación de vórtices que intensifican o aumentan
la socavación del lecho alrededor del estribo, los principales fenómenos causantes
de este hecho son la concentración de corrientes y el sistema de vórtices que se
forma en el flujo.
El estudio de este fenómeno no es sencillo, por involucrar un análisis
tridimensional en la interacción flujo-sedimento-estructura con un patrón de flujo que
raramente podría considerarse en un régimen uniforme. El desarrollo teórico tiene
así limitaciones que la Hidráulica Experimental ofrece superar, empleándose como
una herramienta muy importante para el estudio de socavación al pie de estribos,
permitiendo la formulación de los diversos métodos para estimar la profundidad de
socavación.

1.3. Objetivos de la investigación
Profundizar el conocimiento sobre el proceso de la socavación al pie de
estribos de puentes.
Cubrir el estudio de socavación en lechos no cohesivos necesarios para el
diseño de puentes al efecto de estribos.

2. Capitulo II
Introducción al Problema de la Investigación
2.1. Introducción
Gran número de puentes cruzando corrientes de agua, están expuestos a la
ocurrencia de fenómenos hidrológicos extremos, con el consiguiente riesgo de
socavación al pie de la subestructura (pilares y estribos).
La colocación de un estribo en el cauce de un río crea perturbación y obstrucción
al flujo de agua en un río, generando la aceleración del flujo y formación de vórtices
que provocan la socavación del lecho alrededor del estribo, los principales
fenómenos causantes de este hecho son la concentración de corrientes y el sistema
de vórtices que se forma en el flujo.
El estudio del fenómeno de socavación al pie de estribos de puentes es
complejo, sin embargo, los resultados teórico-experimentales realizados hasta la
fecha permiten calcular profundidades de socavación utilizables para el diseño a lo
largo de la vida útil de la estructura en condiciones similares a los estudiados,
aunque con resultados muy disparejos.

2.2. Justificación
Un estudio a nivel nacional en el año 1973 por la Administración Federal de
Carreteras de los Estados Unidos (FHWA) concluyó que de 383 puentes que
fallaron por inundaciones catastróficas, el 25% corresponde a daños de pilares y
75% corresponde a daños de estribos. Un segundo estudio más amplio en 1978
concluye que los problemas de socavación en pilares son similares a la socavación
en estribos. La inundación de 1993 en la cuenca alta del Río Mississippi, causó el
fallo de 23 puentes, de los cuales 14 fallaron por socavación en estribos, 2 por
socavación de pilares, 3 por socavación de estribos y pilares, 2 por inundación de
dique lateral, uno por carga de escombros y uno por causa desconocida [22].
Frente a esta situación la sección de Posgrado de la Facultad de Ingeniería Civil
de la Universidad Nacional de Ingeniería, ha impulsado la realización de trabajos de
investigación en socavación de pilares y estribos de puentes. Este estudio
corresponde a una Línea de Investigación de socavación en pilares, pilares varios
y estribos de puentes, de la sección de Posgrado de la Facultad de Ingeniería Civil
de la Universidad Nacional de Ingeniería, asesoradas por el CE Ing. Francisco
Coronado del Águila.
2.3. Marco teórico
2.3.1. Fenómenos de la erosión
La erosión en general es la profundización del cauce de un lecho resultado de la
acción del flujo del agua.

La erosión puede ser local o generalizada; la erosión local o socavación
propiamente dicha, está circunscrita a un lugar determinado, y a veces está limitada
a una cierta duración, y se debe a una perturbación del flujo.
La socavación, como fenómeno hidráulico, se origina en movimientos vorticosos
que ocurren al pie de determinadas estructuras hidráulicas, como un pilar y estribo
de puente, o en la descarga de un vertedero.
La erosión generalizada, o degradación, se produce a lo largo y ancho de un
cauce fluvial. La degradación del cauce es extensa y progresiva.
En general el estudio de la erosión local no es sencilla. Es un fenómeno
tridimensional, inpermanente, en el que hay una gran interacción entre la corriente
y el lecho que está siendo erosionado. La profundidad de erosión es variable hasta
que llegue a su valor máximo, el que se presenta cuando la velocidad de la corriente
disminuye hasta hacerse igual a la velocidad crítica de iniciación de movimiento de
los sólidos. La hidráulica Experimental es muy importante para el estudio de la
erosión.
La erosión es un fenómeno que se desarrolla con el tiempo hasta llegar a una
situación de equilibrio. Mientras el estribo interrumpe el proceso natural de
degradación la fosa local, por la generación de corrientes que la profundizan hasta
llegar a una profundidad de equilibrio de acuerdo a las dimensiones de los sólidos
del cauce.
2.3.2. Origen de la erosión en cauces fluviales

Hay varias circunstancias típicas en las que se presenta la erosión. Entre ellas
se pueden señalar las siguientes:
Aumento de Caudal. - Cuando ocurre una avenida, también aumentan la
velocidad media de la corriente, la fuerza tractiva y la capacidad de
transporte. Esta es una forma de originarse la erosión y que puede conducir
a un acorazamiento del lecho, a una erosión generalizada, a erosiones
locales en determinados puntos, etc. Cuando el aumento de caudal se
combina con otras circunstancias, el fenómeno de erosión puede ser muy
grande.
Interrupción del Transporte Sólido. - Un cauce fluvial tiene una
tendencia hacia el estado de equilibrio. Si por alguna circunstancia se
interrumpe, o se disminuye el aporte sólido, el río conserva su capacidad
de transporte, pero como posee menos sólido obtiene estos del lecho
fluvial.
Estrechamiento del Cauce. - Muchas veces por diversas circunstancias,
se presenta el estrechamiento del ancho de un tramo fluvial. Esto ocurre
cuando se ha ejecutado un encauzamiento del río en el que se ha
exagerado la disminución del ancho del río. Otras veces los
estrechamientos excesivos tienen que ver con la construcción de puentes.
Cualquiera que sea el origen del estrechamiento, implica aumento de la
velocidad y de la capacidad de transporte de la corriente. El resultado es
la profundización del cauce por el estrechamiento.

Flujo en curva. - En la margen exterior de una curva fluvial hay tendencia
a la erosión. Por el contrario, en la curva interior hay tendencia a la
sedimentación. Estos son fenómenos propios de la dinámica fluvial. En
algunos casos se tiene que contrarrestar sus efectos y en otros usarlos.
Pilares y Estribos. - Cuando en un cauce fluvial hay elementos extraños,
como un pilar de puente o un estribo, aparece la tendencia de erosión
local o socavación.
2.3.3. Socavación en los estribos de los puentes
La socavación al pie de estribos, se genera por la acción de vórtices. La duración
para llegar a la máxima profundidad de socavación, depende principalmente del tipo
de suelo de fundación, aunque algunos investigadores no lo consideran y otros
factores como la capacidad de erosión del flujo y de la penetración del estribo en el
cauce. Los suelos granulares no cohesivos son rápidamente erosionados por el flujo
de agua, mientras que los suelos cohesivos presentan una resistencia inicial mayor.
Las ecuaciones para el cálculo de la profundidad de socavación al pie de estribos
en lechos no cohesivos están basadas enteramente en datos de laboratorio. Por
ejemplo, Las ecuaciones hechas por Liu y otros, Laursen, Froehlich y Melville, están
basadas enteramente en datos de laboratorio. Desde que existe pocos datos de
campo, las ecuaciones de Liu y otros fueron desarrollados por análisis dimensional de
las variables con los datos de laboratorio.
Las ecuaciones de Laursen están basadas en el razonamiento inductivo del cambio
en las relaciones del transporte debido a la aceleración del flujo causado por el estribo.

La ecuación de Froehlich fue derivada desde el análisis dimensional y análisis de
regresión de los datos de laboratorio disponibles y propios. Las ecuaciones de Melville
fueron derivadas con análisis dimensional y desarrollo de relaciones entre parámetros
adimensionales.
2.3.4. Tipos de socavación
Existen en general cuatro tipos de socavación a considerar en el diseño de un
puente:
Socavación general Este tipo de socavación ocurre de manera natural en los
ríos independientemente de que exista o no un puente en su cauce y se desarrolla
a corto o largo plazo. La de corto plazo ocurre durante una o varias avenidas
separadas a intervalos cortos de tiempo y en general se recupera el nivel original
del fondo del cauce al reducirse la creciente. Por otro lado la de largo plazo requiere
de largos periodos que van desde meses hasta varios años e implica una
degradación progresiva del fondo del cauce y la erosión de los márgenes del río.
Dicha degradación progresiva implica la disminución casi permanente del nivel del
fondo debido a flujos muy prolongados, actividad humana como puede ser la
construcción de presas, etc. La erosión de los márgenes del río es un fenómeno
importante a tomarse en cuenta ya que puede ocasionar que la estructura se vea
rodeada por el río al ser socavados los terraplenes de acceso y con ello los estribos
o caballetes.

Socavación por estrechamiento Este tipo de socavación se debe
precisamente a la existencia de un puente o estructura en el cause del río, conforme
la corriente se aproxima a la estructura experimenta un aumento en su velocidad
debido a la disminución paulatina del área hidráulica (por la presencia de las pilas y
accesos) lo que provoca una socavación adicional a la natural, a dicho fenómeno
se le conoce como socavación por estrechamiento.
Socavación Local Ocurre por la interferencia de las pilas y estribos en el flujo
de agua y se caracteriza por la formación de una poza alrededor de tales elementos
o bien de forma adyacente a ellos. También de puede considerar socavación local
la que ocurre a espigones y otro tipo de obras sobre ríos.
Socavación Localizada La socavación por estrechamiento y la socavación local
se conocen en conjunto como socavación localizada y puede ocurrir en aguas claras
(esto es sin sedimentos) o bien en flujos que arrastran sedimentos (fondo vivo). La
primera ocurre cuando el material del fondo aguas arriba de la zona socavada queda
en reposo, en este caso la máxima profundidad de socavación se alcanza cuando
la corriente ya no puede remover el material del área socavada. La socavación en
aguas que arrastran sedimentos ocurre cuando existe transporte generalizado de
sedimentos en el río. La profundidad de socavación de equilibrio se alcanza cuando

el ritmo de transporte de material de fondo en la poza de socavación es igual al ritmo
con que dicho material es extraído de ella.
Los efectos de socavación deben tomarse en cuenta desde la etapa de diseño
de la estructura de tal modo que el proyecto ejecutivo contemple la construcción de
protecciones adecauadas contra socavación. Por otro lado en las estructuras que
ya tienen cierto tiempo de haberse construido se debe tomar en cuenta el efecto de
socavación en los estudios de campo y en el proyecto de reforzamiento. El ingeniero
estructural debe tomar en cuenta las recomendaciones del especialista de mecánica
de suelos así como el hidrólogo para poder diseñar una solución óptima en su
proyecto de reforzamiento. Si la estructura es muy importante debe consultarse con
un especialista en el tema.
Mecanismos de falla Como se ha mencionado, la socavación puede causar
diversos daños a las estructuras que se construyen sobre el cauce de un río.
Algunos de los mecanismos de falla por socavación más comunes son los
siguientes:
Erosión de los márgenes del río: Esto suele suceder sobre todo en las
zonas donde el cauce cambia de dirección.
Erosión de los terraplenes de acceso:

Es una falla bastante común en los puentes que cruzan ríos, si los
terraplenes no cuentan con losa de protección o bien un zampeado de
mampostería son muy susceptibles a sufrir daños durante las crecidas.
Falla de fondo: Este fenómeno ocurre cuando por efecto de la velocidad
del agua el material del fondo del cauce es removido, dejando al
descubierto parcial o totalmente la cimentación. En algunos casos la
erosión del fondo es tan severa que lleva a la falla de las pilas o pilotes,
provocando el hundimiento o desplazamiento de las mismas y en los
casos más graves al arrancamiento de todo el cimiento, esto puede
suceder cuando las crecidas son extraordinariamente grandes y el tirante
alcanza a rebasar el nivel de rasante del puente.
Los efectos que la socavación puede causar son variados y dependen mucho
del tipo de cimentación, el esviaje del puente y otros factores. Algunos efectos de
grado intermedio son por ejemplo la total socavación de los terraplenes de acceso,
lo que implica que aunque la estructura quede en buen estado no se pueda utilizar
y el cruce quede incomunicado.
En estructuras con estribos de mampostería puede generarse la destrucción de
los estribos y pilas ya que, al socavarse el suelo de soporte cambian los estados de
esfuerzos, si hay mucha tensión la mampostería no tiene capacidad para soportarla
y se produce la falla del material, lo que puede poner en peligro la estabilidad de la
estructura.

3. Capitulo III
Calculo de Socavación en Puentes
El cálculo de la profundidad de socavación en un puente ha inquietado a los
diseñadores por mucho tiempo y ha atraído considerable interés por la investigación
en este campo. El enfoque dado al cálculo de las máximas profundidades de
socavación en la actualidad, parte de suponer que ésta depende de variables que
caracterizan al flujo, al material del lecho en el cauce y a la geometría del puente,
para terminar con una ecuación empírica de tipo determinístico.
La determinación de la socavación a largo plazo y por migración lateral de l
corriente se basa mas en análisis cualitativo y en la aplicación de conceptos de
mecánica de ríos que en el uso de fórmulas empíricas. Por otro lado, existen
muchas ecuaciones para calcular la profundidad de socavación en pilas, pero, solo
hay algunas aplicables para el caso de estribos y la socavación general por
contracción u otras causas. Sin embargo, no existe una obvia similitud entre las
ecuaciones, ni en su apariencia ni en sus resultados, y además, se tiene poc
verificación de su aplicabilidad con información de campo.
Hay mucha incertidumbre sobre el uso de las ecuaciones y sobre cuál representa
mejor las condiciones reales del río y del puente. Esto hace difícil establecer una
sola ecuación que sea lo suficientemente precisa y segura para estimar las
profundidades de socavación debido al alto grado de incertidumbre existente y a las
muchas variables involucradas en el problema como son: flujo no permanente,
caudal de diseño, geometría de las estructuras, turbulencia, tamaño y distribución

del sedimento, características hidráulicas durante crecientes, ángulo de ataque del
flujo, presencia de basuras y tiempo de duración de la creciente.
Poca información existe sobre modelos teóricos para estimar la socavación
Algunos ejemplos de estos intentos son: a) Los investigadores D. Subhasish, K. B.
Sujit y L. N. S. Ghandikota (1995) han tratado de desarrollar un modelo en tres
dimensiones para el flujo alrededor de pilas circulares en un hueco socavado casi
en equilibrio bajo condiciones de agua clara. Para ello, han estudiado
experimentalmente la socavación local en pilas y además han expresado en forma
teórica los componentes de velocidad para diferentes partes del flujo alrededor d la
pila. Las ecuaciones por ellos deducidas satisfacen la ecuación de continuidad y se
ajustan bastante bien a las mediciones experimentales con que las verificaron por
lo que sus autores piensan que se podría usar para simular el flujo en prototipo. b)
A. Ferdous y R. Nallamuthu, (1997), han realizado quizá el primer intento de aplicar
modernas teorías de capa límite en flujo turbulento en tres dimensiones analizando
los casos de pilas circulares sobre lecho liso, lecho fijo rugoso y lecho móvil rugoso
permitiendo el desarrollo del hueco de socavación. Los modelos usados se
comportaron mejor en las secciones alejadas de la pila pero no representan muy
bien la realidad en su proximidad.
Es evidente que el flujo alrededor de una pila es muy complejo para ser analizado
teóricamente y es muy variado para sacar conclusiones de unas pocas
investigaciones experimentales, por lo que se requiere de más investigación en el

futuro para aclarar el comportamiento del flujo en tres dimensiones alrededor de una
pila bajo diferentes condiciones de frontera.
Es así como debido a la complejidad de todas las variables involucradas en la
socavación no existe todavía una solución teórica válida, por lo que toca recurrir a
los resultados de investigaciones experimentales de laboratorio basadas en análisis
dimensional, que como se ha anotado, arrojan resultados muy dispares y en algunos
casos contradictorios. Las ecuaciones disponibles hasta la fecha son envolventes a
resultados obtenidos de modelos físicos de laboratorio y muchas veces las
profundidades de socavación son exageradas especialmente para el caso de
estribos.
El problema de determinar la socavación local en una pila está más o meno
resuelto, pero, todavía no existe una solución confiable y concisa para el caso de
los estribos. Los métodos para evaluarla, superponen los efectos de la socavación
por contracción y la socavación local lo cual es otro factor que lleva a sobre-estimar
las profundidades de socavación puesto que en la realidad, son acciones
simultáneas. Las ecuaciones disponibles hasta la fecha para calcular socavaciones
en las diferentes estructuras de un puente, tanto construido como por construir, dan
solo un orden de magnitud para saber alrededor de qué valor va a estar l
profundidad máxima de socavación real.
El programa de computador HEC-RAS Versión 3.1.1 (2003) permite realizar la
hidráulica en la zona del puente y hacer cálculos de profundidades de socavación
local en pilas y en estribos usando las ecuaciones recomendadas en HEC-18, 2001,

(Ver Capítulo 2). Por otra parte, el programa HEC-6 Versión 4.1, es un modelo
numérico en una dimensión de canales en lecho móvil y sirve para simular y predecir
cambios en el perfil del lecho resultantes de procesos de sedimentación y/o
degradación a lo largo de períodos moderados de tiempo, típicamente años, aunque
también son posibles simulaciones para crecientes independientes. Algunas
características del HEC-6 incluyen: análisis de sistemas de corrientes, dragado d
cauces, correcciones con diques y uso de varios métodos para calcular tasas de
transporte de sedimentos.
Este programa HEC-6 podría usarse complementariamente para evalua cambios
a largo plazo en ríos en asocio con el programa HEC-RAS para los cálculos de
socavación en el puente propiamente dichos.
La socavación es en resumen, la combinación de varios factores, unos a larg
plazo y otros transitorios durante crecientes. Aunque la mayoría de los fallos de
puentes ocurren durante la crecientes no se pueden desestimar los otros, pero en
esta sección se dará énfasis al cálculo de la socavación general por contracción y
a la local en pilas y en estribos. Métodos para evaluar la socavación general sin la
influencia de la contracción del puente, la socavación a largo plazo y por migración
lateral de la corriente se incluyen en la Parte 3. Debe aclararse que la máxima
profundidad de socavación total está limitada por la presencia de un medio rocoso
u otro material resistente que impedirá que progrese indefinidamente y no se llegue
a los valores estimados.

La decisión final sobre la cimentación de la estructura de un puente y/o sus
medidas de protección, debe basarse no solo en los resultados que las ecuaciones
arrojen, sino también, en el buen criterio, experiencia y conocimiento de las
variables involucradas en el problema por parte del ingeniero evaluador. Las
ecuaciones para calcular las profundidades de socavación que se verán en las
secciones siguientes están escritas en su gran mayoría en sistema métrico de
unidades (SI o ST), salvo aclaración en caso contrario.
DT = profundidad de socavación total
Ds = profundidad de socavación general por contracción u otras causas
ds = profundidad de socavación local en pilas o en estribos
Hs = profundidad del agua después de ocurrida la socavación por contracción
medida desde el NAME hasta el fondo del cauce socavado
h = profundidad del agua antes de la socavación medida en una línea vertical
desde el
NAME hasta el fondo del cauce original
HT = profundidad del agua después de ocurrida la socavación por contracción y
la socavación local medida desde el NAME hasta el fondo del cauce socavado
NAME = nivel de aguas máximas extraordinarias
a = ancho de la pila
a’ = ancho proyectado de la pila
l = longitud de la pila
φ = ángulo de ataque del flujo sobre la pila
ac = ancho de la cimentación
lc = longitud de la cimentación

L = longitud del estribo o de los terraplenes de aproximación al puente que se
opone al paso del agua.
θ = ángulo de ataque del flujo sobre el estribo
V = velocidad del flujo
a' = lsenφ + a cosφ
La profundidad del lecho socavado es:
DT = Ds + ds
Ds = Hs - h
ds = HT - Hs
Be = B - na’
Be = ancho efectivo del cauce descontando el ancho de las pilas si el ángulo de
ataque del flujo al puente es nulo, o el ancho proyectado de las pilas en sentido
normal a la corriente si el puente está sesgado
B = ancho total del cauce
n = número de pilas

Figura 1 Nomenclatura típica para el cálculo de la socavación
Figura 2 Sección transversal del cause

3.1. Calculo de la forma de la sección
Algunos de los métodos para calcular profundidades locales de socavación
requieren que se determine previamente la forma de socavación: en lecho móvil
(vivo) o en agua clara. Para esto es necesario que se determine si el flujo en el
cauce principal o en las laderas aguas arriba del puente está transportando o no
materiales para luego escoger la ecuación que resulte apropiada.
Las profundidades de socavación en lecho móvil pueden estar limitadas si exist
una apreciable cantidad de partículas grandes en el fondo del cauce, caso en el cua
es aconsejable usar también ecuaciones de socavación en agua clara y escoger la
profundidad que resulte menor de las dos o la que a criterio resulte mas
representativa. Así mismo, ecuaciones de socavación en agua clara deben usarse
si es poca la cantidad de material que es transportado desde aguas arriba a la
contracción o si el material es muy fino como para ser retenido en el hueco d
socavación.
Para determinar si el flujo aguas arriba está transportando materiales de lecho
se debe calcular la velocidad crítica para inicio de transporte de sedimentos Vc de
la partícula D50 y compararla con la velocidad media de la corriente en el cauce
principal o en las laderas o sobrebancas aguas arriba de la abertura del puente.
• Agua clara V < Vc
• Lecho móvil V > Vc

La velocidad media se determina según la ecuación de Manning y para calcular
la velocidad crítica se usa cualquiera de las ecuaciones vistas en la Parte II, aunque
es muy usual aplicar la siguiente ecuación recomendada en HEC-18.
Vc = velocidad crítica por encima de la cual el material de lecho con tamaño D50
o más pequeño es transportado [m/s]
h = profundidad del flujo [m]
D50 = diámetro de la partícula de lecho en una mezcla cuyo 50% es menor [m]
La ecuación es una simplificación de la siguiente ecuación de tipo más general
Ks = parámetro de Shields = 0.039
Gs = gravedad específica del material del lecho = 2.65
n = coeficiente de rugosidad de Manning = 0.041 D1/6
Es importante determinar mediante observación directa en el campo los límites
del cauce principal, lo que en la práctica no siempre resulta fácil de hacer, sobre

todo si el cauce no está muy bien definido. Algunos criterios generales son: definir
el cauce que siempre transporta agua con un período de retorno frecuente (ejemplo,
Tr = 2 años), observar cambios bruscos de pendiente en la sección transversal del
cauce, observar cambios en los materiales del cauce pues muy posiblemente
Figura 3 Zonas de la sección transversal del cause
3.2. Calculo de la socavación general por contracción
Método de Artamonov (1956)
Artamonov, según Maza (1967) define una ecuación independiente del tipo de
sedimento presente en el lecho del cauce
Ys= Pq Pϴ Pm Pn
Donde:
Ys : Profundidad de socavación al pie del estribo
Yn : Tirante normal, anterior al proceso erosivo, aguas arriba del estribo
Pq : Coeficiente dependiente de la relación entre el caudal que intercepta el
estribo Qo y el caudal de diseño Qd.

P φ Coeficiente que depende del ángulo de incidencia φ.
Pm : Coeficiente que depende de la inclinación de los lados del estribo, m es el
talud del estribo.
Figura 4 Esquema de Definición para Aplicar el Método de Artamanov
Figura 5 Coeficientes de Artamanov para Determinar la Profundidad de
Socavación para Estribos

Método de Laursen (1958)
Laursen en 1958 propuso un método para la determinación de la profundidad de
socavación al pie de los estribos, siguiendo procesos análogos a los utilizados en la
determinación de socavación en pilares. Laursen considera dos casos; en el primero
cuando el estribo se ubica en el área de inundación, y en el segundo cuando se
ubica en el cauce principal.
Cuando el estribo cubre completamente el cauce de inundación en avenidas, la
profundidad de socavación local frente al estribo, propone obtener con las variables
definidas en la que:
Qo: Caudal interceptado por el estribo en el cauce de avenidas.
C: Ancho del foso de socavación, medida desde el límite del cauce principal = 2.75,
según Laursen.
Qc: Caudal correspondiente a la franja de ancho C medida desde el mismo límite.
Yn: Tirante normal, aguas arriba del estribo.
K φ: Coeficiente que depende del ángulo de incidencia.
Se muestra la relación básica de diseño en el caso de un estribo que intercepta
la corriente sobre el cauce principal. La longitud efectiva del estribo, es igual al
ancho del cauce interceptado por el estribo. Cuando el estribo no es perpendicular

a la dirección de la corriente, Laursen multiplica la profundidad de socavación por el
coeficiente eLLθK
Figura 6 Máxima Profundidad de socavación en un Estribo sobre el Area de
Inundación
Figura 7 Máxima Profundidad de Socavación en un Estribo sobre el Cause
Principal.

Figura 8 Efecto del Angulo de Incidencia en la Profundidad de Socavación
Método de Froehlich (1989)
Froehlich analizó 170 profundidades de socavaciones en lecho móvil en canal
artificial de laboratorio para proponer la siguiente ecuación
K1: Coeficiente que depende de la forma del estribo
K2: Coeficiente del ángulo de ataque del flujo Kθ
L: Longitud del estribo proyectado normalmente al flujo.
Ys: Profundidad de socavación.
Yn: Tirante normal del flujo.
Fr: Número de Froude del flujo de aproximación.
Figura 9 Coeficiente según forma del estribo

CONCLUSIONES
La profundidad de socavación depende de variables hidráulicas como:
Caudal, Profundidad del Flujo, y Velocidad, asumiendo dentro de la gran
mayoría de las ecuaciones usadas para determinar dicha profundidad,
como conocidas con certeza estas variables.
Una posible causa de error en los cálculos de la profundidad de
socavación se debe a que los parámetros de entrada se obtienen
puntualmente y corresponden a valores representativos en el momento
de la toma de muestras, pero no representan las variaciones que puedan
ocurrir en el río a lo largo del tiempo.
Las fórmulas de socavación local que están en función del número de
Froude o de la velocidad y que no consideran el tamaño del sedimento,
pueden sobrestimar la socavación en cauces de montañas y subestimarla
en cauces de planicies.
La socavación local en pilas de puente tiene un carácter creciente al
principio y a medida que el tiempo transcurre el aumento de la profundidad
de socavación, es más lento hasta llegar a la condición de equilibrio en el
cuenco de socavación.
La socavación local depende del número de Froude y en menor grado de
Reynolds, ya que éste fenómeno está gobernado en su mayor porcentaje
por fuerzas gravitacionales y no por fuerzas viscosas.
Los elementos protectores diseñados con el fin de disminuir el efecto de
la socavación local deben ubicarse en el nivel del lecho, ya que si son

ubicados por encima del fondo, no representan una disminución
considerable de la profundidad de socavación y en algunos casos puede
incrementarla, debido a que en el fondo se genera un aumento de presión
que causa dos corrientes, una ascendente y otra descendente.

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