Este documento describe diferentes procesos erosivos como la socavación general, transversal y en curvas, así como la erosión local al pie de estructuras. Explica cómo calcular la profundidad de socavación considerando factores como el gasto de diseño, el material del lecho, la pendiente y el ancho efectivo del cauce. También presenta métodos para estimar la erosión al pie de pilas, estribos, espigones y otras obras de ingeniería hidráulica.

1. PROCESOS EROSIVOS

2. - Socavación general
- Socavación transversal
- Socavación curvas
- Socavación local
- pilas
- estribos
- Erosión aguas abajo presas
- Erosión al pie obras descarga
- Socavación bajo tuberías.
SOCAVACIÓN

3. Socavación general: descenso del fondo durante una
avenida como consecuencia de la mayor capacidad
de la corriente para el transporte de sedimentos
Socavación transversal: cuando la sección transversal
de un cauce se reduce por la construcción de
alguna obra, vgr. estribos de puentes y espigones: se
reduce el ancho y se compensa con aumento de h
hasta alcanzar continuidad líquido y sedimentos.

4. Socavación en curvas: en exterior curvas por flujo helicoidal.
Erosión local: al pie de cualquier estructura interpuesta en la corriente:
pilas, estribos, espigones, tuberías.
Erosión aguas abajo de presas: retención de aporte de sedimentos.

5. Sólo para cauces definidos (c/ estabilidad dinámica)
Método de Lischtvan - Lebediev
Condición de equilibrio:
Socavación general I



homogéneo
Material
heterogéneo

6. Socavación general II
Para cálculo de Ur, se supone que q = constante
mientras dura la erosión
Manning:
Vel. inicio Vel. real
arrastre
e r
U U

 
5
3
1/2 5/3 5 3
0
1
2
1
(1)
1
r o
cte
d
m e
Q U A S h B h B
n
Q
S
n h B





      
 
h0 = tirante inicial entre el nivel
del agua al pasar la avenida y el
nivel del fondo en estiaje

7. Socavación general III
Gasto de diseño:
Con corrección si hay un puente o algún otro obstáculo:
1/ 2 5/3
1
Ancho de superficie libre (efectivo)
tirantemedioantesde socavación
d m
Q S h Be
n
 

5/3
d m
Q h Be


m
e
A
h
B

Coeficiente de contracción

8. Socavación general IIIa

9. Socavación general IIIb
Coeficiente de contracción µ
Velocidad media Distancia entre pilas, m
o más

10. Socavación general IV
Ahora, en condiciones de erosión,
Válida cuando:
- B = constante al paso avenida
- Fondo desciende uniformemente en el ancho (sólo donde cauce principal está
cubierto por agua en estiaje; si no, se forman islas, etc. con mayor rugosidad; río
tiende a escurrir por zona de estiaje más socavación ahí).
De (1):
s
r s
r s
A h B
Q U h B
U h B
  
  
  5/3
0
h B

 
5/3
0
r
s
h
U
h

 

11. Socavación general V
1. Perfil antes de la erosión
2. Perfil de equilibrio al final de la erosión
h0
hs

12. Socavación general VI
Granulares:
Cohesivos:
0.28
0.68 x
e m s
U D h


1.18
0.60 x
e s
U h




= coeficiente/período retorno
= peso volumétrico T/m3
Dm en mm
T, años β
1 0.77
2 0.82
5 0.86
10 0.90
20 0.94
50 0.97
100 1.00
500 1.05
1000 1.07

13. Cálculo de hs en suelos homogéneos
Ur = Ue
1/(1 )
5/3
0
0.28
1/(1 )
5/3
0
1.18
0.68
0.68
x
s
m
x
s
h
h granulares
D
h
h cohesivos







 
  
 
 
  
 
Socavación general VII

14. Tabla I.11 Valores de x y 1/(1+x), para suelos cohesivos y no cohesivos
x

1
1
x

1
1
x

1
1
x

1
1
Material cohesivo Material granular
γV,
Tf /m3
x γV ,
Tf /m3
x Dm, en
mm
x Dm, en
mm
x
0.80 0.52 0.66 1.20 0.39 0.72 0.05 0.43 0.70 40.00 0.30 0.77
0.83 0.51 0.66 1.24 0.38 0.72 0.15 0.42 0.70 60.00 0.29 0.78
0.86 0.50 0.67 1.28 0.37 0.73 0.50 0.41 0.71 90.00 0.28 0.78
0.88 0.49 0.67 1.34 0.36 0.74 1.00 0.40 0.71 140.00 0.27 0.79
0.90 0.48 0.67 1.40 0.35 0.74 1.50 0.39 0.72 190.00 0.26 0.79
0.93 0.47 0.68 1.46 0.34 0.75 2.50 0.38 0.72 250.00 0.25 0.80
0.96 0.46 0.68 1.52 0.33 0.75 4.00 0.37 0.73 310.00 0.24 0.81
0.98 0.45 0.69 1.58 0.32 0.76 6.00 0.36 0.74 370.00 0.23 0.81
1.00 0.44 0.69 1.64 0.31 0.76 8.00 0.35 0.74 450.00 0.22 0.83
1.04 0.43 0.70 1.71 0.30 0.77 10.00 0.34 0.75 570.00 0.21 0.83
1.08 0.42 0.70 1.80 0.29 0.78 15.00 0.33 0.75 750.00 0.20 0.83
1.12 0.41 0.71 1.89 0.28 0.78 20.00 0.32 0.76 1000.00 0.19 0.84
1.16 0.40 0.71 2.00 0.27 0.79 25.00 0.31 0.76

15. Socavación general IX

16. Socavación general X
Ejemplo
Qdiseño = 3500 m3/s; T= 100 años
Dm = 0.5 mm (arena)
S = 0.001 ΔB = 200 m
Para 1000 m3/s:
P1= 0.7 m;
P2 = 1.3 m
P3 = 1.8 m
P4 = 1.7 m
P5 = 1.3 m
P6 = 0.4 m

17. Socavación general XI
En suelos heterogéneos:
Prueba y error o semigráfico
Velocidad
Profundidad

18.  Ejemplo p.2.11.40, A.III Manual
Ejemplo (socavación general en un cauce heterogéneo)
Sección transversal: siguiente hoja
Qdiseño = 3500 m3/s; T= 100 años
Separación entre pilas: 40 m
Dm = 0.5 mm (arena)
Dm = 3.0 mm (grava)
γV = 2100 kgf/m3 (material cohesivo)
S = 0.001
Determinar la sección transversal durante el paso de la
avenida.

20. Secciones con rugosidades diferentes.
El cálculo se hace zona por zona, con:
donde:
Ci=coeficiente de Chezy =
5/3
di
i
mi ei i
Q
D B



 
1
d ei i i
di n
ei i i
i
Q A C h
Q
A C h



1/6
n
i
d
n

21. Comentarios:
1. Datos necesarios: Qd, sección transversal, sondeos para γs, γv, Dm.
2. q = corriente durante la socavación; no hay flujos transversales.
3. Las regiones más débiles se erosionan más rápido  en un
evento, la erosión en las regiones más resistentes puede ser
mayor que la calculada.

22. Erosión Transversal
Erosión transversal o debida a contracciones
Se puede calcular como socavación general tomando en cuenta
el ancho efectivo
Otro método: Straub para material homogéneo
.
0 642
1
2 1
2
B
h h
B
 
  
 

23. Erosión en curvas
Altunin:
máx r
h h


r = Radio de curvatura al centro del ancho
hr = Tirante máximo en el tramo recto aguas arriba, m

24. Erosión local
Al pie de obstáculos rodeados por la corriente, p. e. pilas de
puente
Producida por obstáculos unidos a las márgenes, p. e. espigones
o estribos de puentes

25. Erosión al pie de pilas de puente I
Maza-Sánchez,
pilas rectangulares:

26. Erosión al pie de pilas de puente II
Maza-Sánchez,
pilas rectangulares con
nariz redondeada:

27. Erosión al pie de pilas de puente
III
Maza-Sánchez,
pilas circulares:
b1=D

28. Erosión al pie de estribos o espigones
Talu
d
0
Artamonov:
T q k
S P P P h


Q
Q
h





1
0
Gasto antes del
obstáculo
Gasto con el ancho
efectivo en la zona
contraída
Tirante antes de la
socavación
Ángulo que forma el
espigón con la corriente
Espig
.
Te T
S S

ones enfrentados:
0 75

29. Socavación bajo tuberías

30. Socavación al pie de compuertas

31. 90
18log 12.27
/
0.06 1
11.6
C
C
C
C
H
c H C
s C
C
H
H C
R Q
U R S
k x A
D
S
R Y
v
gR S

 
 
 
 
 

  
 
 

90
s
velocidad crítica, en m/s
radio hidráulico crítico, en m
diámetro representativo del material del fondo, el cual se puede considerar como D
coeficiente que es función de la relación k /
C
C
H
s
U
R
k
x
2
, se calcula con ayuda de la fig. II.10
área critica, en
pendiente del cauce cuando cesa el arrastre, adimensional
coeficiente que depende de la relación / y cuyo valor se calcula con
c
c
s
A m
S
Y k

 la figura II.10
espesor de la capa límite

Erosión aguas abajo de grandes embalses

34. 1. Calcular y por tanteos dando a x y Y un valor inicial igual a uno .
2. Se supone que el fondo ha descendido hasta un nivel Zi al pie de la cortina; ahí se
debe tener una pendiente SC.
3. Se traza el círculo de mayor radio que pase por (0,-Zi ) cuya pendiente en ese
punto sea Sc y que además sea tangente a la pendiente inicial, S0 .
De esta manera es posible conocer la distancia Li, así como el volumen Vi
que ha sido necesario remover desde la pendiente inicial hasta el nuevo perfil
obtenido.
4. Se repite lo anterior para varios valores de Zi y se construyen gráficas de Zi
contra Li y de Zi contra Vi .
,
c hc
S R c
A
Procedimiento de cálculo

35. Como se conoce qBT en una sección inalterada, al conocer los volúmenes
erosionados se puede calcular el tiempo que se requiere para descender hasta
cada nivel Zi => gráfica Zi contra tiempos; en la sección al pie de la cortina
se ve que al principio los descensos son muy notables y disminuyen en
magnitud a medida que transcurre el tiempo. Si las gráficas se construyen para
otras secciones aguas abajo, se obtienen curvas más uniformes cuanto más
alejada esté la sección considerada.
Para una profundidad de erosión Zi dada, las coordenadas y el radio de la
circunferencia están dados por:
2Z
i
Abscisa α
m
Z
i
Ordenada β
2
1 m 1
Radio r β




 


36. La longitud Li a lo largo del río afectada por la erosión
i
L 

El área erosionada,
2 2
2
360 2 2
i i i C
i
Z Z Z S
r
A r
m m



   

donde
 Deflexión ,en grados

37. En las ecs II.64 a II.68 se tiene
0 C
m S S
 
El volumen erosionado será igual al área Ai multiplicada por el ancho medio del
fondo del cauce.
Si el material no es uniforme, hay que tener presente que se produce una selección
de tales materiales, de tal suerte que en las primeras secciones que dan los granos
más gruesos. Esto hace que la pendiente crítica en dichas secciones varíe y se
haga más pronunciada.

38. Ejemplo
D90 = 1.4 mm
D50 = 1.0 mm
Q= 400 m3 /s
S0 = 0.0007
B=200 m
Solución
De tanteos:
RHc = 2.59 m; Sc = 3.8 × 10-5 ; Uc = 0.77 m/s; Ac = 518.4 m2
m = 0.0007-0.000038 = 0.000662

39. Engelund III
 
. s
BT
s
u
g
g D
  
 
 

3 1
2 2 2
0
1 2
2
50
0 05
Válida cuando
* 50
* 12
v D
R

 
y cuando . g
D 
  
50
0 15 2 mm, 2
En el rango *
0.047 0.1

  da más transporte del que debe

40. gBT ≈ 0.009 kgf /m s
m = 0.000662 Z alfa beta r L fi A V t
gBT= 0.009 kgf/s -0.2 604.229607 -912733.646 912733.646 604.229607 0.0379298