Socavacion

Alberto Villalobos DISEÑO DE PUENTES DE SECCION COMPUESTA (Guia para el diseño del puente Casablanca) UNMSM
376
11.6.9 CALCULO DE LA COTA HIDRAULICA DE DESAGUE ( 𝒉 𝒕𝒂𝒃𝒍𝒆𝒓𝒐 ).
La altura del vano del tablero medida desde el fondo del lecho del rio hasta la cara
inferior de la estructura que soporta al mismo debe asegurar la función hidráulica de
desagüe para que el puente soporte el empuje del flujo, la cota inferior del tablero debe
superar los esfuerzos de flotación de acuerdo a la expresión 11.6.9.
h > + + h + G …………(11.6.9)
Donde:
PA 0 Pa Presión manométrica en el pelo de agua.
ρ 1,000 Kg/m3 Densidad del agua
g 9.81 m/s2 Aceleración de la gravedad
VNAME 3.46 m/s Velocidad del flujo correspondiente al NAME
(Capitulo III “Estudio Preliminares para el diseño del
puente XI Estudio Hidráulico -Cuadro 11.6.6
Capacidad Hidráulica de la sección Transversal del rio
en el Cruce del Nuevo Puente Casablanca - Área del
flujo a ser Confinada-Pagina 458-459)
hNAME 4.238 m
Ggalibo 2.5 m Galibo
Reemplazando valores en la expresión 11.6.9, se tendrá:
h > 0 +
( 3.46 )
2( 9.81 )
+ 4.238 + 2.5 → 𝐡𝐭𝐚𝐛𝐥𝐞𝐫𝐨 > 𝟐, 𝟏𝟖𝟔. 𝟏𝟒 𝐦𝐬𝐧𝐦 ( 𝟕. 𝟐𝟒 𝐦 )
La altura total de la superestructura medida desde el fondo del lecho del rio hasta la cara
inferior de las vigas principales que soportan el peso del tablero debe superar esta
condición para asegurar la función hidráulica de desagüe.
El elemento estructural que garantiza la cota del tablero es el Estribo ya que el asiento
de la viga de soporte es el nivel inferior de la superestructura y la rasante de la función
hidráulica de desagüe. Así mismo la elección de este parámetro se debe plantear
prudentemente ya que la sobre medida elevara la altura de los estribos lo que conlleva
a elevar los costos de fabricación así como el montaje y el transporte de materiales.
11.7 CALCULO DE LA SOCAVACIÓN.
11.7.1 CALCULO DE LA SOCAVACIÓN NORMAL O GENERAL EN EL CAUCE DEL
RIO ( 𝑆 )
Para determinar la socavación normal o general, utilizaremos el marco teórico expuesto
anteriormente usando el método de los estratos.
11.7.1.1 Calculo del ancho efectivo del cauce (B ).
Utilizaremos la expresión general para el cauce
B = ( B − ∑ b )cos∅ − (n + 1 − N)(# pilas)sen∅ (11.6.10.3.1.1.d)
Donde:
# pilas 0 UNI
Numero de pilas (Capitulo III “Estudios Preliminares para el diseño del
puente” – V Estudio de Diseño y Trazado Geométrico – 5.12
Conclusiones – 5.12.5 - Pagina 270-271).
b 0 m Sumatori de los anchos de las pilas dentro del tramo
n 2 UNI
Número de las caras de las pilas y/o estribos dentro del ancho del cauce
del rio. En este caso se colocaran el número de caras de los estribos
N 2 UNI Número de pilas y/o estribos considerados al tomar en cuenta n
EAGUA 43.4 m
Ancho del cauce (Capitulo VIII Anexo – Capitulo III “Estudios
Preliminares para el diseño del puente” V Estudio de Diseño y Trazado
Geométrico - 5.7 Trazado Geométrico de la Planta del Puente – Plano
PC-EDTG-06: Plano de Trazado Geométrico de la Planta del Puente y
sus Accesos-Pagina 1005).

377
∅ 0º º
Angulo que forma la superficie interior del estribo con la dirección del
flujo de agua ( Figura 11.6.10.12/PC-EDTG-06).
EJEDELPUENTEPROPUESTO
A
A
MUROCONTENCIONTIPO"I"
MURODECONTENCIONTIPO"II"
MURODECONTENCIONTIPO"II"
Figura 11.6.10.12 - Trazado del puente en vista planta
Fuente.- Generacion Propia
Reemplazando valores en la expresión 11.6.10.3.1.1.d, se tendrá:
B = ( 43.4 − 0)cos0º − (2 + 1 − 2)(0)sen10º → 𝐁 𝐞 = 𝟒𝟑. 𝟒 𝐦
11.7.1.2 Calculo del área media de la sección (A )
Tomaremos el Área correspondiente al NAME, contenido en el Cuadro 11.6.6 (Capitulo
III “Estudios Preliminares para el diseño del puente” XI Estudio Hidráulico – 11.6.6
Calculo de la Capacidad Hidráulica de la Sección Transversal del rio en el Cruce del
Nuevo Puente Casablanca (Área del flujo a ser Confinada) - Cuadro 11.6.6: Capacidad
Hidráulica de la sección Transversal del rio en el cruce del Nuevo Puente Casablanca -
Área del flujo a ser confinada” Página 455).
𝐀 𝐍𝐀𝐌𝐄 = 𝟏𝟕𝟔. 𝟕𝟒 𝐦 𝟐
11.7.1.3 Calculo de la velocidad media de la sección ( 𝑉 ).
Así mismo la velocidad que se tomara será la correspondiente al NAME, contenida en
el Cuadro 11.6.6 (Capitulo III “Estudios Preliminares para el diseño del puente” XI
Estudio Hidráulico – 11.6.6 Calculo de la Capacidad Hidráulica de la Sección
Transversal del rio en el Cruce del Nuevo Puente Casablanca (Área del flujo a ser
Confinada) - Cuadro 11.6.6: Capacidad Hidráulica de la sección Transversal del rio en
el cruce del Nuevo Puente Casablanca -Área del flujo a ser confinada” Página 455).
𝐕 𝐍𝐀𝐌𝐄 = 𝟑. 𝟒𝟔 𝐦/𝐬
11.7.1.4 Calculo del Coeficiente de Contracción (μ).
El coeficiente de contracción está en función de la separación libre entre pilas y de la
velocidad media en la sección, los valores de este están consignados en el Cuadro
11.6.10.3.1.1.b (Capitulo III “Estudios Preliminares para el diseño del puente” XI
Estudio Hidráulico – Cuadro 11.6.10.3.1.1.b “Coeficiente de Contracción μ” Página
477).
𝛍 = 𝟎. 𝟗𝟕
11.7.1.5 Calculo del Tirante medio ( 𝐻 ).
𝐻 = …………...(11.6.10.3.1.1.h/CAP III-Pag. 132)
Reemplazando valores en la expresión 11.6.10.3.1.1.h, se tendrá:

378
H =
176.74
43.4
= 4.07 m → 𝐇 𝐦 = 𝟒. 𝟎𝟕 𝐦
….
11.7.1.6 Calculo del Coeficiente de socavación (𝛼)
Utilizaremos la expresión 11.6.10.3.1.1.g
α = / ………….…...(11.6.10.3.1.1.g/CAP III-Pag. 132)
Donde:
Qd 611.84 m3/s
Tomaremos el caudal correspondiente al NAME (Capítulo III
“Estudios Preliminares para el diseño del puente” XI Estudio
Hidráulico – 11.6.6 Calculo de la Capacidad Hidráulica de la
Sección Transversal del rio en el Cruce del Nuevo Puente
Casablanca (Área del flujo a ser Confinada) - Cuadro 11.6.6:
Capacidad Hidráulica de la sección Transversal del rio en el
cruce del Nuevo Puente Casablanca -Área del flujo a ser
confinada” Página 455)
Reemplazando valores en la expresión 11.6.10.3.1.1.g, se tendrá:
α =
611.84
0.97( 4.07 ) / 43.4
= 1.40 → 𝛂 = 𝟏. 𝟒𝟎
11.7.1.7 Calculo del Coeficiente de Frecuencia de la Creciente (β)
Utilizaremos la expresión 11.6.10.3.1.1.t
β = 0.7929 + 0.0973log(T)...(11.6.10.3.1.1.t/CAP III-Pag. 132)
Donde:
T 1000
Probabilidad de años en el que se presentara el Máximo Caudal (Capitulo
III “Estudio Preliminares para el diseño del puente” – XI Estudio
Hidrológico -Cuadro 10.6.2.4 Caudales y Periodos de retorno según
Métodos de Estimación de Parámetros (Página 415)
Reemplazando valores en la expresión 11.6.10.3.1.1.t, se tendrá:
β = 0.7929 + 0.0973log(1000) → 𝛃 = 𝟏. 𝟎𝟖
11.7.1.8 Calculo del Coeficiente de Corrección de la densidad del agua durante la crecida (𝜑).
Utilizaremos la expresión 11.6.10.3.1.1.u
𝜑 = −0.54 + 1.5143𝛾 ..(11.6.10.3.1.1.u/CAP III-Pag. 132)
Donde:
γagua 1.15 Kg/m3
Peso específico del agua que discurre por el cauce de la sección
del puente Casablanca.
Reemplazando valores en la expresión 11.6.10.3.1.1.u, se tendrá:
𝜑 = −0.54 + 1.5143(1.15) = 1.20 → 𝝋 = 𝟏. 𝟐𝟎
11.7.1.9 Calculo del Exponente Variable que depende de la densidad del material del cauce del
rio (x)
Utilizaremos la expresión 11.6.10.3.1.1.v.
x = 0.892619 − 0.58073γ + 0.136275γ (11.6.1/CAP III-Pag. 132)
Donde:
γm 2.075 TM/m3
Según el “Estudio de Suelos” tenemos dos pesos específicos
para cada margen del cauce, por lo que tomaremos el mayor
de ambos valores γm = 2.075 TM/m3 (Capitulo III “Estudios
Preliminares para el diseño del puente”- IX Estudio de Suelos
9.6.2 Calculo de la Capacidad Admisible (qa) Izquierdo -
Cuadro 9.6.2 “Valores para la Capacidad Admisible de la
Margen Izquierda” – Pagina 345).
Reemplazando valores en la expresión 11.6.10.3.1.1.v, se tendrá:
x = 0.892619 − 0.58073(2.075) + 0.136275(2.075) → 𝐱 = 𝟎. 𝟐𝟕𝟒

379
11.7.1.10 Calculo del Exponente variable que depende del diámetro de las partículas del material
granular (z)
Utilizaremos la expresión 11.6.10.3.1.1.z
z = 0.394557 − 0.04136log(d ) − 0.0089log (d ) (11.6.1/CAP III-Pag. 132)
Donde:
dm 13 mm
Exponente variable que depende del diámetro de las partículas del
material granular. Para tal efecto tomaremos el promedio de los
resultados de los ensayos de Laboratorio del Analisis granulométrico
correspondientes al Estudio Geotécnico, respecto al diámetro del
material de ambas márgenes con mayor porcentaje del filtrado que
pasa a través del tamiz por encima del 90% de los cuadros 7.3, 7.3.a,
7.3.b, 7.3.c, 7.3.d, 7.3.e, 7.3.f y 7.3.g (Capitulo VIII Anexo –
Capitulo III “Estudios Preliminares para el diseño del puente” – VII
Estudio de Suelos – Pagina 1006-1023 ). Teniendo como resultado
13 mm, este valor es sustentado con el Estudio de Navegabilidad de
los ríos Marañón y Amazonas Tramo: Saramiriza – Santa Rosa
Reemplazando valores en la expresión 11.6.10.3.1.1.z, se tendrá:
z = 0.394557 − 0.04136 log(d ) − 0.0089log d → 𝐳 = 𝟎. 𝟒𝟐𝟏
A continuación calcularemos la socavación por Estratos, usando la referencia de la
figura 11.6.10.12.a.
11.7.1.11 Calculo en el Primer Estrato [2,178.90–2,178.50 msnm (0.00-0.40m)]
 Calculo del Tirante total hasta la socavación (H )
Utilizando la expresión 11.8.10.3.1.1.r
H = (
/
. . )( )(11.6.10.3.1.1.s/CAP III-Pag. 132)
Donde:
Ho
2,183.14
4.238 m
msnm
Tomaremos como tirante inicial el calado
correspondiente al Nivel de Aguas Máximo
Extraordinario NAME
Reemplazando valores en la expresión 11.6.10.3.1.1.s, se tendrá:
H = (
1.40 ∗ 4.238
0.60(1.08)(0.97)(1.20)(2.075) .
)( . )
H = 2,177.67 msnm ( 5.47 m)
De la Figura 11.6.10.12.a, podemos apreciar que el tirante se encuentra por debajo
del Primer Estrato, por lo que se procede al cálculo en el segundo Estrato.
11.7.1.12 Calculo en el Segundo Estrato [2,178.50–2,177.70msnm (-0.40–1.20m)].
 Calculo del Tirante total hasta la socavación ( H )
En este Estrato encontramos un Suelo No Cohesivo Granular.
Utilizando la expresión 11.6.10.3.1.1.y.
H = (
/
. . )( )….(11.6.10.3.1.1.y/CAP III-Pag. 132)
Donde:
dm 0.177 mm
Se toma el diámetro del grano correspondiente al Segundo Estrato el
cual supera el 60% como grano representativo (Capitulo VIII Anexo-
Capitulo III “Estudios Preliminares para el diseño del puente”-VII
Estudio Geotécnico -7.3 Ensayos de Laboratorio – Cuadro 7.3.a
Análisis Granulométrico (ASTM D-136) Segundo Estrato ( Estribo
Derecho ) - Pagina 1007)

380
M ARGEN
DERECHA
2186.7 m snm
76°14´4.5''
10°01´48.2''
ESTRATOS DEL FONDO DE LA SECCION TRANSVERSAL
DEL PUENTE CASABLANCA
ESCALA S/E
2187 msnm
76°14´4.5''
10°01´48.2''
SOCAVACION
 
M ARGEN
IZQUIERDANivel
(m)
0.33 m
1.00 m
1.50 m
3.50 m
3.00 m
2.50 m
2.00 m
4.00 m
5.50 m
5.00 m
4.50 m
6.00 m
6.50 m
0.00 m
0.50 m
h0
h1
h2
h3
h4
h5
h6
h7
h8
h9
h10
h11
h12
h13
h14
6.30 m
Lpuente =46.00
7.00 mh15
0.00- 0.40 m
0.40 - 1.20 m
1.20 - 2.80 m
2.80 - 4.50 m
PRIMER ESTRA TO 2186.7 msnm
SE GU NDO ESTRATO 2186.7 msnm
TERC ER ESTRATO 2186.7 msnm
CUATRO ESTRATO 2186.7 msnm
2178.90 m snm
2178.50 msnm
2177.70 m snm
2176.10 msnm
2174.40 msnm
hNAM E ( 4.238 m ) 2183.13 m snm N.A.M .E.hNAM E ( 4.238 m ) 2183.13 msnm N.A.M .E.
3,85
2,78
Figura 11.6.10.12.a .- Estratos del Fondo de la Sección Transversal del Puente Casablanca

381
Reemplazando valores en la expresión 11.6.10.3.1.1.y, se tendrá:
𝐻 = (
1.40 ∗ 4.238 /
0.68(1.08)(0.97)(1.20)(0.177) .
)( . )
𝐻 = 2,172.31 𝑚𝑠𝑛𝑚 ( 10.83 𝑚 )
del Segundo Estrato, por lo que se procede al cálculo en el Tercer Estrato.
11.7.1.13 Calculo en el Tercer Estrato [ 2,177.70 – 2,176.10msnm (-1.20-2.80m)].
 Calculo del Tirante total hasta la socavación ( 𝐻 ).
En este Estrato encontramos un Suelo No Cohesivo Granular
𝐻 = (
/
. . )( )(11.6.10.3.1.1.y/CAP III-Pag. 132)
Donde:
dm 0.50 mm
Tomaremos el diámetro del grano correspondiente al Tercer Estrato
el cual supera el 60% como grano representativo (Capitulo VIII
Anexo- Capitulo III “Estudios Preliminares para el diseño del
puente”-VII Estudio Geotécnico -7.3 Ensayos de Laboratorio –
Cuadro 7.3.b Análisis Granulométrico (ASTM D-136) Tercer
Estrato ( Estribo Derecho ) - Pagina 1008)
z 0.406 s/d
𝒛 = 𝟎. 𝟑𝟗𝟒𝟓𝟓𝟕 − 𝟎. 𝟎𝟒𝟏𝟑𝟔 𝐥𝐨𝐠(𝒅 𝒎) − 𝟎. 𝟎𝟎𝟖𝟗𝒍𝒐𝒈 𝟐
(𝒅 𝒎)
Reemplazando valores se tendrá:
z = 0.406
𝐻 = (
1.40 ∗ 4.238 /
0.68(1.08)(0.97)(1.20)(0.50) .
)( . )
𝐻 = 2,174.11 𝑚𝑠𝑛𝑚 ( 9.03 𝑚 )
11.7.1.14 Calculo en el Cuarto Estrato [2,176.10 – 2,174.40 msnm (-2.80-4.50m)]
 Calculo del Tirante total hasta la socavación ( 𝐻 )
Utilizando la expresión 11.8.10.3.1.1.y
𝐻 = (
/
. . )( )(11.6.10.3.1.1.y/CAP III-Pag. 132)
Donde:
dm 9.525 mm
Se toma el diámetro del grano correspondiente al Cuarto Estrato el
cual supera el 60% como grano representativo (Capitulo VIII
Anexo- Capitulo III “Estudios Preliminares para el diseño del
puente”-VII Estudio Geotécnico -7.3 Ensayos de Laboratorio –
Cuadro 7.3.c Análisis Granulométrico (ASTM D-136) Cuarto
Estrato ( Estribo Derecho ) - Pagina 1009)
z 0.346 s/d
𝒛 = 𝟎. 𝟑𝟗𝟒𝟓𝟓𝟕 − 𝟎. 𝟎𝟒𝟏𝟑𝟔 𝐥𝐨𝐠(𝒅 𝒎) − 𝟎. 𝟎𝟎𝟖𝟗𝒍𝒐𝒈 𝟐
(𝒅 𝒎)
z = 0.346
𝐻 = (
1.40 ∗ 4.238 /
0.68(1.08)(0.97)(1.20)(9.525) .
)( . )
𝐻 = 2,177.74 𝑚𝑠𝑛𝑚 ( 5.40 𝑚 )

382
11.7.1.15 Calculo del Tirante de socavación ( 𝑆 ).
El tirante de socavación total se encuentra en el cuarto estrato, por lo que será calculado
a través de la expresión 11.6.10.3.1.1.w
𝑆 = 𝐻 − 𝐻 …………………...…(11.6.10.3.1.1.w)
Reemplazando valores en la expresión 11.6.10.3.1.1.w, se tendrá:
𝑆 = 5.40 − 4.238 → 𝑺 𝑮𝑫 = 𝟐, 𝟏𝟕𝟕. 𝟕𝟒 𝒎𝒔𝒏𝒎 ( 𝟏. 𝟏𝟔 𝒎 )
11.7.2 CALCULO DE LA SOCAVACIÓN LOCAL EN EL CAUCE DEL RIO
Dado que la estructura del puente seleccionada no presenta pilas de soporte intermedio
no existe socavación local
𝑺 𝑳 = 𝟎. 𝟎𝟎 𝒎
11.7.3 CALCULO DE LA SOCAVACIÓN TOTAL EN EL CAUCE DEL RIO
Finalmente la socavación total será calculada según la expresión 11.6.10.14
𝑆 = 𝑆 + 𝑆 …..………………….………...(11.6.10.14)
Reemplazando valores en la expresión 11.6.10.14, se tendrá:
𝑆 = 1.16 + 0.00 = 1.16 𝑚
Tomaremos como factor de seguridad:
𝑺 𝑻 = 𝟐. 𝟎𝟎 𝒎
11.7.4 CALCULO DE LA SOCAVACIÓN NORMAL O GENERAL EN EL ESTRIBO
DERECHO ( 𝐻 ).
Calculo de la Socavación Normal del Estribo Derecho por Estratos
11.7.4.1 Calculo en el Primer Estrato [2,178.90–2,178.50 msnm ( 0.00-0.40m )]
Utilizando la expresión 11.6.10.3.1.1.s
𝐻 = (
/
. . )( ).…(11.6.10.3.1.1.s/CAP III-Pag. 132)
Donde:
HED
2,183.14
(3.85m)
msnm
Tomaremos el calado del Estribo Derecho
correspondiente a la Nueva sección del Puente
Casablanca determinado en el “Estudio Hidráulico –
Figura 11.6.10.12.a
α 1.40 m
Se tomara el mismo coeficiente socavación correspondiente
al cauce del rio.
β 1.08 s/d
Se tomara el mismo coeficiente de Frecuencia de la
Creciente correspondiente al cauce del rio
μ 0.97 s/d
Se tomara el mismo coeficiente de Contracción
correspondiente al cauce del rio
φ 1.20 s/d
Se tomara el mismo coeficiente de Corrección de la
densidad del agua durante la crecida.
γm 2.075 TM/m3
Según el “Estudio de Suelos” tenemos dos pesos específicos
para cada margen del cauce, por lo que tomaremos el mayor
de ambos valores γm = 2.075 TM/m3 (Capitulo III
“Estudios Preliminares para el diseño del puente”- IX
Estudio de Suelos 9.6.2 Calculo de la Capacidad Admisible
(Qa) Izquierdo - Cuadro 9.6.2 “Valores para la Capacidad
Admisible de la Margen Izquierda” – Pagina 345).
x 0.274 s/d
Exponente Variable que depende de la densidad del material
del cauce del rio.

383
𝐻 𝐺𝐸𝐷 =( 1.40∗3.85
5
3
0.60 1.08 0.97 1.20 2.075
1.18
)
1
1+0.274
𝐻 = 2,178.32 𝑚𝑠𝑛𝑚 ( 4.82 𝑚 )
del Primer Estrato, por lo que se procede al cálculo en el segundo Estrato.
11.7.4.2 Calculo en el Segundo Estrato [2,178.50–2,177.70msnm (-0.40–1.20m)]
𝐻 = (
/
. . )( )(11.6.10.3.1.1.y/CAP III-Pag. 132)
Donde:
dm 0.177 mm
Tomaremos el diámetro del grano que supera el 60% como
grano representativo (Capitulo VIII Anexo- Capitulo III
“Estudios Preliminares para el diseño del puente”-VII Estudio
Geotécnico -7.3 Ensayos de Laboratorio – Cuadro 7.3.a Análisis
Granulométrico (ASTM D-136) Segundo Estrato ( Estribo
Derecho ) - Pagina 1008)
z 0.421 s/d
𝒛 = 𝟎. 𝟑𝟗𝟒𝟓𝟓𝟕 − 𝟎. 𝟎𝟒𝟏𝟑𝟔 𝐥𝐨𝐠(𝒅 𝒎) − 𝟎. 𝟎𝟎𝟖𝟗𝒍𝒐𝒈 𝟐
(𝒅 𝒎)
z = 0.421
𝐻 = (
1.40 ∗ 3.85 /
0.68(1.08)(0.97)(1.20)(0.177) .
)( . )
𝐻 = 2,178.20 𝑚𝑠𝑛𝑚 ( 4.94 𝑚 )
 Calculo del Tirante de socavación ( 𝑆 )
El tirante de socavación total se encuentra en este estrato, por lo tanto el tirante de
socavación será calculado a través de la expresión 11.6.10.3.1.1.w
𝑆 = 𝐻 − 𝐻 (11.6.10.3.1.1.w/CAP III-Pag. 132)
𝑆 = 4.94 − 3.85 → 𝑺 𝑮𝑬𝑫 = 𝟐, 𝟏𝟕𝟖. 𝟐𝟎 𝒎𝒔𝒏𝒎 (𝟏. 𝟎𝟗 𝒎)
11.7.5 CALCULO DE LA SOCAVACIÓN LOCAL EN EL ESTRIBO DERECHO ( 𝑆 )
Como los cuatro métodos presentados para el cálculo de la socavación local en los
estribos coinciden en la utilización de sus parámetros la recomendación abarca la
facilidad y rapidez de sus cálculos y la cantidad de información que más se asemeje a
la realidad, siendo esto de gran utilidad para el ingeniero. Es así como se recomienda la
utilización del Método de Artamanov.
11.7.5.1 Calculo de la Socavación Local del Estribo Derecho por el Método de Artamanov
( 𝑆 )
 Calculo de Pa.
La conclusión 5.12.6 del Estudio de Diseño y Trazado Geométrico (Capitulo III
“Estudios Preliminares para el diseño del puente” V Estudio de Diseño y Trazado
Geométrico –5.12. Conclusiones - Pagina 274), nos indica que el Angulo que forma
el eje del puente con la superficie interior del estribo derecho es α1=98º, lo cual es

384
verificado extrayendo la figura 11.6.10.16 del plano PC-EDTG-06 (Capitulo VIII
Anexo- Capitulo III “Estudios Preliminares para el diseño del puente”- V.- Estudio
de Diseño y Trazado Geométrico – 5.10 Trazado Geométrico del Perfil del Puente
:PC-EDTG-06 Plano de Trazado Geométrico de la Planta del Puente y sus Accesos.-
Página 1005), este ángulo será interpolado del Cuadro 11.6.10.8.2 (Capitulo III
·Estudio Preliminares para el diseño del puente” – XI Estudio Hidráulico- 11.6.10.8
Socavación Local en los Estribos - 11.6.10.8.2 Método de K. F. Artamonov Cuadro
11.6.10.8.2 Valores del Coeficiente Correctivo Pa – Pagina 498-499), obteniéndose:
𝑷 𝒂 = 𝟏. 𝟎𝟏𝟖
EJE DEL PUENTEPROPUESTO
T01
T03
2=98°
Lpuente
Figura 11.6.10.16.- Angulo que forma el eje del puente con la superficie interior del
estribo derecho α2=98º.
 Calculo de Pq.
Para calcular el caudal de agua ocupado por el estribo derecho si este no existiera
necesitamos calcular el área de la sección del estribo derecho que obstruye el libre
paso del flujo (A1) representado en la figura 11.6.10.16.a
M A R G E N
D E R E C H A
2 1 8 6 . 7 m s n m
7 6 ° 1 4 ´ 4 . 5 ' '
1 0 ° 0 1 ´ 4 8 . 2 ' ' N i v e l
( m )
0 . 3 3 m
1 . 0 0 m
1 . 5 0 m
3 . 5 0 m
3 . 0 0 m
2 . 5 0 m
2 . 0 0 m
4 . 0 0 m
5 . 5 0 m
5 . 0 0 m
4 . 5 0 m
6 . 0 0 m
6 . 5 0 m
0 . 0 0 m
0 . 5 0 m
h 0
h 1
h 2
h 3
h 4
h 5
h 6
h 7
h 8
h 9
h 1 0
h 1 1
h 1 2
h 1 3
h 1 4
6 . 3 0 m
h N A M E ( 4 . 2 3 8 m ) 2 1 8 3 . 1 3 m s n m N . A . M . E .
h N A M ( 0 . 9 6 m ) 2 1 7 9 . 9 6 m s n m N . A . M .
7 . 0 0 mh 1 5
h M A X ( 3 . 4 0 m ) 2 1 8 2 . 3 0 m s n m N . A . M a x
h G A L I B O ( 6 . 2 3 8 m ) 2 1 8 5 . 1 3 m s n m G A L I B O
A 13 , 8 5
1 , 5
Figura 11.6.10.16.a.- Área correspondiente al estribo si este no existiera
Fuente.- Generacion Propia.

385
 Calculo del Área de la sección del Estribo (𝐴 )
Usando AutoCAD se tiene:
𝑨 𝟏 = 𝟓. 𝟕𝟓𝟎𝟏 𝒎 𝟐
 Calculo del Caudal (𝑄 ).
Para calcular el caudal multiplicaremos el área obtenida por la velocidad
promedio del flujo correspondiente al tirante del N.A.M.E.
𝑄 = 𝐴 ∗ 𝑉 .…(11.6.10.3.1.1.s/CAP III-Pag. 132)
Donde:
𝑉 3.46 m/s
Velocidad del flujo correspondiente al NAME (Capitulo III
“Estudio Preliminares para el diseño del puente XI Estudio
Hidráulico -Cuadro 11.6.6 Capacidad Hidráulica de la
sección Transversal del rio en el Cruce del Nuevo Puente
Casablanca - Área del flujo a ser Confinada-Pagina 455)
Reemplazando valores en la expresión anterior, se tendrá:
𝑄 = 5.7501 ∗ 3.46 = 19.895 𝑚/𝑠 → 𝑸 𝟏 = 𝟏𝟗. 𝟖𝟗𝟓 𝒎/𝒔
 Calculo de la relación (Q1/QNAME).
Donde:
QNAME 611.84 m3/s
Caudal promedio del flujo correspondiente al NAME
Capitulo III “Estudio Preliminares para el diseño del
Capacidad Hidráulica de la sección Transversal del
rio en el Cruce del Nuevo Puente Casablanca - Área
del flujo a ser Confinada-Pagina 455)
𝑄
𝑄
=
19.895
611.84
= 0.0325 →
𝑸 𝟏
𝑸 𝑵𝑨𝑴𝑬
= 𝟎. 𝟎𝟑𝟐𝟓
Este valor no se encuentra en el Cuadro 11.6.10.8.2.a - Valores del Coeficiente
Correctivo Pq en Función de Q1/QNAME, por lo que será calculado a través de la
expresión 11.6.10.8.2.a (Capítulo III ·Estudio Preliminares para el diseño del
puente” – XI Estudio Hidráulico- 11.6.10.8 Socavación Local en los Estribos -
11.6.10.8.2 Método de K. F. Artamonov – Pagina 497).
𝑃 = 1.4675 + 6.5238
𝑄
𝑄
− 4.0238(
𝑄
𝑄
)
Reemplazando valores en expresión 11.6.10.8.2.a, se tendrá:
𝑃 = 1.4675 + 6.5238(0.0325) − 4.0238(0.0325) → 𝑷 𝒒 = 𝟏. 𝟔𝟕𝟓
 Calculo de PR
Se toma la conclusión 9.7.7 del “Estudio de Suelos”, (Capitulo III ·Estudio
Preliminares para el diseño del puente” – IX Estudio de Suelos- 9.7 Conclusiones-
Pagina 353), la cual nos informa que el talud promedio en ambas márgenes es: 60%,
para esta condición interpolamos el valor del talud del Cuadro 11.6.10.8.2.b (
Capitulo III ·Estudio Preliminares para el diseño del puente” – XI Estudio
Hidráulico- 11.6.10.8 Socavación Local en los Estribos - 11.6.10.8.2 Método de K.
F. Artamonov Cuadro 11.6.10.8.2.b Valores del Coeficiente Correctivo PR en
función de R– Pagina 497).
𝑷 𝑹 = 𝟎. 𝟖𝟗𝟖
 Calculo del Tirante total hasta la socavación ( 𝑆 )
Usando la expresión 11.6.10.8.2

386
𝑆 = 𝑃 𝑃 𝑃 𝐻 …….…(11.6.10.8.2 CAP III-Pag. 132)
Reemplazando valores en la expresión 11.6.10.8.2, se tendrá:
𝑆 = 1.018 ∗ 1.675 ∗ 0.898 ∗ 3.85 → 𝑺 𝑬𝑫 = 𝟓. 𝟖𝟗𝟓 𝒎
 Calculo del tirante de socavación ( 𝑆 )
Usaremos la expresión 11.6.10.3.1.1.s
𝑆 = 𝑆 − 𝐻 ….(11.6.10.3.1.1.w CAP III-Pag. 132)
𝑆 = 5.895 − 3.85 → 𝑺 𝑳𝑬𝑫 = 𝟐. 𝟎𝟓 𝒎
11.7.6 CALCULO DE LA SOCAVACIÓN TOTAL EN EL ESTRIBO DERECHO
11.7.6.1 Calculo de la Socavación Total en el Estribo Derecho ( 𝑆 )
Finalmente la socavación total será calculada según la expresión 11.6.10.14.
𝑆 = 𝑆 + 𝑆 …………..(11.6.10.14 CAP III-Pag. 132)
𝑆 = 1.09 + 2.05 = 3.14 𝑚
11.7.6.2 Calculo del factor de Seguridad ( 𝑓 )
Tomaremos como factor de seguridad el 50% de la socavación total
𝒇 𝑬𝑫 = 0.5𝑆
𝒇 𝑬𝑫 = 0.5(3.14) = 1.57𝑚 → 𝒇 𝑬𝑫 = 𝟏. 𝟓𝟕 𝒎
11.7.6.3 Calculo de la Socavación de Diseño en el Estribo Derecho ( 𝑆 ).
Sumaremos la socavación total y el factor de seguridad, según la expresión:
𝑺 𝑫𝑬𝑫 = 𝑆 + 0.5𝑆
𝑺 𝑫𝑬𝑫 = 3.14 + 1.57 → 𝑺 𝑫𝑬𝑫 = 𝟐, 𝟏𝟕𝟒. 𝟓𝟐 𝒎𝒔𝒏𝒎 (𝟒. 𝟕𝟏 𝒎)
11.7.7 CALCULO DE LA SOCAVACIÓN NORMAL O GENERAL EN EL ESTRIBO
IZQUIERDO ( 𝐻 )
Calculo de la Socavación Normal del Estribo Izquierdo por Estratos
11.7.7.1 Calculo en el Primer Estrato [2,178.90–2,178.50 msnm (0.00-0.40m)]
Utilizando la expresión 11.6.10.3.1.1.r.
𝐻 = (
/
. . )( )(11.6.10.3.1.1. CAP III-Pag. 132)
Donde:
HEI
2,183.14
(2.78m)
msnm
Tomaremos el calado del Estribo Derecho correspondiente
a la Nueva sección del Puente Casablanca determinado en
el “Estudio Hidráulico – Figura 11.8.10.14.a
α 1.40 m
Se tomara el mismo coeficiente socavación
correspondiente al cauce del rio.
β 1.08 s/d
Se tomara el mismo coeficiente de Frecuencia de la
Creciente correspondiente al cauce del rio
μ 0.97 s/d
Se tomara el mismo coeficiente de Contracción
correspondiente al cauce del rio

387
φ 1.20 s/d
Se tomara el mismo coeficiente de Corrección de la
densidad del agua durante la crecida.
γm 2.075 TM/m3
Según el “Estudio de Suelos” tenemos dos pesos
específicos para cada margen del cauce, por lo que
tomaremos el mayor de ambos valores γm = 2.075 TM/m3
(Capitulo III “Estudios Preliminares para el diseño del
puente”- IX Estudio de Suelos 9.6.2 Calculo de la
Capacidad Admisible (Qa) Izquierdo - Cuadro 9.6.2
“Valores para la Capacidad Admisible de la Margen
Izquierda” – Pagina 347).
x 0.274 s/d
Exponente Variable que depende de la densidad del
material del cauce del rio.
𝐻 = (
1.40 ∗ 2.78
0.60(1.08)(0.97)(1.20)(2.075) .
)( . )
𝐻 = 2,179.99 𝑚𝑠𝑛𝑚 ( 3.15 𝑚 )
 Calculo del Tirante de socavación ( 𝑆 )
De la Figura 11.6.10.12.a, podemos apreciar que el tirante se encuentra sobre el
límite del primer Estrato, por lo tanto el tirante de socavación será calculado a través
de la expresión 11.6.10.3.1.1.w
𝑆 = 𝐻 − 𝐻 ……………….…(11.6.10.3.1.1.w)
𝑆 = 3.15 − 2.78 → 𝑺 𝑮𝑬𝑰 = 𝟐, 𝟏𝟕𝟗. 𝟗𝟗 𝒎𝒔𝒏𝒎 (𝟎. 𝟑𝟕 𝒎)
11.7.8 CALCULO DE LA SOCAVACIÓN LOCAL EN EL ESTRIBO
IZQUIERDO ( 𝑆 ).
Como los cuatro métodos presentados para el cálculo de la socavación local en los
estribos coinciden en la utilización de sus parámetros la recomendación abarca la
facilidad y rapidez de sus cálculos y la cantidad de información que más se asemeje a
la realidad, siendo esto de gran utilidad para el ingeniero. Es así como se recomienda la
utilización del Método de Artamanov.
11.7.8.1 Calculo de la Socavación Local del Estribo Izquierdo por el Método de Artamanov
( 𝑆 )
 Calculo de Pa.
La conclusión 5.12.6 del Estudio de Diseño y Trazado Geométrico (Capitulo III
“Estudios Preliminares para el diseño del puente” V Estudio de Diseño y Trazado
Geométrico –5.12. Conclusiones - Pagina 274), nos indica que el ángulo que forma
el eje del puente con la superficie interior del estribo derecho es α3=77º, lo cual es
verificado extrayendo la figura 11.6.10.19 del plano TGP-01 (Capitulo VIII Anexo-
Capitulo III “Estudios Preliminares para el diseño del puente”- V.- Estudio de Diseño
y Trazado Geométrico – 5.10 Trazado Geométrico del Perfil del Puente - TGP-01
Plano de Trazado Geométrico de la Planta del Puente y sus Accesos.- Página 994),
este ángulo será interpolado del Cuadro 11.6.10.8.2 (Capitulo III ·Estudio
Preliminares para el diseño del puente” – XI Estudio Hidráulico- 11.6.10.8
Socavación Local en los Estribos - 11.6.10.8.2 Método de K. F. Artamonov Cuadro
11.6.10.8.2 Valores del Coeficiente Correctivo Pa – Pagina 502-503), obteniéndose:
𝑷 𝒂 = 𝟎. 𝟗𝟕𝟒

388
T04
T06
T05
3= 77°
Figura 11.6.10.19.- Angulo que forma el eje del puente con la superficie interior del
estribo izquierdo α3=77º.
 Calculo de Pq.
Para calcular el caudal ocupado por el estribo derecho si este no existiera
necesitamos calcular el área de la sección del estribo derecho que obstruye el libre
paso del flujo (A1) representado en la figura 11.6.10.19.a.
2 1 8 7 m sn m
7 6 °1 4 ´4 .5 ''
1 0 °0 1 ´4 8 .2 ''
M A R G E N
IZ Q U IE R D A
h N A M E ( 4.23 8 m ) 2 1 8 3 .1 3 m sn m N .A .M .E .
2 1 79 .9 6 m sn m N .A .M .
h M A X ( 3.40 m ) 2 1 82 .3 0 m sn m N .A .M a x
h G A L IB O ( 6.23 8 m )2 1 8 5 .1 3 m sn m G A L IB O
A 1 2 ,39H E I= 2 ,7 8
Figura 11.6.10.19.a.- Área correspondiente al estribo si este no existiera
 Calculo del Área de la sección del Estribo.
Usando AutoCAD se tiene:
𝐴 = 3.8763 𝑚
 Calculo del Caudal.
Para calcular el caudal multiplicaremos el área obtenida por la velocidad
promedio del flujo correspondiente al tirante del N.A.M.E
𝑄 = 𝐴 ∗ 𝑉
Donde:
𝑉 3.46 m/s
Velocidad del flujo correspondiente al NAME
(Capitulo III “Estudio Preliminares para el diseño del
Capacidad Hidráulica de la sección Transversal del
rio en el Cruce del Nuevo Puente Casablanca - Área
del flujo a ser Confinada-Pagina 459)

389
𝑄 = 3.8763 ∗ 3.46 → 𝑸 𝟏 = 𝟏𝟑. 𝟒𝟏𝟐 𝒎/𝒔
 Calculo de la relación (Q1/QNAME ).
Donde:
QNAME 611.84 m3/s
Caudal promedio del flujo correspondiente al
NAME Capitulo III “Estudio Preliminares para el
diseño del puente XI Estudio Hidráulico -Cuadro
11.6.6 Capacidad Hidráulica de la sección
Transversal del rio en el Cruce del Nuevo Puente
Casablanca - Área del flujo a ser Confinada-Pagina
455)
𝑄
𝑄
=
13.412
611.84
= 0.0219 →
𝑸 𝟏
𝑸 𝑵𝑨𝑴𝑬
= 𝟎. 𝟎𝟐𝟏𝟗
Este valor no se encuentra en el Cuadro 11.6.10.8.2.a - Valores del Coeficiente
Correctivo Pq en Función de Q1/QNAME, por lo que será calculado a través de
la expresión 11.6.10.8.2.a (Capítulo III ·Estudio Preliminares para el diseño del
puente” – XI Estudio Hidráulico- 11.6.10.8 Socavación Local en los Estribos -
11.6.10.8.2 Método de K. F. Artamonov – Pagina 497).
𝑃 = 1.4675 + 6.5238
𝑄
𝑄
− 4.0238(
𝑄
𝑄
)
Reemplazando valores en expresión 11.6.10.8.2.a, se tendrá:
𝑃 = 1.4675 + 6.5238(0.0219) − 4.0238(0.0219) → 𝑷 𝒒 = 𝟏. 𝟔𝟎𝟖
 Calculo de PR
Se toma la conclusión 9.7.7 del “Estudio de Suelos”, (Capitulo III ·Estudio
Preliminares para el diseño del puente” – IX Estudio de Suelos- 9.7 Conclusiones-
Pagina 353), la cual nos informa que el talud promedio en ambas márgenes es: 60%,
para esta condición interpolamos el valor del talud del Cuadro 11.6.10.8.2.b (
Capitulo III ·Estudio Preliminares para el diseño del puente” – XI Estudio
Hidráulico- 11.6.10.8 Socavación Local en los Estribos - 11.6.10.8.2 Método de K.
F. Artamonov Cuadro 11.6.10.8.2.b Valores del Coeficiente Correctivo PR en
función de R– Pagina 499).
𝑷 𝑹 = 𝟎. 𝟖𝟗𝟖
 Calculo del Tirante total hasta la socavación ( 𝑆 )
Usando la expresión 11.6.10.8.3
𝑆 = 𝑃 𝑃 𝑃 𝐻 ………………….… (11.6.10.8.3)
Reemplazando valores en la expresión 11.6.10.8.3, se tendrá:
𝑆 = 0.974 ∗ 1.608 ∗ 0.898 ∗ 2.78 = 3.91 𝑚 → 𝑺 𝑬𝑰 = 𝟑. 𝟗𝟏 𝒎
 Calculo del tirante de socavación ( 𝑆 )
Usaremos la expresión 11.6.10.3.1.1.s
𝑆 = 𝑆 − 𝐻 ……….…....(11.6.10.3.1.1.s)
𝑆 = 3.91 − 2.78 → 𝑺 𝑳𝑬𝑰 = 𝟏. 𝟏𝟑 𝒎

390
11.7.9 CALCULO DE LA SOCAVACIÓN TOTAL EN EL ESTRIBO IZQUIERDO.
11.7.9.1 Calculo de la Socavación Total en el Estribo Izquierdo ( 𝑆 )
Finalmente la socavación total será calculada según la expresión 11.6.10.14.
𝑆 = 𝑆 + 𝑆 …………….……….…..(11.6.10.14)
𝑆 = 0.37 + 1.13 = 1.50 𝑚
11.7.9.2 Calculo del factor de Seguridad ( 𝑓 )
Tomaremos como factor de seguridad el 50% de la socavación total
𝒇 𝑬𝑰 = 0.5𝑆
𝑓 = 0.5(1.50 ) = 0.75𝑚 → 𝒇 𝑬𝑰 = 𝟎. 𝟕𝟓 𝒎
11.7.9.3 Calculo de la Socavación de Diseño en el Estribo Izquierdo ( 𝑆 )
Sumaremos la socavación total y el factor de seguridad, según la expresión
𝑺 𝑫𝑬𝑰 = 𝑆 + 0.5𝑆
𝑺 𝑫𝑬𝑰 = 1.50 + 0.75 = 2.25 𝑚 → 𝑺 𝑫𝑬𝑰 = 𝟐, 𝟏𝟕𝟖. 𝟎𝟔 𝒎𝒔𝒏𝒎 (𝟐. 𝟑𝟎 𝒎)
11.7.9.4 Cuadro Resumen de Socavación Normal, Local y Total para los Estribos y el cauce del
rio
CUADRO 11.6.10.21
RESUMEN DE SOCAVACION EN LA SECCION DEL NUEVO PUENTE
CASABLANCA
Socavación SIG
ESTRIBO
DERECHO
( m )
CAUCE DEL
RIO
( m )
ESTRIBO
IZQUIERDO
( m )
Socavación General
SG
2,178.20msnm
(1.09 m)
2,177.74msnm
(2.00 m)
2,179.99msnm
(0.37 m)
Socavación Local SL 2.05 - 1.13
Socavación Total ST 3.14 2.00 1.50
Factor Seguridad fE 1.57 - 0.75
Socavación Diseño
SD
2,174.52msnm
(4.71 m)
2,177.74msnm
(2.00 m)
2,178.06msnm
(2.30 m)
Fuente.- Generacion Propia.
11.8 CONCLUSIONES.
a.- La sección hidráulica seleccionada para la construcción del Nuevo Puente Casablanca es la
actual sección del puente.
b.- El valor de la velocidad de la corriente del rio obtenida por similitud de caudales con respecto
a la sección del puente Matibamba medido con el equipo de medición ADCP es 1.19 m/s.
c.- La máxima velocidad considerada para el diseño es VMAX= 2.97 m/s.
d.- Se estimó el coeficiente de rugosidad por el método de Cowan, teniendo como resultado n =
0.12075.
e.- El Nivel de Aguas Máximo Extraordinario (NAME) calculado es: 2,183.14 msnm (4.238 m),
para el nuevo puente Casablanca.

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