socavacion

Universidad
Técnica
Federico Santa María
Ingeniería Civil

HIDRÁULICA
APLICADA
CIV-346
Tarea N°3
2011
INTEGRANTES:
Rubén Muñoz 2611060-2
Andrés Saldías 2604112-0
Marco Torres 2604047-7
PROFESOR:
Ludwig Stowhas
AYUDANTES:
Raúl Flores
Juan Pablo Andrade
Álvaro Ossandón
Eduardo Millas

INTRODUCCIÓN
Una de las obras de ingeniería más importantes, es el diseño, cálculo yconstrucción de un puente
que conecte dos localidades separadas por un gran curso de agua. Su importancia se debe al
impacto que tiene en la vida de las personas que viven en los alrededores como también de
cualquiera que haga uso de este- Para la realización de esta obra se requieren importantes
conocimientos estructurales, viales e hidráulicos. Desde este último punto, son varios los factores
aanalizar como el caudal del curso, la separación entre los dos puntos a conectar, la
granulometría del fondo del río o canal, el tipo de cepa para la fundación del puente, entre otros.
El puente básicamente consiste en una estructura de hormigón o acero, que comunica ambas
riberas de un río. En los accesos posee terraplenes de material granulométrico, generalmente
sacado del mismo lecho delrío, lo que hace más económica su construcción, pero que desde el
punto de vista hidráulico afecta considerablemente en el diseño, debido al estrechamiento que
sufre el curso natural del agua.
Debido a estos y otros factores, es que ocurre la socavación, un fenómeno de gran relevancia en el
diseño hidráulico de puentes, que consiste en el arrastre de material granular del fondo del río de
ciertodiámetro. Este arrastre comienza cuando la fuerza cortante de la corriente supera a la
fuerza cortante crítica que es propia de cada una de esas partículas y depende directamente de su
tamaño. En el transcurso de una crecida, también puede ocurrir que al ir aumentando el caudal,
las partículas de menor tamaño inician primero su movimiento, luego sucesivamente comienzan a
moverse el resto departículas hasta llegar a tamaño límite, el cual no puede ser arrastrado,
formándose de esta manera una coraza de partículas de mayor tamaño que protegen a las demás
de menor tamaño. A partir de la socavación se puede estimar la profundidad de fundación de las
cepas de un puente.
Otro fenómeno a analizar es el arrastre de sedimentos que consiste en el arrastre de partículas
suspendidas y departículas de fondo. Si el arrastre de sólidos de un río es menor que su capacidad
de transporte, no presenta mayores problemas a lo largo del escurrimiento, ya que el arrastre
aumentará hasta llegar al límite de su capacidad. Una vez que sobrepase esta, existe la posibilidad
de embanque, lo que provocaría la acumulación de partículas en algún sector, afectando flujo
natural del agua

MARCOTEÓRICO
Para el desarrollo del problema propuesto, es necesario conocer las características y
condiciones hidráulicas del río en cuestión tales como: altura crítica ( ), altura normal ( ),
coeficiente de rugosidad ( ), altura inicial del agua ( ), pendiente línea de energía ( ) socavación
inicial ( ), diámetro crítico ( ).
Cálculo de altura crítica:
La altura crítica se calcula imponiendocondición de crisis, lo que implica que el cuadrado del
número de Froude sea igual a 1:

Donde:
: caudal
: ancho superficial
g : aceleración de gravedad
: área de sección transversal
Si el canal es de sección rectangular, entonces:
√
Donde:
: altura crítica
b : ancho basal
Cálculo del coeficiente de rugosidad del canal:
Si el canal presenta granulometría uniforme:
⁄

Si el canalpresenta granulometría extendida:
⁄

Donde:
d: diámetro del material del cauce

Cálculo de altura normal:
Supiendo equilibrio de las fuerzas de fricción con las fuerzas de gravedad (
, entonces es
posible ocupar la fórmula de Manning para el cálculo de la altura normal de escurrimiento.
⁄

⁄

√
Donde:
: caudal
: coeficiente de rugosidad de manning
: pendiente del canal
: radio...