Enrocados y Socavacion

7/30/2019 Enrocados y Socavacion

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93

Protecciones con Enrocados


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94


Pueden ser sueltos o consolidados(conglomerados con hormign)


3/48

95


Se especifican por su dimetro, espesor deCapa y/o su peso crtico.


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96

Protecciones con EnrocadosFormulacin terica

SuperficiesHorizontales

sc dsg )1()(0

hDh = 4

g

vfg

8

2

max0 =

3/1

)(113,0 h

d

fs

=

6/1

max )()1(2113,0

)(4

ss

c

d

hdsgv

Se recomienda usar*c = 0,03 (Shields-Parker)


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97

Protecciones con enrocados de FondoFrmulas Experimentales

Frmula deIsbash.

(Hydraulic

DesignCriteria USCE)

cos)1(220,1cos)1(286,0:max ss dsgdsgv

Frmula de C.R.Neill (1968).

3/1max )()1(2h

ds

gh

VF s==


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98

Ayala Balbontn, Laboratorio U. de Chile

Flujos Macrorugosos.

6,2h 2367,22/1 )()

)1((263,5

=

sd

hh

g

sKF

K = 0,02 Las piedras individuales del enrocado estn absolutamente inmviles.

K = 0,06 Hay movimiento generalizado de las piedras

sd

hh +=1*

Protecciones con enrocados de FondoFrmulas Experimentales


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99

Protecciones con Enrocados En TaludesFrmulas Experimentales

4/126/1

13,1)1(

=

=

sensen

dh

dsgvF

ss

s

679


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100

California Divisin of Highways

[ ] 2/1)(92,1 = senFs

Protecciones con enrocados en TaludesFrmulas Experimentales

Frmula de Stevens y Simons.

.Son las nicas soluciones los enrocados?

[ ] 6/122 )()/(

cos)(58,1

s

s d

h

tgtgS

StgtgF

=

S es un factor de seguridad


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101

Usualmente entaludes

Q ->

Pata flexible

Protecciones con Gaviones


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Usualmenteen taludes

Para cauces menores y con poca capacidad de arrastre debolones o rocas. Se calculan estructuralmente como un murode contencin.

Protecciones con Gaviones


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103

Elementos de HidrElementos de Hidrulica Fluvialulica Fluvial

1. Introduccin

2. Hidrulica de cauces naturales (generalidades)3. Propiedades de los sedimentos4. Resistencia hidrulica en cauces aluviales5. Arrastre incipiente de sedimentos no cohesivos6. Mecnica del transporte de slidos.7. Protecciones con enrocados (de fondo y en

taludes)

8. Socavacin general y local


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104

Socavacin= Socavacin General + Socavacin local

Conceptos Generales


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105

Conceptos Generales


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Socavacin generalMtodo de Lischtvan Lebediev

h

hjpj K

KQQ =

h

hj

j

jK

K

A

Avv =

Qp: caudal peak de la crecida.

Qj: caudal de la subseccin j.

Khj: coeficiente de transporte de la subseccin.

Kh: coeficiente de transporte de la seccin transversal completa.


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107

= dlh

n

JQ

j

mj

3/5

dlhl

hlj

jm =

0

3/53/5 1

=

jm l

lhh 3/53/5

jmj

mj lhn

JQ = 3/5

3/5

mj

mj hn

Jq =

jm n

hJq3/5

=

- Ecuacin de Manning

- Ancho unitario y altura h

- Rh = h

Integrando para toda la subseccin j, se tiene:

Se puede estimar la altura hm, tal que:

Si la seccin se divide en varias franjas de l y altura h:

Luego, Qj y q serian:


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Dividiendo q por qj, se llega a:

3/5

=

m

j h

hqq

:

Debido a la socavacin, en una franja de profundidad h, lavelocidad disminuye a ve, pasando de la altura deescurrimiento h a hs

Finalmente, la altura socavada (hs) se podr determinardividiendo el caudal unitario por ve

3/5

=

me

js h

h

v

qh


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109

Suelos Granulares

Suelos Cohesivosx

sse hv =18,160,0

x

sme hdv =28,0

68,0 TR dm[mm] X dm[mm] x dm[mm] x

1 aos 0,77 0,05 0,43 8 0,35 140 0,27

2 0,82 0,15 0,42 10 0,34 190 0,26

5 0,86 0,50 0,41 15 0,33 250 0,25

10 0,90 1 0,40 20 0,32 310 0,2420 0,94 1,5 0,39 25 0,31 370 0,23

50 0,97 2,5 0,38 40 0,30 450 0,22

100 1,00 4 0,37 60 0,29 570 0,21

500 1,05 6 0,36 90 0,28 750 0,20

1000 1,07

s [t/m3] x s [t/m

3] x s [t/m3] x

0,80 0,52 1,04 0,43 1,46 0,34

0,83 0,51 1,08 0,42 1,52 0,330,86 0,50 1,12 0,41 1,58 0,32

0,88 0,49 1,16 0,40 1,64 0,31

0,90 0,48 1,20 0,39 1,71 0,30

0,93 0,47 1,24 0,38 1,80 0,29

0,96 0,46 1,28 0,37 1,89 0,28

0,98 0,45 1,34 0,36 2,00 0,27

1,00 0,44 1,40 0,35


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3/5

28,0

1

68,0

=+

mm

jxs h

h

d

qh

Suelos Granulares

Suelos Cohesivos3/5

18,1

1

60,0

=+

ms

jxs h

hqh

Shhs +=

==

h

hj

j

p

h

hj

j

pj K

K

l

l

l

Q

K

K

l

Qq

shhS =


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111

Socavacin GeneralMtodo de Maza

Shhd ss +=

J=


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Mtodo de Lischtvan Lebediev

Supone que durante el peak de la crecida, se llega a unacondicin de equilibrio en que el aumento del rea mojadadebido a la socavacin del lecho, disminuye la velocidad delescurrimiento a un valor tal que el proceso erosivo se detiene

Mtodo de Neill

Es similar al mtodo de Lischtvan Levediev. La velocidadcompetente est tabulada en funcin de altura deescurrimiento.

SOCAVACIN GENERAL


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Socavacin GeneralMtodo de Neill (Guide to Bridge Hydraulics (1973))

Mtodo de la velocidad competente.

La velocidad media en la subseccin correspondiente del cauce,que no genera socavacin general del lecho (similar aLischtvan-Lebediev).

Si la velocidad del escurrimiento supera a la velocidadcompetente, el cauce se erosiona hasta que la velocidaddisminuya al valor correspondiente a la velocidad competente.

Segn Neill el mtodo es conservador si el escurrimiento

arrastra una cantidad apreciable de gasto slido.


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Procedimiento de Clculo.

- Se determina la velocidad media (v) y profundidad media (h)

para el caudal de diseo suponiendo que no hay erosin en laseccin transversal, paralelamente se obtiene el tamao medio delmaterial del lecho (d50). Seccin compuesta se divide ensubsecciones.

- La velocidad competente se determina del grfico de Neill paramaterial no cohesivo y de la tabla si el material es cohesivo.

- Si v > velocidad competente => Existe socavacin generalizada.

(lecho de granulometra extendida se recomienda usar d80 paratomar en cuenta el acorazamiento)

- La socavacin general se determina por aproximacionessucesivas, adoptando una forma seccin (o subseccines)

transversal, tal que v = velocidad competente.


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0,1

1

10

0,1 1 10 100 1000

ds [mm]

Velocidadcompetente[m/s]

h = 1,5 m h = 3,0 mh = 6,0 m h = 15 m

h [m] Material fcilmenteerosionable. [m/s]

Material medio.

[m/s]

Material muy

resistente. [m/s]

1,50 0,60 1,00 1,80

3,00 0,65 1,20 2,00

6,00 0,70 1,30 2,30

15,0 0,80 1,50 2,60

Ma

terialNoC

ohesivo

MaterialCohesivo


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116

Clculo de la Socavacin por contraccin

Se produce por la contraccin inducida por la existencia debancos de sedimentos, bancos de hielo o ubicacin de un puente

u otra estructura hidrulica que reduzca el ancho natural de uncauce. Se debe agregar a la socavacin general

Secc. 1 (aguas arriba)

Secc. 0 (sin contraccin)Secc. 2 (contrada)


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117


En condicin de lecho vivo.Modelo de Laursen (1962)


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En condicin de aguas claras.Modelo Laursen-Richardson-Davis (2002)

** co =

(Laursen recomiendaUsar Ks=*c=0,039)


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119

SOCAVACIN LOCAL

Producida por la existencia de una obra hidrulica en un cauce fluvialno revestido, como por ej. Pilas, estribos, a la salida de radieres de

hormign, saltos de esqu, etc.

Bocatoma Laja Sur.


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120

Factores que influyen en la socavacinlocal de pilas: Forma de la pila,

condiciones del flujo (h,v) aguas arriba,granulometra del material del lecho,ngulo de ataque, etc.


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121CI 51B

Socavacin Local en Pilas

Desde 1940 muchos autores han efectuado estudios de socavacin,fundamentalmente en lechos de arena.


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122

SOCAVACIN LOCAL EN PILASMtodo HEC 18Mtodo de la Federal Highway Administration (2001)


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123

K1Factor de Correccin por forma

de la Pila


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124

K2Factor de correccinpor ngulo de ataque

K3

Factor de correccin porcond. movimiento)


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K4

(tamao del material dellecho)

Vic Dx = Velocidad critica para erosinincipiente for sedimento de tamao Dx

Vic Dx = Velocidad critica movimiento

incipiente para sedimento de tamao Dx

Ku = 6,19 (SI)


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Kw

(factor de correccinpor pilas muyanchas)

Se usa Kw, si:

-Altura de flujo / ancho pila < 0,8

-Ancho pila / Dmedio > 50 y

- Nmero de Froude < 1


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127

Qu pasa con pilascomplejas?

Puente 5S-Ro Maipo


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128

Pilas complejas => aislar y luego superponer efectos.


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129

Socavacin local en PilasMtodo de Melville (1997)

Incorpora el concepto del acorazamiento (armoring).

Diyas KKKKKy 21=

18,,,:,, 21 HECdemataquengulofactorformafactorSocavacinKKys


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130


39/48

131

SOCAVACIN LOCAL EN ESTRIBOS


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Socavacin en Estribos


41/48

Modelo Chang-Davis (2001): Lecho Vivo


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Modelo Chang-Davis (2001): Aguas Claras

cvta yKKy 2857,0

2

Kt y Kv se calcula de igual forma que para el caso de lechovivo


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135

Socavacin LocalAl pie de un Umbral

Los umbrales son obras hidrulicas frecuentes que atraviesan unro de lado a lado, con distintos objetivos como son: barreramvil, vertedero fijo para elevar el nivel y as poder captar en loscanales que utilizan el agua del ro, sifn que cruza de un lado aotro del ro...etc.

Estos umbrales sirven de fundacin y dan apoyo a las estructurassuperiores.

nivel de aguas abajo en el ro, dh


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136

Socavacin Local

Al pie de un umbralBormann y Julien (1991).

[ ]

8,0

4,0

90

0

8,0

0

2

0

0

.max

)25(

61,0

+

=

+

sen

sen

d

h

gh

v

h

Ds p

+++=0

0

00

log05,0)(log13,0)1(log15,032,0ghv

hh

hDsen n

dn

pnb

En el caso de un chorro que incide directamente sobre lasuperficie libre de aguas abajo, con un ngulo, puede

adoptarse: = 0


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Schoklitsch (1932).

32,0

90

2,057,0

.max 75,4 d

Hqhs d =+

d90 debe expresarse en [mm].

Ivanissevich.(1980)

5,0

90

075,0

0

2/3

0

.max )()(04,1d

h

h

HC

h

sv =

gHCvv

2=

vC

Cv es un coeficiente de velocidad que vara entre 0,9 y 1.


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Socavacin Local

Aguas abajo de un Salto de Esqu

El chorro describe una trayectoria parablica en la atmsferacon algn grado de disipacin de energa por friccin con el aire

y entra impactando a la masa de agua con un cierto ngulo

H, es igual a la diferencia entre el Bernoull del chorro en sudespegue del vertedero y el nivel de la masa de agua a la queimpacta el chorro


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139

Veronese (1937).

mmend

d

qHhs

m

md

medio,dimetro:

68,3 42,0

54,0225,0

.max =+mmd

qHhsm

dmx

590,1

54,0225,0

.

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Enrocados y Socavacion