diseño de socavación puente grande ricardo

ESTUDIO DE SOCAVACIÓN - PUENTE PEATONAL ( IGLESIA)

PROYECTO :

ENTIDAD : MUNICIPALIDAD DISTRITAL DE ILABAYA

FECHA : MAYO DE 2008

a.- El caudal.

b.- Tamaño y conformación del material del cauce.

c.- Cantidad de transporte de sólidos.

Las ecuaciones que se presentan a continuación son una guía para estimar la geometría hidráulica del cauce de un río. Las mismas están

en función del material del cauce.

SOCAVACION GENERAL DEL CAUCE:

Es aquella que se produce a todo lo ancho del cauce cuando ocurre una crecida debido al efecto hidráulico de un estrechamiento de la

sección; la degradación del fondo de cauce se detiene cuando se alcanzan nuevas condiciones de equilibrio por disminución de la velocidad

a causa del aumento de la sección transversal debido al proceso de erosión.

Para la determinación de la socavación general se empleará el criterio de Lischtvan - Levediev :

Velocidad erosiva que es la velocidad media que se requiere para degradar el fondo esta dado por las siguientes expresiones:

m/seg suelos cohesivos

m/seg suelos no cohesivos

En donde:

Ve = Velocidad media suficiente para degradar el cauce en m/seg.

Peso volumétrico del material seco que se encuentra a una profundidad Hs, medida desde la superficie del agua (Ton/m3)

b = Coeficiente que depende de la frecuencia con que se repite la avenida que se estudia. Ver tabla N° 3

x = Es un exponente variable que esta en función del peso volumétrico gs del material seco (Ton/m3 )

Tirante considerado, a cuya profundidad se desea conocer que valor de Ve se requiere para arrastrar y levantar

al material ( m )

Es el diámetro medio ( en mm ) de los granos del fondo obtenido según la expresión.

0.01 S di pi

En el cual

di = Diámetro medio, en mm, de una fracción en la curva granulométrica de la muestra total que se analiza

pi = Peso de esa misma porción, comparada respecto al peso total de la muestra. Las fracciones escogidas no deben ser

iguales entre sí.

( 1 ) - Perfil antes de la erosión.

( 2 ) - Perfil después de la erosión

Cálculo de la profundidad de la socavación en suelos homogéneos:Suelos cohesivos:

Suelos no cohesivos:

Donde: a =

m = coeficiente de contracción. Ver tabla N° 1

CONSTRUCCIÓN DE PUENTES PEATONALES EN EL ANEXO DE POQUERA, DISTRITO DE ILABAYA - JORGE BASADRE - TACNA

Ve = 0.60 gd1.18 b Hs

x

Vc = 0.68 b dm 0.28 Hsx

gd =

Hs =

dm =

dm =

Hs = a Ho5/3 1 / (1 + x)

0.60b gd1.18

Hs = a Ho5/3 1 / (1 + x)

0.68b dm0.28

Qd / (Hm5/3 Be m)

Qd = caudal de diseño (m3/seg)

Be = ancho efectivo de la superficie del líquido en la sección transversal

Hm = profundidad media de la sección = Area / Be

Hs

B

Ho 1

ds2

x = exponente variable que depende del diámetro del material y se encuentra en la tabla N° 2

dm = diámetro medio (mm)

TABLA N° 1

Velocidad media en la Longitud libre entre dos estribos

sección, en m / seg 10 13 16 18 21 25 30 42 52 63 106 124 200

Menor de 1 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 0.96 0.97 0.98 0.99 0.99 0.99 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.50 0.94 0.96 0.97 0.97 0.97 0.98 0.99 0.99 0.99 0.99 1.00 1.00 1.00 2.00 0.93 0.94 0.95 0.96 0.97 0.97 0.98 0.98 0.99 0.99 0.99 0.99 1.00 2.50 0.90 0.93 0.94 0.95 0.96 0.96 0.97 0.98 0.98 0.99 0.99 0.99 1.00 3.00 0.89 0.91 0.93 0.94 0.95 0.96 0.96 0.97 0.98 0.98 0.99 0.99 0.99 3.50 0.87 0.90 0.92 0.93 0.94 0.95 0.96 0.97 0.98 0.98 0.99 0.99 0.99

4.00 o mayor 0.85 0.89 0.91 0.92 0.93 0.94 0.95 0.96 0.97 0.98 0.99 0.99 0.99

TABLA N° 2

SUELOS COHESIVOS SUELOS NO COHESIVOS

P. específico gd (T/m3 x dm (mm) x0.80 0.52 0.05 0.430.83 0.51 0.15 0.420.86 0.50 0.50 0.410.88 0.49 1.00 0.400.90 0.48 1.50 0.390.93 0.47 2.50 0.380.96 0.46 4.00 0.370.98 0.45 6.00 0.361.00 0.44 8.00 0.351.04 0.43 10.00 0.341.08 0.42 15.00 0.331.12 0.41 20.00 0.321.16 0.40 25.00 0.311.20 0.39 40.00 0.301.24 0.38 60.00 0.291.28 0.37 90.00 0.281.34 0.36 140.00 0.271.40 0.35 190.00 0.261.46 0.34 250.00 0.251.52 0.33 310.00 0.241.58 0.32 370.00 0.231.64 0.31 450.00 0.221.71 0.30 570.00 0.211.80 0.29 750.00 0.201.89 0.28 1000.00 0.192.00 0.27

TABLA N° 3

Periodo de retorno Coeficientedel gasto de diseño b

( años )

2 0.825 0.86

10 0.9020 0.9450 0.97

100 1.00500 1.05

COEFICIENTE DE CONTRACCION, m

VALORES DE X PARA SUELOS COHESIVOS Y NO COHESIVOS

VALORES DEL COEFICIENTE b

SOCAVACION AL PIE DE LOS ESTRIBOS:

El método que será expuesto se debe a K. F. Artamonov y permite estimar no solo la profundidad de socavación al pie deestribos, sino además al pie de espigones. Esta erosión depende del gasto que teóricamente es interseptado por el espigón,relacionando con el gasto total que escurre por el río, del talud que tienen los lados del estribo y del ángulo que el eje longitudinal de la obra forma con la corriente. El tirante incrementado al pie de un estribo medido desde la superficie libre dela corriente, esta dada por:

en que

TABLA N° 4

a

0.84 0.94 1.00 1.07 1.19

TABLA N° 5

0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80

2.00 2.65 3.22 3.45 3.67 3.87 4.06 4.20

TABLA N° 6

TALUD 0 0.50 1.00 1.50 2.00 3.00

1.00 0.91 0.85 0.83 0.61 0.50

St = Pa Pq PR Ho

Pa = coeficiente que depende del ángulo a que forma el eje del puente con la corriente, como se indica en la figura siguiente; su valor se puede encontrar en la tabla N° 4

Pq = coeficiente que depende de la relación Q1/Q, en que Q1 es el gasto que teóricamente pasaria por el lugar ocupado por

el estribo si éste no existiera y Q, es el gasto total que escurre por el río. El valor de P q puede encontrarse en la tabla N° 5

PR = coeficiente que depende del talud que tienen los lados del estribo, su valor puede obtenerse en la tabla N° 6

Ho = tirante que se tiene en la zona cercana al estribo antes de la erosión

VALORES DEL COEFICIENTE CORRECTIVO Pa EN FUNCION DE a

30º 60º 90º 120º 150º

Pa

VALORES DEL COEFICIENTE CORRECTIVO Pq EN FUNCION DE Q1/Q

Q1/Q

Pq

VALORES DEL COEFICIENTE CORRECTIVO PR EN FUNCION DE R

PR

EJE DEL ESTRIBO

Q2

Q - ( Q1 + Q2 )

Q1

ESTRIBO

TALUD DEL ESTRIBO R : 1

a

a

V St Ho

So

DETERMINACION DE LA PROFUNDIDAD DE SOCAVACIÓN

TIPO DE CAUCE 2 (ver cuadro adjunto) CAUCE TIPO

SUELO COHESIVO 1

SUELO NO COHESIVO 2

A.- Cálculo de la socavación general en el cauce:

Hs = profundidad de socavación (m)Qd = caudal de diseño 38.85 m3/segBe = ancho efectivo de la superficie de agua 35.00 mHo = tirante antes de la erosión 0.60 mVm = velocidad media en la sección 2.10 m/seg

0.93

2.00 Tn/m3dm = diámetro medio 0.50 mmx = exponente variable. Ver tabla Nº 2 0.41Tr = Periodo de retorno del gasto de diseño 100.00 añosb = coeficiente que depende de la frecuencia del caudal de diseño. Ver tabla N 0.97A = área de la sección hidráulica 18.50 m2Hm = profundidad media de la sección 0.529 ma = 3.454

Entonces,

Hs = 2.03 m

ds = profundidad de socavación respecto al fondo del cauce 1.84

ds = 1.43 m

CONCLUSION:

POR LO TANTO LA SOCAVACIÓN EN EL MEDIO DEL CAUSE SERA:

Asumimos ds = 1.50 m

B.- Cálculo de la socavación al pie de estribos:

1.- Estribo margen izquierda aguas abajo

St = tirante incrementado al pie del estribo debido a la socavación en mts.Ho = tirante que se tiene en la zona cercana al estribo antes de la erosion 0.60 mQ = caudal de diseño 38.85 m3/segQ1 = caudal que teóricamente pasaría por el lugar ocupado por el estribo de la margen izquierd 19.43 m3/segQ1/Q = 0.50Pq = coeficiente que depende de la relación Q1/Q. Ver tabla N° 5 2.00a = ángulo que forma el eje del estribo con la corriente 90.00 °Pa = coeficiente que depende del ángulo a . Ver tabla N° 4 1.00R = talud que tiene el estribo 0.24

0.96

Entonces,

St = 1.15 m

ds = profundidad de socavación respecto al fondo del cauce

So = 0.55 m

m = coheficiente de contraccion. Ver tabla N° 1

gd = peso especifico del suelo del cauce

PR = coeficiente que depende del talud que tiene el estribo. Ver tabla N° 6

Asumimos So = 0.60 m

2.- Estribo margen derecha aguas abajo

St = tirante incrementado al pie del estribo debido a la socavación en mts.Ho = tirante que se tiene en la zona cercana al estribo antes de la erosión 0.45 mQ = caudal de diseño 9.92 m3/segQ1 = caudal que teóricamente pasaría por el lugar ocupado por el estribo de la margen derecha 1.00 m3/segQ1/Q = 0.10Pq = coeficiente que depende de la relación Q1/Q. Ver tabla N° 5 2.00a = ángulo que forma el eje del estribo con la corriente 90.00 °Pa = coeficiente que depende del ángulo a . Ver tabla N° 4 1.00R = talud que tiene el estribo 0.24

0.96

Entonces,

St = 0.86 m


So = 0.41 m




PROYECTO :ENTIDAD : MUNICIPALIDAD DISTRITAL DE ILABAYA

FECHA : MAYO DE 2008

a.- El caudal.

b.- Tamaño y conformación del material del cauce.

c.- Cantidad de transporte de sólidos.


en función del material del cauce.

SOCAVACION GENERAL DEL CAUCE:



a causa del aumento de la sección transversal debido al proceso de erosión.



m/seg

m/seg

En donde:

Ve = Velocidad media suficiente para degradar el cauce en m/seg.


b = Coeficiente que depende de la frecuencia con que se repite la avenida que se estudia. Ver tabla N° 3

x = Es un exponente variable que esta en función del peso volumétrico gs del material seco (Ton/m3 )


al material ( m )


0.01 S di pi

En el cual

di = Diámetro medio, en mm, de una fracción en la curva granulométrica de la muestra total que se analiza

pi = Peso de esa misma porción, comparada respecto al peso total de la muestra. Las fracciones escogidas no deben ser

iguales entre sí.

( 1 ) - Perfil antes de la erosión.( 2 ) - Perfil después de la erosión

CONSTRUCCIÓN DE PUENTES PEATONALES EN EL ANEXO DE POQUERA, DISTRITO DE ILABAYA - JORGE BASADRE - TACNA

Ve = 0.60 gd1.18 b Hs

x

Vc = 0.68 b dm 0.28 Hsx

gd =

Hs =

dm =

dm =

Hs

B

Ho

ds

Cálculo de la profundidad de la socavación en suelos homogéneos:Suelos cohesivos:

Suelos no cohesivos:

Donde: a =

m = coeficiente de contracción. Ver tabla N° 1


TABLA N° 1

Velocidad media en la Longitud libre entre dos estribossección, en m / seg 10 13 16 18 21 25 30 42 52 63 106 124 200

Menor de 1 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 0.96 0.97 0.98 0.99 0.99 0.99 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.50 0.94 0.96 0.97 0.97 0.97 0.98 0.99 0.99 0.99 0.99 1.00 1.00 1.00 2.00 0.93 0.94 0.95 0.96 0.97 0.97 0.98 0.98 0.99 0.99 0.99 0.99 1.00 2.50 0.90 0.93 0.94 0.95 0.96 0.96 0.97 0.98 0.98 0.99 0.99 0.99 1.00 3.00 0.89 0.91 0.93 0.94 0.95 0.96 0.96 0.97 0.98 0.98 0.99 0.99 0.99 3.50 0.87 0.90 0.92 0.93 0.94 0.95 0.96 0.97 0.98 0.98 0.99 0.99 0.99

4.00 o mayor 0.85 0.89 0.91 0.92 0.93 0.94 0.95 0.96 0.97 0.98 0.99 0.99 0.99

TABLA N° 2

SUELOS COHESIVOS

P. específico gd (T/m3 x0.80 0.520.83 0.510.86 0.500.88 0.490.90 0.480.93 0.470.96 0.460.98 0.451.00 0.44

Hs = a Ho5/3 1 / (1 + x)

0.60b gd1.18

Hs = a Ho5/3 1 / (1 + x)

0.68b dm0.28

Qd / (Hm5/3 Be m)

Qd = caudal de diseño (m3/seg)

Be = ancho efectivo de la superficie del líquido en la sección transversal

Hm = profundidad media de la sección = Area / Be

dm = diámetro medio (mm)


VALORES DE X PARA SUELOS COHESIVOS Y NO COHESIVOS

ds

1.04 0.431.08 0.421.12 0.411.16 0.401.20 0.391.24 0.381.28 0.371.34 0.361.40 0.351.46 0.341.52 0.331.58 0.321.64 0.311.71 0.301.80 0.291.89 0.282.00 0.27

TABLA N° 3

Periodo de retorno Coeficientedel gasto de diseño b

( años )

2 0.825 0.86

10 0.9020 0.9450 0.97100 1.00500 1.05

SOCAVACION AL PIE DE LOS ESTRIBOS:

VALORES DEL COEFICIENTE b

V St Ho

So

El método que será expuesto se debe a K. F. Artamonov y permite estimar no solo la profundidad de socavación al pie deestribos, sino además al pie de espigones. Esta erosión depende del gasto que teóricamente es interseptado por el espigón,relacionando con el gasto total que escurre por el río, del talud que tienen los lados del estribo y del ángulo que el eje longitudinal de la obra forma con la corriente. El tirante incrementado al pie de un estribo medido desde la superficie libre dela corriente, esta dada por:

en que

TABLA N° 4

a

0.84 0.94 1.00 1.07 1.19

TABLA N° 5

0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80

2.00 2.65 3.22 3.45 3.67 3.87 4.06 4.20

St = Pa Pq PR Ho

Pa = coeficiente que depende del ángulo a que forma el eje del puente con la corriente, como se indica en la figura siguiente; su valor se puede encontrar en la tabla N° 4

Pq = coeficiente que depende de la relación Q1/Q, en que Q1 es el gasto que teóricamente pasaria por el lugar ocupado por

el estribo si éste no existiera y Q, es el gasto total que escurre por el río. El valor de Pq puede encontrarse en la tabla N° 5

PR = coeficiente que depende del talud que tienen los lados del estribo, su valor puede obtenerse en la tabla N° 6

Ho = tirante que se tiene en la zona cercana al estribo antes de la erosión

VALORES DEL COEFICIENTE CORRECTIVO Pa EN FUNCION DE

30º 60º 90º 120º 150º

Pa

VALORES DEL COEFICIENTE CORRECTIVO Pq EN FUNCION DE

Q1/Q

Pq

EJE DEL ESTRIBO

Q2

Q - ( Q1 + Q2 )

Q1

ESTRIBO

TALUD DEL ESTRIBO R : 1

a

a

V St Ho

TABLA N° 6

TALUD 0 0.50 1.00 1.50 2.00 3.00

1.00 0.91 0.85 0.83 0.61 0.50


TIPO DE CAUCE 2 (ver cuadro adjunto)

A.- Cálculo de la socavación general en el cauce:

Hs = profundidad de socavación (m)Qd = caudal de diseñoBe = ancho efectivo de la superficie de aguaHo = tirante antes de la erosiónVm = velocidad media en la sección

dm = diámetro mediox = exponente variable. Ver tabla Nº 2Tr = Periodo de retorno del gasto de diseñob = coeficiente que depende de la frecuencia del caudal de diseño. Ver tabla NA = área de la sección hidráulicaHm = profundidad media de la seccióna =

Entonces,

Hs = 2.03 m


ds = 1.43 m

CONCLUSION:

POR LO TANTO LA SOCAVACIÓN EN EL MEDIO DEL CAUSE SERA:

VALORES DEL COEFICIENTE CORRECTIVO PR EN FUNCION DE

PR

m = coheficiente de contraccion. Ver tabla N° 1

gd = peso especifico del suelo del cauce

Asumimos ds = 1.50 m

B.- Cálculo de la socavación al pie de estribos:

1.- Estribo margen izquierda aguas abajo

St = tirante incrementado al pie del estribo debido a la socavación en mts.Ho = tirante que se tiene en la zona cercana al estribo antes de la erosionQ = caudal de diseñoQ1 = caudal que teóricamente pasaría por el lugar ocupado por el estribo de la margen izquierdQ1/Q =Pq = coeficiente que depende de la relación Q1/Q. Ver tabla N° 5a = ángulo que forma el eje del estribo con la corrientePa = coeficiente que depende del ángulo a . Ver tabla N° 4 R = talud que tiene el estribo

Entonces,

St = 1.15 m


So = 0.55 m


2.- Estribo margen derecha aguas abajo

St = tirante incrementado al pie del estribo debido a la socavación en mts.Ho = tirante que se tiene en la zona cercana al estribo antes de la erosiónQ = caudal de diseñoQ1 = caudal que teóricamente pasaría por el lugar ocupado por el estribo de la margen derechaQ1/Q =Pq = coeficiente que depende de la relación Q1/Q. Ver tabla N° 5a = ángulo que forma el eje del estribo con la corrientePa = coeficiente que depende del ángulo a . Ver tabla N° 4


R = talud que tiene el estribo

Entonces,

St = 0.86 m


So = 0.41 m









suelos cohesivos

suelos no cohesivos


Coeficiente que depende de la frecuencia con que se repite la avenida que se estudia. Ver tabla N° 3

Es un exponente variable que esta en función del peso volumétrico gs del material seco (Ton/m3 )



Diámetro medio, en mm, de una fracción en la curva granulométrica de la muestra total que se analiza

Peso de esa misma porción, comparada respecto al peso total de la muestra. Las fracciones escogidas no deben ser

CONSTRUCCIÓN DE PUENTES PEATONALES EN EL ANEXO DE POQUERA, DISTRITO DE ILABAYA

Ho 1

ds2


TABLA N° 1

Longitud libre entre dos estribos 10 13 16 18 21 25 30 42 52 63 106 124 200 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 0.96 0.97 0.98 0.99 0.99 0.99 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 0.94 0.96 0.97 0.97 0.97 0.98 0.99 0.99 0.99 0.99 1.00 1.00 1.00 0.93 0.94 0.95 0.96 0.97 0.97 0.98 0.98 0.99 0.99 0.99 0.99 1.00 0.90 0.93 0.94 0.95 0.96 0.96 0.97 0.98 0.98 0.99 0.99 0.99 1.00 0.89 0.91 0.93 0.94 0.95 0.96 0.96 0.97 0.98 0.98 0.99 0.99 0.99 0.87 0.90 0.92 0.93 0.94 0.95 0.96 0.97 0.98 0.98 0.99 0.99 0.99 0.85 0.89 0.91 0.92 0.93 0.94 0.95 0.96 0.97 0.98 0.99 0.99 0.99

TABLA N° 2

SUELOS NO COHESIVOS

dm (mm) x0.05 0.430.15 0.420.50 0.411.00 0.401.50 0.392.50 0.384.00 0.376.00 0.368.00 0.35

= ancho efectivo de la superficie del líquido en la sección transversal


ALORES DE X PARA SUELOS COHESIVOS Y NO COHESIVOS

ds2

10.00 0.3415.00 0.3320.00 0.3225.00 0.3140.00 0.3060.00 0.2990.00 0.28

140.00 0.27190.00 0.26250.00 0.25310.00 0.24370.00 0.23450.00 0.22570.00 0.21750.00 0.20

1000.00 0.19

V St Ho

El método que será expuesto se debe a K. F. Artamonov y permite estimar no solo la profundidad de socavación al pie deestribos, sino además al pie de espigones. Esta erosión depende del gasto que teóricamente es interseptado por el espigón,relacionando con el gasto total que escurre por el río, del talud que tienen los lados del estribo y del ángulo que el eje longitudinal de la obra forma con la corriente. El tirante incrementado al pie de un estribo medido desde la superficie libre de

TABLA N° 4

0.84 0.94 1.00 1.07 1.19

TABLA N° 5

0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80

2.00 2.65 3.22 3.45 3.67 3.87 4.06 4.20

= coeficiente que depende del ángulo a que forma el eje del puente con la corriente, como se indica en la figura

es el gasto que teóricamente pasaria por el lugar ocupado por

el estribo si éste no existiera y Q, es el gasto total que escurre por el río. El valor de Pq puede encontrarse en la

= coeficiente que depende del talud que tienen los lados del estribo, su valor puede obtenerse en la tabla N° 6

EN FUNCION DE a

120º 150º

EN FUNCION DE Q1/Q

EJE DEL ESTRIBO

Q2

Q - ( Q1 + Q2 )

V St Ho

TABLA N° 6

0 0.50 1.00 1.50 2.00 3.00

1.00 0.91 0.85 0.83 0.61 0.50


CAUCE TIPO

SUELO COHESIVO 1

SUELO NO COHESIVO 2

38.85 m3/seg35.00 m

0.60 m Verificar la sección

2.10 m/seg Verificar la sección

0.93 Verificar la sección

2.00 Tn/m30.50 mm0.41

100.00 años0.97

18.50 m20.529 m3.454

1.84

EN FUNCION DE R

0.60 m38.85 m3/seg

Q1 = caudal que teóricamente pasaría por el lugar ocupado por el estribo de la margen izquierd 19.43 m3/seg0.502.00

90.00 °1.000.24

0.96

0.45 m9.92 m3/seg

Q1 = caudal que teóricamente pasaría por el lugar ocupado por el estribo de la margen derecha 1.00 m3/seg0.102.00

90.00 °1.00

0.24

0.96

diseño de socavación puente grande ricardo

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