enrocados y socavacion
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Protecciones con Enrocados
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Protecciones con Enrocados
Pueden ser sueltos o consolidados(conglomerados con hormign)
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Protecciones con Enrocados
Se especifican por su dimetro, espesor deCapa y/o su peso crtico.
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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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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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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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Protecciones con Enrocados En TaludesFrmulas Experimentales
4/126/1
13,1)1(
=
=
sensen
dh
dsgvF
ss
s
679
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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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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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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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Socavacin= Socavacin General + Socavacin local
Conceptos Generales
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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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= 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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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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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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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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Clculo de la Socavacin por contraccin
En condicin de lecho vivo.Modelo de Laursen (1962)
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Clculo de la Socavacin por contraccin
En condicin de aguas claras.Modelo Laursen-Richardson-Davis (2002)
** co =
(Laursen recomiendaUsar Ks=*c=0,039)
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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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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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SOCAVACIN LOCAL EN PILASMtodo HEC 18Mtodo de la Federal Highway Administration (2001)
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K1Factor de Correccin por forma
de la Pila
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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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Qu pasa con pilascomplejas?
Puente 5S-Ro Maipo
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Pilas complejas => aislar y luego superponer efectos.
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Socavacin local en PilasMtodo de Melville (1997)
Incorpora el concepto del acorazamiento (armoring).
Diyas KKKKKy 21=
18,,,:,, 21 HECdemataquengulofactorformafactorSocavacinKKys
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SOCAVACIN LOCAL EN ESTRIBOS
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Socavacin en Estribos
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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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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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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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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
.