1. Socavación De Cauces.pdf

Socavación en cauces. Erosión total: Disminución de elevación de largo plazo, general y local ING. MARISA SILVA DAVILA

[email protected] LIMA - PERU 2015

Remoción de partículas sólidas del lecho fluvial efectuado por el agua Transporte de sedimentos: mayor arrastre que sedimentación. Si aumenta la capacidad de transporte de sedimentos entonces hay erosión. Combinación de procesos de largo plazo y transitorios (avenidas)

» Erosión a largo plazo ó degradación » Erosión general » Erosión local (generalmente mayor hasta 10 veces la general): ˃ Pilares y estribos ˃ Erosión en curvas » Erosión por desplazamiento lateral de la corriente » Combinación de erosiones

Condiciones: Cuando no hay movimiento del lecho del cauce ó el transporte es en suspensión aguas arriba de la sección estudiada. Cuando el material aguas arriba la sección estudiada está en movimiento.

Socavación al pie de un pilar en un lecho de arena en función del tiempo

Las posibles situaciones incluyen: - Corrientes con lecho material grueso - Corrientes con gradiente plano durante flujos bajos - Depositos locales de materiales grandes en el cauce cuyo tamaño es mayor que las más grande fracción capaz de ser transportada por el flujo (excepto bajo el puente) - Canales vegetados excepto en la ubicación de pilares y estribos - Corrientes con material del lecho fino y grandes velocidades o esfuerzos de corte en la zona de contracción

Es un proceso erosivo que se manifiesta a lo largo de un tramo significativo y en un lapso prolongado de tiempo pero sin tenerse en cuenta eventos extremos o crecientes. El fenómeno opuesto es la agradación. •

Se origina por la acción antrópica ó por causas naturales: ˃ Presas y reservorios ˃ Cambios en el uso de suelos de la cuenca (urbanización, deforestación, etc.) ˃ Canalización ˃ Corte de un meandro ( natural ó inducido por el hombre). ˃ Cambios en el nivel base aguas abajo (control) ˃ Cantera de gravas, ˃ Derivación del agua en ó fuera de la corriente ˃ Disminución natural del sistema total, ˃ Movimiento de un codo, ˃ Localización de l puente en referencia a la dirección de la corriente ˃ Movimientos de la corriente en relación al cruce

Degradación regresiva

Degradación progresiva

Presas y reservorios

Cambios en el nivel base aguas abajo (control)

Lago ó río principal

Headcut Caída en el nivel base Tributario Canal principal

Cambios en el nivel base aguas abajo (control)

Tartagal, Salta, Argentina

Puente Cantera de gravas, Presa colapsada

- Ley N° 28221: regula el derecho por extracción de materiales de los álveos o cauces de los ríos por las Municipalidades, del 7/5/2004. - ANA: Lineamientos para emitir la opinión técnica previa vinculante sobre la autorización de extracción de material de acarreo en cauces naturales. - Límites del cauce según los criterios de la Ley de RRHH y su reglamento. - Programa de Encauzamiento de Ríos y Protección de Estructuras de Captación-PERPEC (Ancho estable)

» Es el descenso temporal del fondo de un río producido por la contracción del flujo ó por una creciente o avenida. » Puede ser ciclica » Se debe al aumento de la capacidad de arrastre del material sólido de la corriente originado por su mayor velocidad.

» Hipótesis: » Criterio de inicio de movimiento de fondo granular con flujo permanente (Shields) » Hipótesis de aguas claras: no transportan sedimentos » Se procede a profundizar el cauce hasta que la velocidad media sea igual a la Vcr (velocidad critica(MÁXIMA PERMISIBLE). Otro criterio: esfuerzo de corte actuante igual al esfuerzo de corte critico. » En caso de acorazamiento se trabaja con D84 en lugar de D50.

Localización del puente en referencia a la dirección de la corriente

» Disminución en el ancho del canal en forma natural ó por un puente. » Reducción natural de la corriente » Relleno de aproximación para el puente » Formación de hielo ó atoros » Berma formada a lo largo de la rivera por depósitos de sedimentos » Isla ó barra aguas arriba ó aguas abajo de la abertura del puente » Escombros » Crecimiento de vegetación en el canal ó la llanura de inundación

» Referencia: RIVER ENGINEERING FOR HIGHWAY ENCROACHMENTS » Paginas 7.9 a 7.11 » Erosión por contracción en lecho vivo (con transporte de sedimentos) » Erosión por contracción con agua limpia » Procedimiento: ˃ 1. Estimar la velocidad critica para determinar si hay transporte solido aguas arriba del puente. ˃ 2. Estimar la erosión por contracción según corresponda

» Este es un método que permite el cálculo de la socavación general del cauce durante crecientes independientemente de que exista o no un puente. Si el método se aplica para la zona de un puente, quiere decir que se está considerando también el efecto de la contracción, y por lo tanto, éste no debe adicionarse. » El método propuesto por Lischtvan-Levediev es el más usado en Colombia para el cálculo de la socavación general incluyendo el efecto de la contracción de un puente. »

Se fundamenta en el equilibrio que debe existir entre la velocidad media real de la corriente (Vr) y la velocidad media erosiva (Ve). El mecanismo de erosión se detendrá cuando la velocidad de la corriente se reduzca e iguale a la velocidad erosiva, la velocidad de la corriente se reduce debido al aumento del área de flujo (socavación) para un caudal constante de avenida (continuidad). La velocidad erosiva no es la que da inicio al movimiento de las partículas en suelos sueltos, sino la velocidad mínima que mantiene un movimiento generalizado del material del fondo. Si el suelo es cohesivo, es la velocidad que es capaz de levantar y poner el sedimento en suspensión.

AUTOR

IVANISSEVICH

SCHOKLISCH (1932)

JEAGER Y ABECASIS MANZANARES (1954) ZIMMERMAN Y MANIAK ( 1967)

EXPRESIÓN 3 2

Smax  ht 1,04 Cv (

CONSIDERACIONES 3 4

H ht ) ( ) ht D 90

1 2

Chorro a la salida de un umbral Cv= Vt/(2g H)^0,5 Siendo Vu= Velocidad del umbral

4 , 75 H 1 / 5 q 1 / 2 Smax   hd 0 , 32 D 90

Da buenos resultados con diametros grandes pero desniveles pequeños (Simos y Senturk)

Smax  0 , 475 H q 2 / 3  hd

Resalto generado al pie del extremo de aguas abajo del umbral

q 0,82

hd Smax  2,89 0, 23 ( 2 / 3 )  hd q D85

Socavación aguas abajo del disipador de energia

Se debe al flujo helicoidal que produce altas velocidades en las curvas exteriores y bajas velocidades en las curvas interiores. • Mientras que en la curva exterior se espera erosión (zona "pool"), en la curva interior se espera sedimentación (zona "point bar)

Los procesos de erosión local, se originan en movimientos vorticosos que ocurren al pie de obstáculos puntuales al flujo en un curso fluvial. • Se circunscribe a un lugar determinado, y a veces también está limitada a una cierta duración. Rocha (1999)

» Referencia: RIVER ENGINEERING FOR HIGHWAY ENCROACHMENTS » Paginas 7.12 a 7.21 » Pilares: + - Ec. Colorado State University (CSU), 1975 + - Ec. FHWA HEC-18, 2001 + - Ec. De ancho superficial, 1999

» Paginas 7.21 a 7.27 » Estribos: + - Ec. Froehlich de lecho vivo, 1989 + - Ec. Hire 1975 y 1990

» Otra referencia: Traducción del HEC-18

» Sea e la erosión general transitoria que tiene un periodo de ocurrencia T y » eN la erosión general de largo plazo T

» Generalmente las erosiones locales se suman a la anterior.

HEC-20 Estabilidad de la corriente y evaluación geomórfica

1. Colectar datos de oficina y de visita al sitio suficientes 2. Si existen suficientes datos definir y clasificar la corriente 3. Evaluar la estabilidad del cauce 4. Evaluar la respuesta de la corriente 5. Establecer nivel de análisis: 6. - Si es un puente nuevo ó existe susceptibilidad a la erosión continuar con HEC-18 7. - Si es de bajo riesgo de erosión, terminar.

HEC-18 Análisis hidrológico, hidráulico y de erosión 1. 2.

Realizar el análisis hidrológico Realizar el análisis hidráulico de ríos o mareas 3. Analizar la erosión incluyendo información estructural y geotécnica 4. Dibujar el prisma de erosión. 5. Evaluación multidisciplinaria: hidráulica, estructural y geotécnica 6. Si la estructura es estable, entonces hay bajo riesgo y terminar. 7. Si no es estable y es un puente nuevo entonces revisar el diseño. 8. Si no es estable y es un puente existente, la erosión es crítica y entonces se requiere un plan de acción. 9. Si es posible establecer medidas de control proceder con el HEC-23. 10. Si no es posible hay que remplazar el puente

HEC_- 23 Erosión del puente y Medidas de control de inestabilidad de la corriente 1. 2.

3.

4. 5. 6. 7.

8. 9.

Desarrollar el plan de acción Evaluar las opciones de medidas de control usando matrices. Seleccionar el tipo de medidas de control hidráulicos y estructurales y de acuerdo al monitoreo realizado. Diseñar el plan de monitoreo de medidas de control Considerar las regulaciones ambientales y permisos. Evaluar el impacto de las medidas de control. Si el impacto de las medidas de control es aceptable instalarlas e implementar el Plan de Monitoreo. Realizar la inspección y mantenimiento. Si el impacto de medidas de control no es aceptable regresar al paso 2.