Socavación en puentes¶
Los cálculos de socavación de puentes implementados en RiverFlow2D se basan en los métodos desarrollados por el Departamento de Transporte de los Estados Unidos y descritos detalladamente en la Circular de Ingeniería Hidráulica n.º 18. RiverFlow2D incluye herramientas para calcular la socavación de pilas y estribos mediante DIP.
Método HEC-18 para la socavación de pilas¶
La ecuación utilizada para calcular la socavación de pilas en este método es:
donde:
\(y_s\)=Profundidad de socavación, ft o m,
\(y_1\)=Profundidad del flujo directamente aguas arriba de la pila, ft o m,
\(K_1\)=Factor de corrección para la forma del frente de la pila.
\(\alpha\) es el ángulo de ataque en radianes,
\(K_3\)=Factor de corrección para la condición del lecho,
\(a\)=Ancho de la pila,ft o m,
\(L\) =Longitud de la pila, ft o m,
\(Fr\)=Número de Froude directamente aguas arriba de la pila \(Fr = V_1/\sqrt{g y_1}\),
\(V_1\)=Velocidad media del flujo directamente aguas arriba de la pila, ft/s o m/s,
\(g\)=Aceleración de la gravedad, 32.2 ft/s\(^2\) en unidades inglesas y 9.81 m/s\(^2\) en SI.
Socavación de pilas en material de lecho grueso¶
La ecuación solo es aplicable a condiciones de flujo de agua clara y a materiales de lecho grueso con \(D50 = 20\) mm y \(\sigma \ge 1.5\).
donde:
\(y_s, K1, K2, a, y_1, y V_1\) están definidos como anteriormente:
\(FrD\)= Número de Froude densimétrico de las partículas \(= V_1 / \sqrt{g (Sg-1) D50}\),
\(Sg\) = Gravedad específica del sedimento,
\(D50\) = Tamaño mediano del material del lecho, ft o m,
\(D84\) = Tamaño del sedimento D84, ft o m,
\(\sigma\) = Coeficiente de gradación del sedimento = \(D84/D50\).
Socavación de pilas en materiales cohesivos¶
donde \(y_s, K_1, K_2, a, y V_1\) están definidos anteriormente y:
\(V_c\) = Velocidad crítica para el inicio de la erosión del material, ft/s o m/s.
Ancho superior e inferior de los hoyos de socavación de pilas¶
Para calcular el ancho superior de los hoyos de socavación de pilas utilizamos la siguiente ecuación:
donde:
\(W\) es el ancho superior del hoyo de socavación,
\(W_{bottom}\) = ancho inferior del hoyo de socavación,
\(K\) = ancho inferior del hoyo de socavación relacionado con la profundidad de socavación,
\(\theta\) = ángulo de reposo del material del lecho.
Socavación de estribos¶
Estas son las ecuaciones utilizadas para calcular la socavación de estribos.
donde:
\(K_4\) = 11.17 para unidades inglesas y 6.19 para unidades SI,
\(\gamma_w\) = 62.4 Sw para unidades inglesas,
\(\gamma_w\) = 9800 Sw para unidades SI,
Sw es el peso específico del agua,
\(V = q_1/y_1\),
\(V_c\) = Velocidad crítica para el inicio de la erosión del material, ft/s o m/s,
\(V_c = K_u y_1^{1/6} D50^{1/3}\),
Donde \(K_u\) es 11.17 para unidades inglesas y 6.19 para unidades SI,
Si \(V \ge V_c\), entonces se utilizan condiciones de lecho móvil,
Si \(V < V_c\), entonces se utilizan condiciones de agua clara.
Factor de amplificación de la socavación para estribos de paso abierto y condiciones de lecho móvil¶
Para determinar el factor de amplificación de la socavación para estribos de paso abierto y condiciones de lecho móvil se utilizan las siguientes regresiones.
\(x = q2c/q_1\)
\(y = \alpha_a = Y_{max}/Yc\)
Para \(x \in [1., 1.23]\)
\(y(x) = -20172x^6 + 139961x^5 - 404430 x^4 + 622994x^3 - 539598x^2 + 249172x - 47926\)
Para \(x \in (1.23, 1.60]\)
\(y(x) = -1968.9x^6 + 16589x^5 - 58072x^4 + 108127x^3 - 112948x^2 + 62766x - 14497\)
Para \(x \in (1.60, 3]\)
\(y(x) = 0.076x^6 - 1.136x^5+ 7.1218x^4 - 24.031x^3 + 46.166x^2 - 48.086x + 22.476\)
Para \(x>3\), \(y = y(3)\). No se permite \(x < 1\).
Factor de amplificación de la socavación para estribos con aletas y condiciones de lecho móvil¶
Para determinar el factor de amplificación de la socavación para estribos con aletas y condiciones de lecho móvil se utilizan las siguientes regresiones.
\(x = q2c/q_1\)
\(y = \alpha_a = Y_{max}/Yc\)
Para \(x \in [1., 1.24]\),
\(y = 1085.1 x^5- 6379.4x^4 + 15009x^3 - 17670x^2 + 10414x - 2457.2\)
Para \(x \in (1.24, 1.60]\)
\(y = -449.86x^6 + 3796.2 x^5 - 13319x^4 + 24872x^3 - 26082x^2 + 14567x - 3384.9\)
Para \(x \in (1.60, 3]\)
\(y = 0.1371x^4 - 1.469x^3 + 6.0171x^2- 11.221x + 9.1721\)
Para \(x>3\), \(y = y(3)\). No se permite \(x < 1\).
Factor de amplificación de la socavación para estribos de paso abierto y condiciones de agua clara¶
Para determinar el factor de amplificación de la socavación para estribos de paso abierto y condiciones de agua clara se utilizan las siguientes regresiones.
\(x = q2c/q1\)
\(y = \alpha_b = Y_{max}/Yc\)
Para \(x \in [1., 1.45]\)
\(y = 443.57x^5 - 2769.4x^4 + 6913.2x^3 - 8630.8x^2+ 5393.6x - 1349.2\)
Para \(x \in (1.45, 5]\)
\(y = 0.0061x^5- 0.1193x^4 + 0.9027x^3 - 3.1887x^2 + 4.7646x - 0.2761\)
Para \(x>5\), \(y = y(5)\). No se permite \(x < 1\).
Factor de amplificación de la socavación para estribos con aletas y condiciones de agua clara¶
Para determinar el factor de amplificación de la socavación para estribos con aletas y condiciones de agua clara se utilizan las siguientes regresiones.
\(x = q2c/q1\)
\(y = \alpha_b = Y_{max}/Yc\)
Para \(x \in [1., 1.18]\)
\(y = -331011x^6 + 2 10^6 x^5 - 6 10^6 x^4 + 9 10^6 x^3 - 8 10^6 x^2 + 1000000x - 632819\)
Para \(x \in (1.18, 5]\)
\(y = -0.0033x^6 + 0.0639x^5 - 0.5041x^4 + 2.0151x^3 - 4.1113x^2+ 3.2197x + 2.0841\)
Para \(x>5\), \(y = y(5)\). No se permite \(x < 1\).