✅ TIPOS DE SOCAVACIÓN: DEFINICIÓN Y ESTIMACIÓN

El proceso de socavación se manifiesta cuando la corriente de agua de un río hace una excavación profunda, ya se en el fondo o en los laterales, su ocurrencia puede ser debido a la generación de pequeños remolinos de agua en lugares donde existe algún objeto u obstáculo que modifica la sección del río, por ejemplo, en los estribos y pilares de un puente. En ríos sinuosos es apreciable ver el proceso de socavación causado en los márgenes al entrar en contacto con la corriente.

El fenómeno de socavación puede presentarse de dos maneras, como socavación general y como socavación local.

• Socavación general: La socavación general es un proceso natural a largo plazo que tiene mayor ocurrencia en las partes más altas de una determinada cuenca hidrográfica, lugar en donde podemos observar que la pendiente del thalweg es muy pronunciada, siendo la principal característica para que la dinámica de la cuenca cambie, aumenta la velocidad del agua y produce que el arrastre sólido sea de mayor concentración. Ahora si nos ponemos a analizar el instante en el que el flujo tiene mayor arrastre de sedimentos, podremos notar que la corriente alcanzará su capacidad de potencial de arrastre de una manera más rápida a diferencia de otras condiciones, causando además que la sección, fondo y márgenes del río se vuelvan estables, y, por lo tanto, disminuyendo el proceso de socavación. El material arrastrado se deposita en las partes de la cuenca, lugar en donde la pendiente es baja, causando además que la velocidad del flujo disminuya notoriamente.
• Socavación local: La socavación local se produce en lugares específicos, ya sea al pie de un talud, en los pilares o estribos de un puente, o también aguas debajo de los embalses, pudiendo provocar fallas en todas estas estructuras, desde su operabilidad hasta el derrumbe de cada una de ellas. Este de tipo de socavación es el que más se debe considerar  para el diseño hidráulico de estructuras ubicadas en los ríos, como pilares o bocatomas, para evitar su deterioro a corto plazo, pues como bien sabemos, la socavación es un fenómeno muy difícil de evitar, pero si se toman las medidas adecuadas se puede contrarrestar y disminuir su efecto.

COMO SE PRODUCE LA SOCAVACIÓN EN LOS PUENTES

La socavación en puentes se produce cuando la cantidad de sólidos que puede ser transportado por la sección transversal en donde se encuentra el puente será mayor que la cantidad de sólidos que transporta el flujo aguas arriba del puente. En un hidrograma podemos observar que cuando el caudal es máximo existirá una menor profundidad.

Para poder determinar la socavación en un largo plazo y poder aplicar al diseño de pilares o estribos, se debe realizar un análisis  más cualitativo que un análisis empírico realizado por las fórmulas, sin embargo, es importante mencionar que existen un gran variedad de fórmulas que nos brindan un valor aproximado de la socavación en pilares, teniendo en cuenta ciertos parámetros determinados, por otra parte, para determinar la socavación en los estribos existen pocas fórmulas y poco aplicables según sea el lugar de estudio.

METODOLOGÍA PARA EL CÁLCULO DE LA SOCAVACIÓN GENERAL

Existen varios métodos para poder determinar la socavación general en un determinado cauce, teniendo entre los conocidos:

Método de Lischtvan – Levediev: Es método nos ayuda a determinar la profundidad de socavación en un cauce, exista o no un puente en lugar, la siguiente aplicación se realizará para suelos que sean del tipo granular:

• Se determina la velocidad erosiva con la siguiente fórmula:

Donde Ve es la velocidad erosiva, B es el coeficiente de frecuencia, dm será el diámetro medio de las partículas granulares, Hs será la profundidad socavada y x será el parámetro que irá en función del diámetro medio.

• Se determina la velocidad real del flujo:

Donde Vr es la velocidad real del flujo, alfa viene a ser el coeficiente de la sección y Ho será la máxima profundidad que presenta la sección antes de que se produzca la socavación.

• Sabemos que el equilibrio se logra cuando la velocidad erosiva es igual a la velocidad real del flujo, por lo tanto, para despejar la profundidad de socavación Hs, se igualarán ambas expresiones, obteniendo:

Método de Straub: Se podría decir que este es el método más simple para determinar la profundidad de socavación en un determinado cauce cuando exista una contracción en la sección transversal de análisis.

Donde B1 será el espejo de agua antes de la contracción, B2 será el espejo de agua en la contracción y h1 será el tirante de agua que existe antes de la contracción.

ESTIMACIÓN DE LA SOCAVACIÓN EN LOS PILARES

Los métodos aplicados para determinar la socavación en pilares, hace referencia al tipo de socavación localizada, teniendo entre estos a las siguientes ecuaciones:

Laursen y Toch: Tiene aplicación en suelos de tipo arenoso.

Donde Ks será el parámetro de la relación entre la profundidad que existe después de la socavación con el ancho del pilar, KØ depende del ángulo que exista entre el sentido de flujo del cauce y de la geometría del pilar y a es el ancho del pilar.

Metodología del CSU: Este tipo de ecuación es valida en casos donde se presente lechos móviles o lechos con aguas claras.

Donde Kf es el factor de corrección que se produce por la forma del pilar, KØ depende del ángulo que exista entre el sentido de flujo del cauce y de la geometría del pilar, Kc es el factor de corrección que lo determina las condiciones en las cuales se encuentra el lecho, a es ancho del pilar, h es la profundidad antes del pilar y Fr es el número de Froude del flujo antes del pilar. 

ESTIMACIÓN DE LA SOCAVACIÓN EN LOS ESTRIBOS

Método de Hire: Esta ecuación solo es aplicable cuando la relación entre la longitud del estribo con la profundidad del agua es mayor a 25.

Donde Y1 viene a ser la profundidad que existe en la punta del estribo, aguas arriba del puente, Kf es el factor de corrección debido a la forma que presenta el estribo, puede obtener valores de 1 para estribos con paredes verticales, 0.82 para estribos con paredes verticales con la presencia de alerones, 0.55 para estribos que sean inclinados, KØ depende del ángulo que exista entre el sentido de flujo del cauce y de la geometría del estribo y Fr es el número de Froude aguas arriba de la punta del estribo.