UNIVERSIDAD RICARDO PALMA

FACULTAD DE INGENIERÍA
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL

LABORATORIO N° 3
SOCAVACIÓN EN PILARES

CURSO: Taller de Obras Hidráulicas

GRUPO: 02
SUBGRUPO: 01

2021 – 1

1
 ÍNDICE
1. Introducción 5

2. Ubicación y extensión 7

3. Objetivos 8

4. Material y equipo usado 9

5. Marco Teórico 9

5.1. Socavación en Pilares 9

5.2. Erosión 10

5.3. Socavación en pilares de puentes 12

5.4. Socavación general 13

5.5. Socavación local 13

6. Trabajo realizado 15

7. Cálculos y resultados 32

7.1. Cálculo de la máxima avenida 32

7.2. Comparación con el software Hidroesta 38

7.3. Cálculo de la socavación analíticamente 40

7.4. Comparación con Hec-Ras 46

8. Conclusiones 47

9. Recomendaciones 47

10. Bibliografía 48

2
 ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1 Esquema general de un proceso de socavación ocasionado por la construcción de

un puente 6

Figura 2 Mapa de la cuenca del río Chicama 8

Figura 3 Comportamiento del flujo de agua y velocidades 10

Figura 4 Primer tipo de erosión 11

Figura 5 Segundo tipo de erosión 11

Figura 6 Tercer tipo de erosión 12

Figura 7 Representación del desarrollo longitudinal de un cauce 13

Figura 8 Trazo del tramo que no se usara a partir del punto de descarga 15

Figura 9 Cuenca del Río Chicama 16

Figura 10 Trazo del tramo de estudio 16

Figura 11 Zona de estudio del Rio Chicama 17

Figura 12 Generación del archivo KMZ 17

Figura 13 Generación de modelo digital (DEM) 18

Figura 14 Selección del archivo DEM y proceso de exportación 18

Figura 15 Selección del formato de exportación del DEM 19

Figura 16 Ventana de opciones de la exportación del archivo DEM 19

Figura 17 Guardado del archivo TIF 20

Figura 18 Creación del Proyecto en HEC-RAS 20

Figura 19 Generación del terreno en base a nuestro modelo digital 21

Figura 20 Modelo de terreno implementado en HEC-RAS 21

Figura 21 Imagen satelital, polígono de la zona de estudio y tramo de estudio en HEC-RAS

22

Figura 22 Geometría dibujada en la zona de estudio 22

3
Figura 23 Cuadro de propiedades de generación de perfiles 23

Figura 24 Perfiles dibujados en el tramo de estudio 23

Figura 25 Tabla de coeficientes de Manning 24

Figura 26 Cuadro donde se introduce el valor de "n" 25

Figura 27 Introducción del caudal 25

Figura 28 Pendiente media calculada en Google Earth 26

Figura 29 Colocación de la pendiente media 26

Figura 30 Configuración antes de ejecutar el cálculo de la zona de estudio 28

Figura 31 Flujo del agua a lo largo de la zona de estudio 28

Figura 32 Cuadro en el cual se coloca la progresiva en la cual se encontrará el pilar 29

Figura 33 Perfiles de la zona donde se colocará el pilar 29

Figura 34 Cuadro "Bridge Design Editor" 30

Figura 35 Vista del pilar colocado en nuestro perfil 31

Figura 36 Ventana "Hydraulic Design Functions" 31

Figura 37 Imagen de la socavación dibujada por el programa HEC-RAS 32

4
1. Introducción

La socavación consiste en la profundización del nivel del fondo del cauce de una corriente

causada por el aumento del nivel de agua en las avenidas, modificaciones en la morfología

del cauce o por la construcción de estructuras en el cauce como puentes, espigones, etc.

La socavación comprende el levantamiento y transporte de los materiales del lecho del río

en el momento de una avenida o creciente, o por la construcción de una obra dentro del

cauce.

Debe diferenciarse la socavación de la erosión no recuperable en el sentido de que después

de que pase la avenida o se elimine la causa de la socavación en procesos posteriores,

comúnmente se vuelven a depositar sedimentos en un proceso cíclico, y se puede recuperar

el nivel del fondo del cauce.

La socavación está controlada por las características hidráulicas del cauce, las propiedades

de los sedimentos del fondo y la forma y localización de los elementos que la inducen.

La socavación se la relaciona con las fallas de las cimentaciones de puentes en todo el

mundo, algunas de ellas catastróficas y con pérdidas de vidas humanas.

Los puentes y otras estructuras representan una contracción del ancho del cauce y al

presentarse un aumento en los caudales de la corriente, el aumento de la velocidad y la

turbulencia en la contracción puede generar niveles de socavación de varios metros.

La mayoría de las fallas de puentes en el mundo es debida a la socavación.

El problema es tan delicado que la FHWA (1998) recomienda diseñar los puentes contra

socavación para una inundación con periodo de retorno de 500 años, y en los Estados Unidos

se realiza la inspección de puentes contra socavación cada dos años. La instrumentación de

5
 las pilas de los puentes como medida de control, es ya un proceso común en el manejo de

puentes en los países desarrollados.

Figura 1

Esquema general de un proceso de socavación ocasionado por la construcción de un puente

6
2. Ubicación y extensión

La cuenca del río Chicama se emplaza en la zona Norte del Perú y pertenece en la hoya

hidrográfica del Océano Pacífico.

Sus nacientes se ubican en la vertiente occidental de los Andes occidentales.

El río Chicama es uno de los ríos importantes en la zona norte del país, es determinante por

irrigar grandes áreas, en la parte inferior existen haciendas históricas como Casagrande,

Cartavio, Chacope.

Políticamente, el área estudiada forma parte de las provincias de Pacasmayo, Trujillo y

Otuzco del departamento de La Libertad y de las provincias de Contumazá y Cotabambas

del departamento de Cajamarca.

Geográficamente, la cuenca estudiada Limita, por el Norte, con la cuenca del río

Jequetepeque; por el Sur, con las cuencas del río Moche y de la Quebrada del río Seco; por

el Sudeste, con la cuenca del río Santa; por el Oeste, con el Océano Pacifico y, por el Este,

con la cuenca del río Marañón. Sus puntos extremos se encuentran comprendidos

aproximadamente entre los paralelos 7º21´ y 8º01´ de Latitud Sur y los meridianos 78º16´ y

79º27´ de Longitud Oeste de Greenwich.

Hidrográficamente, la cuenca del río Chicama cubre una extensión total de 5,822 Km2, de

la cual corresponde aproximadamente 2,472 Km2, a la cuenca húmeda o imbrifera.

Altitudinalmente, se extiende desde el nivel del mar hasta la línea de cumbres que constituye

la divisoria de aguas entre esta cuenca y la del río Marañón y cuyo punto más alto

corresponde a la Señal Cerro Tuanga (4,297 m.s.n.m.).

7
 El valle del río Chicama, con 45, 950 Ha. De área agrícola física y 82,150 Ha. De área total

global, se halla ubicado en la Costa Septentrional del Perú, abarcando el sector central del

departamento de La Libertad.

Figura 2

Mapa de la cuenca del río Chicama

3. Objetivos

• Calcular el caudal de máxima avenida mediante métodos hidrológicos.

• Calcular la profundidad de la socavación producida en un pilar, con el apoyo del programa

HEC-RAS.

• Compara los resultados obtenidos de HEC-RAS con resultados de un calculo hecho de

manera manual.

8
4. Material y equipo usado

• Carta Nacional

• Microsoft Excel

• Microsoft Word

• Software ArcGis

• Software Global Mapper

• Software HEC-RAS

5. Marco Teórico

5.1. Socavación en Pilares

La socavación es un fenómeno hidrodinámico que es la causa más frecuente de falla que

por el estrechamiento del cauce debido a su construcción y la socavación local que se

produce en las inmediaciones de los pilares y estribos rodeados por la corriente del río.

Sin embargo, afecta las cimentaciones de los puentes. Dicho fenómeno es una

combinación de distintos procesos, unos que se producen a largo plazo y otros

transitorios por el paso de avenidas. El proceso de socavación en un puente se analiza

como erosión potencial total y es de carácter estimativo, la cual combina la socavación

producida en la sección del puente y sus inmediaciones, causada o, cabe 100 indicar que

estos procesos de socavación son inherentes a la presencia del puente sobre el curso

natural, porque existen otros procesos de socavación que ocurren de manera

independiente a la presencia del puente y son la socavación general y la socavación en

curvas que también deberán ser tomados en cuenta al momento de la estimación de la

socavación potencial total.

9
Figura 3

Comportamiento del flujo de agua y velocidades

5.2. Erosión

Los estribos y pilares ubicados en el curso del río o en las llanuras de inundación están

expuestos a la erosión. Desafortunadamente, este efecto es extremadamente complejo

de predecir y calcular lo que lo convierte en el causante de la gran mayoría de los

colapsos de puentes.

En general, se pueden distinguir tres tipos de erosión. El primer tipo de erosión ocurre

en el fondo del río durante periodos de avenidas o inundación. En estos periodos, las

altas velocidades son capaces de mover grandes cantidades de materiales, reduciendo el

nivel del fondo. Este efecto se ve incrementado en cauces angostos. Para condiciones

típicas, se puede decir que la erosión es proporcional al incremento del nivel de agua.

El segundo tipo de erosión ocurre en las curvas de ríos. La erosión se presenta en las

riveras exteriores de las curvas debido a las mayores velocidades del flujo. En cambio,

las riveras interiores serán sedimentadas producto de las bajas velocidades. Los estribos

ubicados en los estribos exteriores de las curvas deberán ser protegidos contra la

socavación colocando mallas geotécnicas o protecciones de concreto o cimentando los

estribos a una profundidad mayor de la máxima erosión posible.

10
 El tercer tipo de erosión es producto de la obstrucción de los pilares. Esta erosión

localizada depende de muchos factores como la configuración de los pilares, el ángulo

de inclinación entre el flujo y el pilar, la contracción del cauce y los escombros

depositados en el fondo

Figura 4

Primer tipo de erosión

Figura 5

Segundo tipo de erosión

11
Figura 6

Tercer tipo de erosión

5.3. Socavación en pilares de puentes

La exposición de los pilares de puentes, a la acción erosiva del flujo del agua, puede

producir la falla del puente, requiriendo gastos mayores para su reparación o reemplazo.

El estudio de la socavación de puentes es desarrollado de manera más intensa en los

países avanzados, por ejemplo, como parte de un programa para eliminar los colapsos

de puentes en los Estados Unidos, la Administración Federal de Carreteras (FHWA)

estableció un programa nacional de inspección de puentes. Usando pautas establecidas

por el FHWA, las oficinas de transporte estatal individuales hacen estas inspecciones

puntuales. Cada puente encima del agua se inspecciona y se le da una clasificación. A

los puentes que son clasificados como de "socavación crítica" se le presta la atención

inmediata; ellos o se reparan, se reemplazan, o se supervisan. El objetivo de estos

programas es supervisar la socavación y la vecindad de un puente detectando los puentes

críticos. Estos estudios se han extendido para incluir las condiciones hidráulicas que

12
 causan la socavación del puente, como la profundidad de agua, velocidad del agua,

tamaña del material del cauce, pendiente del cauce y geometría del cauce

5.4. Socavación general

La socavación general, también conocida como socavación normal, consiste en una

disminución generalizada del fondo por el aumento del arrastre de sedimentos debido al

incremento de la capacidad de flujo (crecidas). La socavación del fondo se produce

debido a un desequilibrio entre el aporte sólido que transporta el agua a una sección y

el material removido. Este tipo de socavación es consecuencia del régimen del flujo, y

puede ocurrir con o sin la presencia de una obra en el cauce, en periodos cortos de tiempo

en una o varias crecidas o en periodos largos en intervalos del orden de años.

Figura 7

Representación del desarrollo longitudinal de un cauce

5.5. Socavación local

La socavación local se produce debido a la presencia de estrechamientos, curvas o

estructuras en la corriente de un río, lo que provoca un aumento en la intensidad del

flujo capaz de remover el material del lecho. Este tipo de socavación afecta a una zona

limitada, caracterizada por una fuerte turbulencia con desarrollo de remolinos y vórtices

inducidos por la obstrucción al paso del agua. En el análisis de la socavación local se

13
puede considerar dos escenarios: socavación en agua clara o socavación en lecho móvil.

En la socavación en agua clara no existe transporte de sedimentos del lecho desde aguas

arriba y por lo tanto no hay reabastecimiento de sedimentos en el hoyo socavado.

Alcanza equilibrio cuando el esfuerzo cortante en el lecho es menor que el requerido

para el inicio del movimiento de las partículas. Al contrario, en la socavación en lecho

móvil existe transporte de sedimentos del lecho desde aguas arriba y por lo tanto parte

de este sedimento queda atrapado en el hoyo de socavación. En este caso la socavación

alcanza equilibrio cuando la cantidad de material que es transportado iguala la cantidad

de material que es removido. A continuación, se describen las generalidades de la

socavación local de acuerdo al tipo de obstrucción que se presente:

• Socavación Local en Estrechamientos: Se presenta en los sitios del curso de

un río donde exista un estrechamiento más o menos brusco. Por ejemplo, en los

cimientos de un puente o en un estrechamiento natural a lo ancho del río.

• Socavación Local en Curvas: En las curvas de los cauces, se presenta una

mayor velocidad en su parte exterior (parte cóncava), aumentando así, la

capacidad de arrastre de sólidos y provocando una mayor profundidad de

socavación en esta zona.

• Socavación Local en Pilas: El proceso de socavación alrededor de pilas de

puentes es rápido, y se produce debido a la existencia de velocidades mayores

alrededor de estas estructuras, provocando la formación de vórtices frontales,

laterales y de estela detrás de la pila, los cuales constituyen la principal causa de

este tipo de socavación.

14
6. Trabajo realizado

Para poder comenzar con el modelamiento primero tenemos que distanciarnos un promedio

de entre 45 a 50 km desde el punto de descarga del Río Chicama. Para ello vamos formando

una línea la cual seguirá el cauce principal de nuestra cuenca, decidimos tomar 47.5 km de

distancia.

Figura 8

Trazo del tramo que no se usara a partir del punto de descarga

Luego de trazada la línea nos quedaría así nuestra cuenca:

15
Figura 9

Cuenca del Río Chicama

Posteriormente, para nuestra zona de estudio tenemos que medir 1 km de nuestro cauce

principal teniendo en cuenta de no abarcar la línea amarilla. Decidimos tomar 1.12 km.

Figura 10

Trazo del tramo de estudio

16
 Luego de señalado el tramo de estudio trazamos un polígono que encerrara nuestra línea

dibujada en Google Earth. Este servirá para obtener nuestro modelo digital.

Figura 11

Zona de estudio del Rio Chicama

Con nuestra zona de estudio delimitada procedemos a guardarla en formato KMZ.

Figura 12

Generación del archivo KMZ

17
 Utilizamos nuestro archivo KMZ para poder obtener nuestro modelo digital en utilizando el

programa Global Mapper.

Figura 13

Generación de modelo digital (DEM)

Después de obtener el modelo digital este tiene que ser exportado en formato GeoTiff para

que el programa HEC-RAS lo pueda detectar.

Figura 14

Selección del archivo DEM y proceso de exportación

18
Figura 15

Selección del formato de exportación del DEM

Figura 16

Ventana de opciones de la exportación del archivo DEM

19
Figura 17

Guardado del archivo TIF

Ahora que contamos con el modelo digital en formato TIF podemos comenzar con el

proceso de modelamiento en HEC-RAS, para ello creamos un proyecto y comenzamos a

añadir nuestro terreno.

Figura 18

Creación del Proyecto en HEC-RAS

20
 Luego de haber creado y guardado nuestro proyecto procedemos a generar nuestro terreno

el cual lo haremos con la herramienta RAS MAPPER. Cuando se nos abra la ventana RAS

MAPPER veremos una opción llamada “Terrain” en el cual introduciremos nuestro

modelo digital en formato TIF.

Figura 19

Generación del terreno en base a nuestro modelo digital

Luego de implementado nuestro modelo digital podeos ver lo siguiente:

Figura 20

Modelo de terreno implementado en HEC-RAS

21
 Ahora para una mejor guía se decidió añadir una imagen satelital, el polígono de la zona de

estudio y el tramo de estudio.

Figura 21

Imagen satelital, polígono de la zona de estudio y tramo de estudio en HEC-RAS

Luego de implementados los gráficos de guía, se procede a hacer el trazado de la línea central

del cauce del río (línea celeste), sus bordes (líneas rojas) y su zona de desborde (línea verde

fosforescente). Tener en cuenta que las líneas deben ser trazada de aguas arriba hacia aguas

abajo.

Figura 22

Geometría dibujada en la zona de estudio

22
 Se procede a generar secciones para el análisis del tramo de estudio, para ello se decidió

colocarlos cada 20 metros y con un ancho de 800 metros.

Figura 23

Cuadro de propiedades de generación de perfiles

Figura 24

Perfiles dibujados en el tramo de estudio

Ahora que ya contamos con nuestra geometría y nuestro terreno podemos proceder a colocar

nuestro coeficiente de Manning. Para los bordes se decidió colocar como 0.035 debido a que

hay presencia de pasto alto. Para la parte central se decidió colocar como 0.1 debido a que

es un rio con un ancho superficial mayor a 100 pies y presenta perfiles irregulares y muy

rugosos (presencia de rocas).

23
Figura 25

Tabla de coeficientes de Manning

Luego de seleccionados los coeficientes de Manning que se emplearan se procede a

colocarlos, por ello vamos a la opción de “View/edit geometry data” luego a “Manning’s n

or k Values”. Estando en esa ventana se debe tener en cuenta que n#1 y n#3 representan los

bordes del río y n#2 la parte central.

24
Figura 26

Cuadro donde se introduce el valor de "n"

Cuando ya se tiene colocado el valor del coeficiente “n” se puede continuar al siguiente paso

que sería asignar el caudal que correrá en nuestro cauce y la pendiente con la cual trabajara.

Para el caudal se hizo un calculo mediante un proceso hidrológico para un periodo de retorno

de 100 años. El procedimiento se indicará en la parte de “Cálculos y Resultados”. El caudal

obtenido es 1320 m3/s.

Introducimos el caudal como dato de flujo, a esto también tenemos que añadir una pendiente

la cual será calculada con ayuda de Google Earth.

Figura 27

Introducción del caudal

25
Figura 28

Pendiente media calculada en Google Earth

Figura 29

Colocación de la pendiente media

26
Como ya se cuentan con todos los datos necesarios para nuestro modelamiento

comenzaremos a hacer que el programa HEC-RAS haga los cálculos del tramo de estudio.

27
Figura 30

Configuración antes de ejecutar el cálculo de la zona de estudio

Una vez que el programa ha acabado con la realización de los cálculos obtendremos una

capa que representa el flujo del agua a lo largo de nuestra zona de estudio.

Figura 31

Flujo del agua a lo largo de la zona de estudio

28
 Con el flujo de agua establecido, procedemos elegir la progresiva en la cual se colocará el

pilar, en este caso se decidió que sea en medio de la zona de estudio (731 m).

Figura 32

Cuadro en el cual se coloca la progresiva en la cual se encontrará el pilar

Luego de colocada la progresiva nos saldrá un cuadro con los perfiles aguas arriba y aguas

abajo del tramo que escogimos para colocar el pilar.

Figura 33

Perfiles de la zona donde se colocará el pilar

29
 Con nuestros perfiles obtenidos podemos colocar nuestro pilar, el cual por decisión del grupo

se le colocó un diámetro de 3 metros. Para poder colocarlo utilizaremos la herramienta

“Bridge Design”, la cual nos dará el siguiente cuadro:

Figura 34

Cuadro "Bridge Design Editor"

Colocamos el numero de pilares que deseamos en el espaciado que dice “Number of Piers”,

en los dos siguientes apartados (“Upstream XS y Downstream XS”) se coloca a cuanta

distancia del borde izquierdo del perfil se va a ubicar el pilar. En Pier Width colocamos el

diámetro que tendrá nuestro pilar.

30
Figura 35

Vista del pilar colocado en nuestro perfil

Con nuestro pilar ya colocado procedemos a hacer el cálculo de socavación mediante HEC-

RAS. Para ello vamos a la opción “Run” → “Hydraulic Design Functions” y nos saldrá el

siguiente cuadro:

Figura 36

Ventana "Hydraulic Design Functions"

31
 En el cuadro que nos sale podremos apreciar que los valores en verde son datos ya

ingresados, en el caso del tirante y la velocidad fueron calculados en base a nuestro caudal

con el que estamos trabajando. Los únicos datos que ingresamos fueron los de D50 y de D95

que se encuentran en milímetros. Con los datos ya ingresados se procede a dar click en el

botón “Compute”, para obtener el resultado de la socavación.

Figura 37

Imagen de la socavación dibujada por el programa HEC-RAS

7. Cálculos y resultados

7.1. Cálculo de la máxima avenida

Para el cálculo de socavación es necesario depender de la Máxima avenida del Rio, ya

que aparece en las fórmulas de socavación de Lischtvan – Lebediev.

Para calcular el Q máximo se utilizaron 2 métodos analíticos y se comparó con los

resultados del software hidroesta 2.

32
 Método Analítico 1 – Método Gumbel
Caudal
AÑO # de
Máximo
WEBULL orden P>X F(X) X(GUMBEL)
1960 203.53 1500 1 0.01724138 0.98275862 999.692943
1961 106.8 900 2 0.03448276 0.96551724 841.095541
1962 203.53 556.72 3 0.05172414 0.94827586 747.465965
1963 180.76 510 4 0.06896552 0.93103448 680.416981
1964 163.07 466.69 5 0.0862069 0.9137931 627.917722
1965 203.53 427.09 6 0.10344828 0.89655172 584.60869
1966 86.57 406.9 7 0.12068966 0.87931034 547.630398
1967 304.96 382 8 0.13793103 0.86206897 515.275465
1968 22.29 326.52 9 0.15517241 0.84482759 486.442094
1969 101.72 304.96 10 0.17241379 0.82758621 460.377508
1970 138 297.94 11 0.18965517 0.81034483 436.544317
1971 427.09 256.02 12 0.20689655 0.79310345 414.545268
1972 556.72 203.53 13 0.22413793 0.77586207 394.07823
1973 466.69 203.53 14 0.24137931 0.75862069 374.907889
1974 192.4 203.53 15 0.25862069 0.74137931 356.847242
1975 406.9 192.4 16 0.27586207 0.72413793 339.745064
1976 256.02 190.47 17 0.29310345 0.70689655 323.47718
1977 382 181.52 18 0.31034483 0.68965517 307.940232
1978 49.44 180.76 19 0.32758621 0.67241379 293.047124
1979 181.52 178.21 20 0.34482759 0.65517241 278.723639
1980 58.2 167.57 21 0.36206897 0.63793103 264.90587
1981 326.52 163.7 22 0.37931034 0.62068966 251.538249
1982 84.62 163.07 23 0.39655172 0.60344828 238.571998
1983 900 160.76 24 0.4137931 0.5862069 225.963915
1984 510 158.82 25 0.43103448 0.56896552 213.675388
1985 71 153.78 26 0.44827586 0.55172414 201.671599
1986 163.7 138 27 0.46551724 0.53448276 189.920866
1987 153.78 123.7 28 0.48275862 0.51724138 178.394089
1988 77.86 117.61 29 0.5 0.5 167.064283
1989 178.21 117.06 30 0.51724138 0.48275862 155.906168
1990 35 116.66 31 0.53448276 0.46551724 144.895815
1991 79.52 116.1 32 0.55172414 0.44827586 134.01031
1992 123.7 112.42 33 0.56896552 0.43103448 123.227457
1993 297.94 106.8 34 0.5862069 0.4137931 112.525483
1994 167.57 106.54 35 0.60344828 0.39655172 101.882745
1995 61.85 101.72 36 0.62068966 0.37931034 91.2774336

33
1996 158.82 90.77 37 0.63793103 0.36206897 80.6872531
1997 112.42 88.73 38 0.65517241 0.34482759 70.089067
1998 1500 86.57 39 0.67241379 0.32758621 59.4584955
1999 117.61 84.62 40 0.68965517 0.31034483 48.7694411
2000 190.47 81.91 41 0.70689655 0.29310345 37.9935125
2001 160.76 79.52 42 0.72413793 0.27586207 27.0993096
2002 88.73 77.86 43 0.74137931 0.25862069 16.0515115
2003 30.43 71 44 0.75862069 0.24137931 4.80968701
-
2004 20.56 69.61
45 0.77586207 0.22413793 6.67329564
-
2005 46.53 69.57
46 0.79310345 0.20689655 18.4534465
-
2006 106.54 61.85
47 0.81034483 0.18965517 30.5987187
-
2007 69.61 59.59
48 0.82758621 0.17241379 43.1934494
-
2008 90.77 58.2
49 0.84482759 0.15517241 56.3450188
-
2009 117.06 51.22
50 0.86206897 0.13793103 70.1942366
-
2010 44.87 49.44
51 0.87931034 0.12068966 84.9323379
-
2011 69.57 46.53
52 0.89655172 0.10344828 100.830483
-
2012 81.91 44.87
53 0.9137931 0.0862069 118.294961
-
2013 116.66 35
54 0.93103448 0.06896552 137.981386
2014 59.59 30.43 55 0.94827586 0.05172414 -161.0667
-
2015 116.1 22.29
56 0.96551724 0.03448276 190.054794
-
2016 51.22 20.56
57 0.98275862 0.01724138 232.345902

34
 Por metodo Gumbel para un periodo de retorno de 100 años se obtuvo un caudal máximo

de 1123.59 m3/s.

Método Analítico 2 – Método Log Person Tipo III

Caudal Log(i)-
AÑO Log(i) 2 3
Máximo log.pro
1 1960 203.53 2.3086 0.1888 0.0357 0.0067
2 1961 106.8 2.0286 -0.0912 0.0083 -0.0008
3 1962 203.53 2.3086 0.1888 0.0357 0.0067
4 1963 180.76 2.2571 0.1373 0.0188 0.0026
5 1964 163.07 2.2124 0.0926 0.0086 0.0008
6 1965 203.53 2.3086 0.1888 0.0357 0.0067
7 1966 86.57 1.9374 -0.1824 0.0333 -0.0061
8 1967 304.96 2.4842 0.3644 0.1328 0.0484
9 1968 22.29 1.3481 -0.7717 0.5955 -0.4596
10 1969 101.72 2.0074 -0.1124 0.0126 -0.0014
11 1970 138 2.1399 0.0201 0.0004 0.0000
12 1971 427.09 2.6305 0.5107 0.2608 0.1332
13 1972 556.72 2.7456 0.6258 0.3917 0.2451
14 1973 466.69 2.6690 0.5492 0.3016 0.1657
15 1974 192.4 2.2842 0.1644 0.0270 0.0044
16 1975 406.9 2.6095 0.4897 0.2398 0.1174
17 1976 256.02 2.4083 0.2885 0.0832 0.0240

35
18 1977 382 2.5821 0.4623 0.2137 0.0988
19 1978 49.44 1.6941 -0.4257 0.1812 -0.0772
20 1979 181.52 2.2589 0.1391 0.0194 0.0027
21 1980 58.2 1.7649 -0.3549 0.1259 -0.0447
22 1981 326.52 2.5139 0.3941 0.1553 0.0612
23 1982 84.62 1.9275 -0.1923 0.0370 -0.0071
24 1983 900 2.9542 0.8344 0.6963 0.5810
25 1984 510 2.7076 0.5878 0.3455 0.2030
26 1985 71 1.8513 -0.2686 0.0721 -0.0194
27 1986 163.7 2.2140 0.0942 0.0089 0.0008
28 1987 153.78 2.1869 0.0671 0.0045 0.0003
29 1988 77.86 1.8913 -0.2285 0.0522 -0.0119
30 1989 178.21 2.2509 0.1311 0.0172 0.0023
31 1990 35 1.5441 -0.5757 0.3315 -0.1908
32 1991 79.52 1.9005 -0.2193 0.0481 -0.0106
33 1992 123.7 2.0924 -0.0274 0.0008 0.0000
34 1993 297.94 2.4741 0.3543 0.1255 0.0445
35 1994 167.57 2.2242 0.1044 0.0109 0.0011
36 1995 61.85 1.7913 -0.3285 0.1079 -0.0354
37 1996 158.82 2.2009 0.0811 0.0066 0.0005
38 1997 112.42 2.0508 -0.0690 0.0048 -0.0003
39 1998 1500 3.1761 1.0563 1.1157 1.1785
40 1999 117.61 2.0704 -0.0494 0.0024 -0.0001
41 2000 190.47 2.2798 0.1600 0.0256 0.0041
42 2001 160.76 2.2062 0.0864 0.0075 0.0006
43 2002 88.73 1.9481 -0.1717 0.0295 -0.0051
44 2003 30.43 1.4833 -0.6365 0.4051 -0.2579
45 2004 20.56 1.3130 -0.8068 0.6509 -0.5251
46 2005 46.53 1.6677 -0.4521 0.2044 -0.0924
47 2006 106.54 2.0275 -0.0923 0.0085 -0.0008
48 2007 69.61 1.8427 -0.2771 0.0768 -0.0213
49 2008 90.77 1.9579 -0.1619 0.0262 -0.0042
50 2009 117.06 2.0684 -0.0514 0.0026 -0.0001
51 2010 44.87 1.6520 -0.4679 0.2189 -0.1024
52 2011 69.57 1.8424 -0.2774 0.0769 -0.0213
53 2012 81.91 1.9133 -0.2065 0.0426 -0.0088
54 2013 116.66 2.0669 -0.0529 0.0028 -0.0001
55 2014 59.59 1.7752 -0.3446 0.1188 -0.0409
56 2015 116.1 2.0648 -0.0550 0.0030 -0.0002
57 2016 51.22 1.7094 -0.4104 0.1684 -0.0691
promedio 2.1198 suma 7.9735 0.9261

Donde se utilizo la tabla de coeficiente K respecto al coeficiente Gs

36
Donde se utilizó para un coeficiente gs de 0.2760290088 las tablas de distribución para

periodo de retorno de 50-100-200-500-1000 años

37
 Donde se interpolo respectivamente para el valor de 0.2760290088

Donde finalizando el método se obtuvo un caudal máximo para 100 periodos de retorno

de 1320 m3/s

7.2. Comparación con el software Hidroesta

Para poder encontrar el mejor método de cálculo se tiene que recurrir a la comparación

del índice de delta teórico y delta tabular de cada método. Por último, escoger el método

el cual tenga el del teórico más bajo.

38
Distribucion Normal

LogNormal 2

LogNormal 3

Gamma 2

Gamma 3
Se procede a utilizar la
distribución Log Person
Tipo III ya que posee el
delta teórico menor en
comparación a las
demás distribuciones
LogPerson Tipo 3

Gumbel

LogGumbel

39
 Por despeje se utilizará el método de Log Person tipo III:

Para el proyecto se utilizará el caudal encontrado con el método analítico Log Person

Tipo III analítico, por ser el mayor en comparación con el hidroesta.

Qmax=1320 m3/S

7.3. Cálculo de la socavación analíticamente

40
Datos:

Para calcular la socavación se utilizó la ecuación para suelo no cohesivos de Lischtvan

– Lebediev

En donde se tuvo que encontrar primero el “u” de la tabla:

41
En donde se tuvo que realizar una gráfica para extrapolar el coeficiente miu ya que

nuestro puente cuenta con una longitud mayo a 750 metros.

Grafica de aproximación del coeficiente:

Para este caso, como el valor del Be es de 800m se tuvo que introducir en la ecuación

característica de la gráfica de la tabla tabulada. Donde se encontró de forma matemática

el valor de μ , donde resulta para esta investigación un valor exacto de 1.

42
Como segundo paso se procedió a encontrar X y Beta con los valores de Dm, Tr

Como tercer paso se procedió a calcular el exponente de la ecuación de Lischtvan:

1
1+𝑋

Como cuarto paso se debe despejar con el valor del exponente, Be, μ, Hm el valor del

coeficiente gamma.

43
Continuando con el quinto paso se debe encontrar la socavación con la ecuación de

Lischtvan con todos los datos ya encontrados:

En donde se obtuvo una socavación general de 4.9436 m, ligeramente diferente del valor

dado por Hec-Ras.

Siguiendo con el sexto paso se procedió a encontrar la Socavación en el pilar con el

Método de la Universidad Estatal de Colorado (CSU).

44
Como séptimo y último paso se encontró la Socavación en el estribo

45
7.4. Comparación con Hec-Ras

Analíticamente se obtuvo un

valor mayor respecto al

software Hec ras.

4.9436 − 4.75
∗ 100
4.9436
= 3.916%

46
8. Conclusiones

• El Tirante Máximo del perfil donde se encuentra nuestro pilar es de 2.23 m.

• La Velocidad Máxima del perfil donde se encuentra nuestro pilar es de 2.77 m/s.

• El caudal de diseño en base a la hidrología de la zona de estudio es de 1320 m3/s

• La socavación calculada por el programa Hec-Ras es de 4.75 m.

• La socavación calculada analíticamente es de 4.9436 m.

• Analíticamente se obtuvo un valor de socavación mayor respecto al software Hec-

Ras (3.916%)

• Para el proyecto se utilizará el caudal encontrado con el método analítico Log Person

Tipo III analítico, por ser el mayor en comparación con el Hidroesta.

• La socavación resultante en ambos métodos es alta debido a que el caudal para un

periodo de retorno de 100 años es algo elevado.

9. Recomendaciones

• Tener en cuenta que las líneas en el HEC-RAS deben ser trazada de aguas arriba

hacia aguas abajo.

• Es muy importante verificar el sistema de unidades con el que se está trabajando en

HEC-RAS, ya que por defecto este trabaja con el sistema inglés.

• Cuando se exporte el archivo DEM procurar que este en las coordenadas deseadas

que en este caso sería UTM ya que de caso contrario no se podrá llevar a cabo un

buen modelamiento del río.

• Trazar la mayor cantidad de perfiles que se pueda en el tramo estudio, teniendo en

cuenta una distancia moderada.

• Al momento de generar el archivo DEM tiene que ser en formato GeoTif para que

pueda ser reconocido por el programa HEC-RAS.

47
10.Bibliografía

• http://www.minem.gob.pe/minem/archivos/file/dgaam/publicaciones/evats/chicama/ch

icam3.pdf

(Informe general del rio Chicama-Ministerio de Energía y Minas)-Ubicación, Mapa

• Libro en físico de Hidrología aplicada

(Ven Te Chow)

• https://www.youtube.com/watch?v=KH-

TlAFeY0U&t=3726s&ab_channel=EduardoGutierrezKlinsky

(Ejemplo 3 HEC RAS Modelación de Puentes y Cálculo de Socavación)

48