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SCOUR MANUAL. Current-Related Erosion

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Referencia: Código 10188


DESCRIPCIÓN:

Septiembre de 2022  - G.J.C.M. Hoffmans, H.J. Verheij  -  Refª 10188

CONTENIDO:

G.J.C.M. Hoffmans, H.J. Verheij

Septiembre de 2022        Páginas: 304

Código 10188      ISBN/EAN: 9780367675974

Book Description

Ever since the publication in 1997 the original Scour Manual has helped many practising hydraulic engineers to deal with scour processes near hydraulic structures. In recent years new insights, such as probabilistic calculations, offered new opportunities to design structures more economically. These new insights are included in this update of the original Scour Manual, which is focussing entirely on current-related scour. This manual provides the engineer with useful practical methods to calculate the dimensions of scour holes in the pre-feasibility and preliminary stages of a project, and gives an introduction to the most relevant literature.

This updated Scour Manual contains guidelines that can be used to solve problems related to scour in engineering practice and also reflects the main results of all research projects in the Netherlands in recent decades. The so-called Breusers equilibrium method has a central role, which can basically be applied to all situations where local scour is expected. The method allows to predict the scour depth as a function of time, provided that the available knowledge about scour at the specific structure is sufficient. For structures with insufficient knowledge available, alternative scour prediction rules are presented.

The treatment of local scour is classified according to the different types of structures. Each type of structure is necessarily schematised to a simple, basic layout. The main parameters of a structure and the main parts of the flow pattern near a structure are described briefly insofar they are relevant to the description of scour phenomena. New scour formulas for the equilibrium scour have been elucidated. Evaluating a balance of forces for a control volume, it is possible to develop scour equations for different types of flow fields and structures, i.e. jets, abutments and bridge piers.

As many scour problems are still not fully understood, attention is paid to the validity ranges and limitations of the formulas, as well as to the accuracy of the scour predictions. This information can also be used to carry out a risk assessment using a safety philosophy based on a probabilistic analysis or an approach with a safety factor. Moreover, the information on the strength of soils is extended and aspects are addressed such as scour due to shear failures or flow slides, that can progressively damage the bed protection which might lead to the failure of hydraulic structures.

This updated Scour Manual presents scour prediction methods and deals with practically related scour problems. Consultants and contractors were invited to provide case studies of realized projects, including the methods that were followed. These case studies will help with grasping the concept of scour by the flow of water. This manual provides the engineer with the latest knowledge and with case studies that show how to apply the formulas and their limitations.

Table of Contents

Foreword xv
Acknowledgements xvii
List of main symbols xix
List of main definitions xxiv
1 Introduction 1
1.1 General 1
1.2 Scope of this manual 2
1.3 Reading guide 3
2 Design process 6
2.1 Introduction 6
2.2 Boundary conditions 8
2.2.1 Introduction 8
2.2.2 Hydraulic conditions 9
2.2.3 Morphological conditions 10
2.2.4 Geotechnical conditions 10
2.3 Risk assessment 10
2.3.1 Introduction 10
2.3.2 Fault tree analysis 12
2.3.3 Safety factor 14
2.3.4 Failure probability approach 15
2.4 Protective measures 16
2.4.1 Introduction 16
2.4.2 Bed protection 16
2.4.3 Falling apron 18
2.4.4 Other counter measures 19
2.5 Examples 19
2.5.1 Introduction 19
2.5.2 Determination of the length of a bed protection with a
reliability index 20
2.5.3 Determination of the failure probability using a FORM approach 21
2.5.4 Determination scour depth using a safety factor 24
Contents
9780367675943_Book.indb 7 13/11/20 11:10 PM
viii Contents
3 Design tools 26
3.1 Introduction 26
3.2 Mathematical scour and erosion models 26
3.2.1 Introduction 26
3.2.2 Types of modelling 27
3.2.3 Large-scale RANS models 28
3.2.3.1 Shallow water modelling 28
3.2.3.2 Turbulence modelling 29
3.2.4 High-resolution hydrodynamic models 29
3.2.4.1 Hydrodynamic model LES 29
3.2.4.2 Application of LES 29
3.2.4.3 Hydrodynamic model DNS 30
3.2.5 Particle-based multiphase models 31
3.2.5.1 Soil mechanics: MPM 31
3.2.5.2 Hydraulic model: SPH 31
3.3 General scour 32
3.3.1 Introduction 32
3.3.2 Overall degradation or aggradation 32
3.3.3 Constriction scour 33
3.3.4 Bend scour 34
3.3.5 Confluence scour 36
3.4 Local scour 37
3.4.1 Introduction 37
3.4.2 Time-dependent scour 39
3.4.3 Equilibrium scour 41
3.4.4 Conditions of transport 43
3.5 Geotechnical aspects 44
3.5.1 Introduction 44
3.5.2 Liquefaction 46
3.5.3 Effects of groundwater flow 46
3.5.4 Non-homogeneous subsoils 48
3.5.5 Upstream and side slopes 50
3.5.6 Critical failure length 53
3.6 Examples 55
3.6.1 Introduction 55
3.6.2 Constriction scour 55
3.6.3 Critical slope angles and critical failure lengths 55
4 Initiation of motion 57
4.1 Introduction 57
4.2 Flow and turbulence characteristics 57
4.2.1 Introduction 57
4.2.2 Sills 60
4.2.3 Bridge piers and abutments 61
4.2.4 Indicative values of flow velocity and turbulence 62
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Contents ix
4.3 Non-cohesive sediments 63
4.3.1 Introduction 63
4.3.2 Shields diagram 65
4.3.3 Design approaches 67
4.3.4 Critical flow velocity 69
4.3.5 Rock 70
4.4 Cohesive Sediments 71
4.4.1 Introduction 71
4.4.2 Critical shear stress 72
4.4.3 Critical flow velocity 73
4.4.4 Empirical shear stress formulas 77
4.4.5 Erosion rate 79
4.4.6 Peat 81
4.5 Examples 82
4.5.1 Introduction 82
4.5.2 Turbulence at bridge piers and groynes 83
4.5.2.1 Bridge Piers 83
4.5.2.2 Groynes 83
4.5.3 Critical flow velocity of peat 84
4.5.4 Critical mean flow velocity and critical bed shear stress in
an open channel with sand dunes 85
4.5.5 Critical depth-averaged flow velocity according to
Mirtskhoulava (1988) 86
4.5.6 Comparison critical strength of clay 86
5 Jets 88
5.1 Introduction 88
5.2 Flow characteristics 88
5.2.1 Introduction 88
5.2.1 Introduction 88
5.2.2 Flow velocities 88
5.2.3 Hydraulic jump 90
5.3 Time scale of jet scour 92
5.4 Plunging jets 93
5.4.1 Introduction 93
5.4.2 Calculation methods 93
5.4.2.1 2D-V jets 95
5.4.2.2 3D-V jets 96
5.4.3 Discussion 96
5.5 Two-dimensional culverts 97
5.5.1 Introduction 97
5.5.2 Calculation methods 97
5.5.3 Discussion 101
5.6 Three-dimensional culverts 101
5.6.1 Introduction 101
5.6.2 Calculation methods 102
9780367675943_Book.indb 9 13/11/20 11:10 PM
x Contents
5.6.3 Discussion 105
5.7 Ship-induced flow and erosion 105
5.7.1 Introduction 105
5.7.2 Scour due to the return current of a sailing vessel 106
5.7.3 Scour due to propeller and thruster jets 107
5.7.4 Discussion 109
5.8 Scour at broken pipelines 110
5.9 Scour control 110
5.10 Examples 114
5.10.1 Introduction 114
5.10.2 Two-dimensional scour downstream a broad-crested sill 114
5.10.3 Three-dimensional scour downstream a short-crested
overflow weir 115
5.10.4 Two-dimensional scour downstream an under flow gate 117
6 Sills 120
6.1 Introduction 120
6.2 Flow characteristics 120
6.3 Scour depth modelling in the Netherlands 123
6.3.1 Introduction 123
6.3.2 Scour depth formula 125
6.3.3 Characteristic time 127
6.3.4 Relative turbulence intensity 129
6.3.5 Scour coefficient 130
6.3.6 Non-steady flow 133
6.3.7 Upstream supply of sediment 135
6.4 Upstream scour slopes 138
6.4.1 Introduction 138
6.4.2 Hydraulic and morphological stability criterion 138
6.4.3 Undermining 139
6.5 Additional measures 140
6.6 Field experiments 141
6.6.1 Introduction 141
6.6.2 Hydraulic and geotechnical conditions 141
6.6.3 Discussion 142
6.6.3.1 Upstream scour slope 143
6.6.3.2 Undermining 143
6.6.3.3 Time scale 144
6.6.3.4 Equilibrium scour depth 145
6.6.3.5 Closing remarks 145
6.6.4 Experiences Eastern Scheldt 145
6.7 Example 147
6.7.1 Introduction 147
6.7.2 Critical upstream scour slope downstream a sill 147
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Contents xi
7 Abutments and groynes 152
7.1 Introduction 152
7.2 Geometry characteristics and flow patterns 152
7.2.1 Introduction 152
7.2.2 Wing-wall abutments 154
7.2.3 Spill-through abutments 154
7.2.4 Vertical-wall abutments 156
7.2.5 Flow pattern 156
7.3 Dutch modelling 159
7.3.1 Introduction 159
7.3.2 Breusers approach 159
7.3.3 Closure procedures 161
7.4 Equilibrium scour depth 163
7.4.1 Introduction 163
7.4.2 Calculation methods 164
7.4.3 Discussion 169
7.5 Combined scour 169
7.5.1 Introduction 169
7.5.2 Combined local scour and constriction or bend scour 170
7.6 Failure mechanism and measures to prevent local scour 170
7.6.1 Introduction 170
7.6.2 Scour slopes 171
7.6.3 Outflanking 172
7.6.4 Riprap protection 173
7.7 Examples 175
7.7.1 Introduction 175
7.7.2 Scour due to lowering of existing abutments 175
7.7.3 Influence of the permeability of an abutment on the scour 177
8 Bridges 179
8.1 Introduction 179
8.2 Characteristic flow pattern 179
8.2.1 Introduction 179
8.2.2 Submerged bridges 181
8.3 Time scale 182
8.4 Equilibrium scour depth 185
8.4.1 Introduction 185
8.4.2 Calculation methods 185
8.4.3 Pressure scour 189
8.4.4 Discussion 190
8.5 Effects of specific parameters 191
8.5.1 Introduction 191
8.5.2 Pier shape 192
9780367675943_Book.indb 11 13/11/20 11:10 PM
xii Contents
8.5.3 Alignment of the pier to the flow 192
8.5.4 Gradation of bed material 194
8.5.5 Group of piers 194
8.6 Scour slopes 196
8.6.1 Introduction 196
8.6.2 Single cylindrical pier 196
8.6.3 Other types of piers 198
8.6.4 Winnowing 200
8.7 Measures to prevent local scour 201
8.7.1 Introduction 201
8.7.2 Riprap protection 201
8.7.3 Mattress protection 202
8.7.4 Deflectors 203
8.8 Example 203
8.8.1 Introduction 203
8.8.2 Local scour around bridge piers 203
8.8.2.1 Slender piers 205
8.8.2.2 Wide piers 207
9 Case studies on prototype scale 209
9.1 Introduction 209
9.2 Camden motorway bypass bridge pier scour assessment (RHDHV) 209
9.2.1 Introduction 209
9.2.2 Assessment of scour 210
9.2.3 Scour assessment results 212
9.2.4 Constriction scour 212
9.2.5 Abutment scour 214
9.2.6 Pier scour 215
9.2.7 Numerical Model Verification 216
9.2.8 Scour mitigation 217
9.2.9 Conclusions 218
9.3 Project Waterdunen (Svasek) 219
9.3.1 Introduction 219
9.3.2 Bed protection 220
9.3.3 Hydraulic loads 221
9.3.4 Scour depth 222
9.3.5 Additional remarks 225
9.3.5.1 Gate control 225
9.3.5.2 Safety factors 225
9.3.5.3 Sensitivity calculations 225
9.3.5.4 Turbulence 225
9.4 Full-scale erosion test propeller jet (Deme) 225
9.4.1 Introduction 225
9.4.2 Objective of the full-scale erosion tests and estimated flow field 226
9.4.3 Scour prediction methods 226
9.4.4 Results 228
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Contents xiii
9.5 Scour due to ship thrusters in the Rotterdam port area (Port of
Rotterdam) 229
9.5.1 Introduction 229
9.5.2 Full-scale test with inland vessels at the Parkkade 231
9.5.2.1 Scope 231
9.5.2.2 Observed scour depth versus predictions with Breusers formulas 232
9.5.2.3 Observed versus predicted scour for thrusters with
PIANC formulas 234
9.5.2.4 Conclusions 236
9.5.3 Scour due to operational use of Maasvlakte quay wall for
large seagoing container vessels 237
9.5.3.1 Observed scour 237
9.5.3.2 Computed scour 239
9.5.3.3 Conclusions 239
9.6 Crossing of high voltage power line (Witteveen & Bos) 240
9.6.1 Introduction 240
9.6.2 Scour for a single pier 240
9.6.3 Scour for multiple piers 242
9.6.4 Results and discussion 244
9.7 Scour development in front of culvert (van Oord) 244
9.7.1 Introduction 244
9.7.2 Initial bottom protection and scouring 246
9.7.3 New design bottom protection 248
9.7.4 Result redesign 250
9.8 Bed protection at railway bridge in a bypass of the river Waal (Deltares) 250
9.8.1 Introduction 250
9.8.2 Flow condition 251
9.8.3 Scouring 252
9.8.4 Designed bed protection 252
9.8.5 Final remarks 252
9.9 Pressure scour around bridge piers (Arcadis) 253
9.9.1 Introduction 253
9.9.2 Flow conditions 254
9.9.3 Scour computation 256
9.9.4 Results 257
9.10 Bed protection at the weir at Grave in the river Meuse (Rijkswaterstaat) 259
9.10.1 Introduction 259
9.10.2 Scope 259
9.10.3 Flow condition 261
9.10.4 Scour and bed protection 262
9.10.5 Condition after the flood 263
9.10.6 Hindcast 264
References 267
Index 279

Descripción del libro

Desde su publicación en 1997, el Manual de socavación original ha ayudado a muchos ingenieros hidráulicos en ejercicio a lidiar con procesos de socavación cerca de estructuras hidráulicas. En los últimos años, nuevos conocimientos, como los cálculos probabilísticos, ofrecieron nuevas oportunidades para diseñar estructuras de forma más económica. Estos nuevos conocimientos se incluyen en esta actualización del Manual de socavación original, que se centra por completo en la socavación relacionada con la corriente. Este manual proporciona al ingeniero métodos prácticos útiles para calcular las dimensiones de los agujeros de socavación en las etapas de prefactibilidad y preliminar de un proyecto, y brinda una introducción a la literatura más relevante.

Este Manual de socavación actualizado contiene pautas que pueden usarse para resolver problemas relacionados con la socavación en la práctica de la ingeniería y también refleja los principales resultados de todos los proyectos de investigación en los Países Bajos en las últimas décadas. El llamado método de equilibrio de Breusers tiene un papel central, que básicamente se puede aplicar a todas las situaciones en las que se espera una socavación local. El método permite predecir la profundidad de la socavación en función del tiempo, siempre que el conocimiento disponible sobre la socavación en la estructura específica sea suficiente. Para estructuras con conocimiento insuficiente disponible, se presentan reglas de predicción de socavación alternativas.

El tratamiento de la socavación local se clasifica según los diferentes tipos de estructuras. Cada tipo de estructura está necesariamente esquematizado en un diseño simple y básico. Los parámetros principales de una estructura y las partes principales del patrón de flujo cerca de una estructura se describen brevemente en la medida en que son relevantes para la descripción de los fenómenos de socavación. Se han dilucidado nuevas fórmulas de socavación para la socavación de equilibrio . Al evaluar un equilibrio de fuerzas para un volumen de control, es posible desarrollar ecuaciones de socavación para diferentes tipos de campos de flujo y estructuras, es decir, chorros, pilares y pilas de puentes.

Dado que muchos problemas de socavación aún no se comprenden por completo, se presta atención a los rangos de validez y las limitaciones de las fórmulas, así como a la precisión de las predicciones de socavación. Esta información también se puede utilizar para realizar una evaluación de riesgos utilizando una filosofía de seguridad basada en un análisis probabilístico o un enfoque con un factor de seguridad. Además, se amplía la información sobre la resistencia de los suelos y se abordan aspectos como la socavación por roturas por cortante o deslizamientos de flujo, que pueden dañar progresivamente la protección del lecho y provocar el fallo de las estructuras hidráulicas.

Este manual de socavación actualizado presenta métodos de predicción de socavación y trata problemas de socavación relacionados en la práctica. Se invitó a consultores y contratistas a proporcionar estudios de casos de proyectos realizados, incluidos los métodos que se siguieron. Estos estudios de casos ayudarán a comprender el concepto de socavación por el flujo de agua. Este manual proporciona al ingeniero los últimos conocimientos y estudios de casos que muestran cómo aplicar las fórmulas y sus limitaciones.

Tabla de contenido

Prólogo xv
Agradecimientos xvii
Lista de símbolos principales xix
Lista de definiciones principales xxiv
1 Introducción 1
1.1 General 1
1.2 Alcance de este manual 2
1.3 Guía de lectura 3
2 Proceso de diseño 6
2.1 Introducción 6
2.2 Condiciones de contorno 8
2.2.1 Introducción 8
2.2.2 Hidráulica condiciones 9
2.2.3 Condiciones morfológicas 10
2.2.4 Condiciones geotécnicas 10
2.3 Evaluación de riesgos 10
2.3.1 Introducción 10
2.3.2 Análisis del árbol de fallas 12
2.3.3 Factor de seguridad 14
2.3.4 Enfoque de probabilidad de falla 15
2.4 Medidas de protección 16
2.4.1 Introducción 16
2.4.2 Protección de la cama 16
2.4.3 Plataforma de caída 18
2.4.4 Otras contramedidas 19
2.5 Ejemplos 19
2.5.1 Introducción 19
2.5.2 Determinación de la longitud de una protección de lecho con un
índice de confiabilidad 20
2.5.3 Determinación de la probabilidad de falla usando un enfoque FORM 21
2.5.4 Determinación de la profundidad de socavación utilizando un factor de seguridad 24
Contenido
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viii Contenido
3 Herramientas de diseño 26
3.1 Introducción 26
3.2 Modelos matemáticos de socavación y erosión 26
3.2.1 Introducción 26
3.2.2 Tipos de modelado 27
3.2.3 Modelos RANS a gran escala 28
3.2.3.1 Modelado de aguas poco profundas 28
3.2.3.2 Modelado de turbulencia 29
3.2.4 Modelos hidrodinámicos de alta resolución 29
3.2.4.1 Modelo hidrodinámico LES 29
3.2.4.2 Aplicación de LES 29
3.2.4.3 Modelo hidrodinámico DNS 30
3.2.5 Modelos multifásicos basados ​​en partículas 31
3.2.5.1 Mecánica de suelos: MPM 31
3.2.5.2 Modelo hidráulico: SPH 31
3.3 Socavación general 32
3.3.1 Introducción 32
3.3.2 Degradación o agregación global 32
3.3.3 Socavación por constricción 33
3.3.4 Socavación por curva 34
3.3.5 Socavación por confluencia 36
3.4 Socavación local 37
3.4.1 Introducción 37
3.4 .2 Socavación dependiente del tiempo 39
3.4.3 Socavación de equilibrio 41
3.4.4 Condiciones de transporte 43
3.5 Aspectos geotécnicos 44
3.5.1 Introducción 44
3.5.2 Licuefacción 46
3.5.3 Efectos del flujo de agua subterránea 46
3.5.4 Subsuelos no homogéneos 48
3.5.5 Aguas arriba y taludes laterales 50
3.5.6 Longitud crítica de falla 53
3.6 Ejemplos 55
3.6.1 Introducción 55
3.6.2 Socavación por constricción 55
3.6.3 Ángulos de pendiente críticos y longitudes críticas de falla 55
4 Inicio del movimiento 57
4.1 Introducción 57
4.2 Características de flujo y turbulencia 57
4.2.1 Introducción 57
4.2.2 Antepechos 60
4.2.3 Pilares y estribos de puentes 61
4.2.4 Valores indicativos de flujo Velocidad y turbulencia 62 Contenido ix
4.3 Sedimentos no cohesivos 63 4.3.1 Introducción 63
4.3.2 Diagrama de escudos 65
4.3.3 Enfoques de diseño 67
4.3.4 Velocidad crítica de flujo 69
4.3.5 Roca 70
4.4 Sedimentos cohesivos 71
4.4.1 Introducción 71
4.4.2 Esfuerzo crítico de corte 72
4.4.3 Velocidad crítica de flujo 73
4.4.4 Fórmulas empíricas de esfuerzo cortante 77
4.4.5 Tasa de erosión 79
4.4.6 Turba 81
4.5 Ejemplos 82
4.5.1 Introducción 82
4.5.2 Turbulencia en pilas de puentes y espigones 83
4.5.2.1 Pilas de puentes 83
4.5.2.2 Espigones 83
4.5.3 Flujo crítico velocidad de la turba 84
4.5.4 Velocidad de flujo media crítica y esfuerzo cortante del lecho crítico en
un canal abierto con dunas de arena 85
4.5.5 Velocidad de flujo crítica promediada en profundidad de acuerdo con
Mirtskhoulava (1988) 86
4.5.6 Comparación de la resistencia crítica de la arcilla 86
5 Chorros 88
5.1 Introducción 88
5.2 Características del flujo 88
5.2.1 Introducción 88
5.2.1 Introducción 88
5.2.2 Velocidades del flujo 88
5.2.3 Salto hidráulico 90
5.3 Escala de tiempo de socavación por chorro 92
5.4 Chorros de inmersión 93
5.4.1 Introducción 93
5.4.2 Métodos de cálculo 93
5.4.2.1 Chorros 2D-V 95
5.4.2.2 Chorros 3D-V 96
5.4.3 Discusión 96
5.5 Alcantarillas bidimensionales 97
5.5.1 Introducción 97
5.5.2 Métodos de cálculo 97
5.5.3 Discusión 101
5.6 Alcantarillas tridimensionales 101
5.6.1 Introducción 101
5.6.2 Métodos de cálculo 102
9780367675943_Book.indb 9 13/11/20 11:10 PM
x Contenido
5.6.3 Discusión 105
5.7 Flujo y erosión inducidos por el barco 105
5.7.1 Introducción 105
5.7.2 Socavación debida a la corriente de retorno de un velero 106
5.7.3 Socavación debida a propulsores y chorros de propulsión 107
5.7.4 Discusión 109
5.8 Socavación en tuberías rotas 110
5.9 Control de socavación 110
5.10 Ejemplos 114
5.10.1 Introducción 114
5.10.2 Socavación bidimensional aguas abajo de un umbral de cresta ancha 114
5.10.3 Tres socavación dimensional aguas abajo de un
vertedero de rebose de cresta corta 115
5.10.4 Socavación bidimensional aguas abajo de una compuerta de flujo inferior 117
6 Umbrales 120
6.1 Introducción 120
6.2 Características del flujo 120
6.3 Modelado de profundidad de socavación en los Países Bajos 123
6.3.1 Introducción 123
6.3.2 Fórmula de profundidad de socavación 125
6.3.3 Tiempo característico 127
6.3.4 Intensidad de turbulencia relativa 129
6.3.5 Coeficiente
de socavación 130 6.3.6 Flujo no estacionario 133
6.3.7 Suministro de sedimentos
aguas arriba 135 6.4 Taludes de socavación aguas arriba 138
6.4.1 Introducción 138
6.4.2 Criterio de estabilidad hidráulica y morfológica 138
6.4.3 Socavación 139
6.5 Medidas adicionales 140
6.6 Experimentos de campo 141
6.6.1 Introducción 141
6.6.2 Hidráulica y condiciones geotécnicas 141
6.6.3 Discusión 142
6.6.3.1 Talud de socavación aguas arriba 143
6.6.3.2 Socavación 143
6.6.3.3 Escala temporal 144
6.6.3.4 Profundidad de socavación de equilibrio 145
6.6.3.5 Observaciones finales 145
6.6.4 Experiencias Escalda oriental 145
6.7 Ejemplo 147
6.7.1 Introducción 147
6.7.2 Pendiente de socavación crítica aguas arriba aguas abajo de un umbral 147
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Contenido xi
7 Estribos y espigones 152
7.1 Introducción 152
7.2 Características geométricas y patrones de flujo 152
7.2.1 Introducción 152
7.2.2 Estribos de pared lateral 154
7.2.3 Estribos de derrame 154
7.2.4 Pilares de pared vertical 156
7.2.5 Patrón de flujo 156
7.3 Modelado holandés 159
7.3.1 Introducción 159
7.3.2 Método de Breusers 159
7.3.3 Procedimientos de cierre 161
7.4 Profundidad de socavación de equilibrio 163
7.4.1 Introducción 163
7.4.2 Métodos de cálculo 164
7.4.3 Discusión 169
7.5 Socavación combinada 169
7.5.1 Introducción 169
7.5.2 Socavación local combinada y constricción o socavación por curvatura 170
7.6 Mecanismo de falla y medidas para prevenir la socavación local 170
7.6.1 Introducción 170
7.6.2 Taludes de socavación 171
7.6.3 Flanqueo 172
7.6.4 Protección con escollera 173
7.7 Ejemplos 175
7.7.1 Introducción 175
7.7.2 Socavación debida a Descenso de estribos existentes 175
7.7.3 Influencia de la permeabilidad de un estribo sobre la socavación 177
8 Puentes 179
8.1 Introducción 179
8.2 Patrón de flujo característico 179
8.2.1 Introducción 179
8.2.2 Puentes sumergidos 181
8.3 Escala de tiempo 182
8.4 Profundidad de socavación de equilibrio 185
8.4.1 Introducción 185
8.4.2 Métodos de cálculo 185
8.4.3 Socavación por presión 189
8.4.4 Discusión 190
8.5 Efectos de parámetros específicos 191
8.5.1 Introducción 191
8.5.2 Forma
de la pila 192
Contenido
8.5.3 Alineación de la pila con el flujo 192
8.5.4 Gradación del material del lecho 194
8.5.5 Grupo de pilas 194
8.6 Taludes de socavación 196
8.6.1 Introducción 196
8.6.2 Pila cilíndrica única 196
8.6.3 Otros tipos de pilas 198
8.6.4 Aventado 200
8.7 Medidas para prevenir la socavación local 201
8.7.1 Introducción 201
8.7.2 Protección de escollera 201
8.7.3 Protección de colchón 202
8.7.4 Deflectores 203
8.8 Ejemplo 203
8.8.1 Introducción 203
8.8.2 Socavación local alrededor de los pilares del puente 203
8.8.2.1 Pilares esbeltos 205
8.8.2.2 Pilares anchos 207
9 Estudios de casos a escala de prototipo 209
9.1 Introducción 209
9.2 Evaluación de la socavación en los pilares del puente de circunvalación de la autopista de Camden (RHDHV) 209
9.2.1 Introducción 209
9.2. 2 Evaluación de la socavación 210
9.2.3 Resultados de la evaluación de la socavación 212
9.2.4
Socavación por constricción 212 9.2.5 Socavación en los pilares 214
9.2.6 Socavación del muelle 215
9.2.7 Verificación del modelo numérico 216
9.2.8 Mitigación de la socavación 217
9.2.9 Conclusiones 218
9.3 Proyecto Waterdunen (Svasek) 219
9.3.1 Introducción 219
9.3.2 Protección del lecho 220
9.3.3 Cargas hidráulicas 221
9.3. 4 Profundidad de socavación 222
9.3.5 Observaciones adicionales 225
9.3.5.1 Control de compuerta 225 9.3.5.2
Factores de seguridad 225
9.3.5.3 Cálculos de sensibilidad 225
9.3.5.4 Turbulencia 225
9.4 Chorro de hélice de ensayo de erosión a gran escala (Deme) 225
9.4.1 Introducción 225
9.4.2 Objetivo de las pruebas de erosión a gran escala y campo de flujo estimado 226
9.4.3 Métodos de predicción de socavación 226
9.4.4 Resultados 228
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Contents xiii
9.5 Socavación debida a propulsores de barcos en la zona portuaria de Róterdam (Puerto de
Róterdam) 229
9.5.1 Introducción 229
9.5.2 Prueba a gran escala con barcos de navegación interior en Parkkade 231
9.5.2.1 Alcance 231
9.5.2.2 Profundidad de socavación observada versus predicciones con fórmulas de Breusers 232
9.5.2.3 Socavación observada versus prevista para propulsores con
fórmulas PIANC 234
9.5.2.4 Conclusiones 236
9.5.3 Socavación debida al uso operativo del muro del muelle de Maasvlakte para
grandes buques portacontenedores de navegación marítima 237
9.5.3.1 Socavación observada 237
9.5.3.2 Socavación calculada 239
9.5.3.3 Conclusiones 239
9.6 Cruce de línea de alta tensión (Witteveen & Bos) 240
9.6.1 Introducción 240
9.6.2 Socavación para un solo pilar 240
9.6.3 Socavación para múltiples pilares 242
9.6.4 Resultados y discusión 244
9.7 Desarrollo de socavación frente a la alcantarilla ( van Oord) 244
9.7.1 Introducción 244
9.7.2 Protección de fondo inicial y socavación 246
9.7.3 Protección de fondo de nuevo diseño 248
9.7.4 Rediseño de resultados 250
9.8 Protección de lecho en puente ferroviario en un desvío del río Waal (Deltares) 250
9.8 .1 Introducción 250
9.8.2 Condición de flujo 251
9.8.3 Socavación 252
9.8.4 Protección del lecho diseñado 252
9.8.5 Observaciones finales 252
9.9 Socavación por presión alrededor de los pilares del puente (Arcadis) 253
9.9.1 Introducción 253
9.9.2 Condiciones de flujo 254
9.9.3 Cálculo de socavación 256
9.9.4 Resultados 257
9.10 Protección del lecho en el vertedero de Grave en el río Meuse (Rijkswaterstaat) 259
9.10.1 Introducción 259
9.10.2 Alcance 259
9.10. 3 Condición de flujo 261
9.10.4 Socavación y protección del lecho 262
9.10.5 Condición después de la inundación 263
9.10.6 Retrospectiva 264
Referencias 267
Índice 279

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