Evaluación de la cimentación del Puente Bilinghurst : determinación de la profundidad de socavación

Abstract

El presente informe evalúa la profundidad de socavación para diseño de la cimentación de los apoyos del Puente presidente Billinghurst, el cual será el puente colgante más largo del Perú. Se ha desarrollado el Estudio Hidráulico del tramo de cauce involucrado, con inclusión del puente, ante la ocurrencia de la avenida máxima de diseño estimada en el Estudio Hidrológico. El puente cruza el río Madre de Dios en las proximidades de la ciudad de Puerto Maldonado, donde el cauce exhibe una pendiente muy baja y por donde fluyen caudales máximos estimados en 15,324 y 21,250 m3/s, según el Estudio Hidrológico. Si bien se cuenta con los valores de los caudales de diseño utilizados en el proyecto, para este informe se ha hecho uso de los caudales reevaluados por el Especialista de Hidrología. El resto de información disponible del proyecto: levantamiento topográfico, estudios de suelos, fotografías y evaluación de las márgenes del río Madre de Dios, etc., sí han sido tomados del Expediente Técnico como información básica y se ha trabajado sobre estos. Se ha efectuado el modelamiento hidráulico haciendo uso del programa de cómputo HEC-RAS. Este modelamiento permitirá determinar los parámetros hidráulicos que intervienen en el cálculo de la profundidad de socavación. Se consideró necesario realizar tres modelamientos con el objetivo de sustentar el criterio adoptado: en el modelamiento Nº 1 se ha ingresado como condición de borde el gradiente utilizado en el proyecto (0,0002) pero con los caudales de diseño proporcionados por el Especialista de Hidrología; en el modelamiento Nº 2 se ha determinado el gradiente del río a nivel macro (0,0015) y no se ha considerado el aporte del río Tambopata; en el modelamiento Nº 3 se utiliza el mismo gradiente que en el modelamiento Nº 2 pero se ha considerado el aporte del río Tambopata, lo cual es imperativo por el posible efecto de remanso que este produciría. El último modelamiento se desarrolló con el objetivo de observar en qué magnitud pueden variar los parámetros hidráulicos de diseño. La extensión del levantamiento topográfico no ha sido ideal, es por ello por lo que se tuvieron algunas incógnitas en la determinación del gradiente del río. Asimismo, no pudo efectuarse el modelamiento hidráulico considerando la confluencia de los dos ríos, pues no se contó con el levantamiento topográfico-batimétrico de la zona de intersección. El modelamiento que se consideró representativo del cauce es el modelamiento Nº 3 con nivel máximo de 174.69m para el periodo de retorno de 500 años y velocidad de 4.01 mis. Una vez obtenidos los parámetros hidráulicos que caracterizan el flujo en el tramo de cauce estudiado, se procedió a estimar la socavación. Para ello se ha descrito en forma resumida las metodologías de diseño de la publicación del Departamento de Transportes de los Estados Unidos: No. FHWA NHI 01-001 May 2001, Publicación de Ingeniería Hidráulica No 18: "Evaluación de Socavación en Puentes" conocido como HEC-18. De estas, es de especial importancia para este informe, el cálculo de la socavación en pilares complejos, aquellos cuya zapata queda o está expuesta al flujo, pudiendo quedar expuestos también los pilotes. Se halló que los valores mostrados en el Expediente Técnico son adecuados a pesar de haber sido realizados con diferentes criterios a los usados en este informe: en primer lugar, el proyecto considera al pilar como si no presentara una composición de estructuras (pilar, zapata y grupo de pilotes), lo cual evidentemente no describe el tipo de pilar proyectado; en segundo lugar, el proyecto ha considerado un ángulo de ataque del flujo al pilar de 90° cuando en pilares circulares es 0° y de 15° para la cámara de anclaje y el estribo, lo cual genera valores de 2 a 2.5 veces mayores al valor verdadero; en tercer lugar, el proyecto ha modelado el flujo con un gradiente de 0.0002, valor bastante bajo. Los máximos valores de socavación son obtenidos con los parámetros hidráulicos del modelamiento representativo el cual es el Nº 3, no obstante se verificará con el modelamiento Nº 2 debido a que existe la posibilidad que el caudal de aporte del río Tambopata sea bajo y no se produzca el efecto de remanso mencionado. Para el periodo de retorno de 100 años se obtuvo el nivel de agua de 172.92 produciendo socavación solo en los pilares centrales: pilar complejo eje 7: 7.72m, pilar complejo eje 8: 6.31m. Para el periodo de retorno de 500 años se obtuvo el nivel de agua de 174.69m, produciendo socavación en: estribo eje 1: 3.07m, pilar eje 2: 1.69m, pilar eje 3: 1.70m, cámara de anclaje izquierda: 8.93m, pilar complejo eje 7: 8.44m, pilar complejo eje 8: 7.01m. Con estos valores hidráulicos y de socavación el especialista en geotecnia tomará las medidas adecuadas para su evaluación.