Modelo hidráulico aplicando el método de Lischtvan y Lebediev para análisis de la erosión y socavación en estribos de puente

Abstract

El puente La Leche, ubicado sobre el río Motupe, presenta alta vulnerabilidad ante procesos de erosión y socavación durante eventos hidrológicos extremos, poniendo en riesgo su estabilidad estructural. El objetivo general de este estudio fue modelar hidráulicamente el comportamiento del cauce aplicando el método de Lischtvan y Lebediev, con el fin de estimar la erosión y socavación en los estribos del puente. La investigación fue aplicada, cuantitativa, explicativa, no experimental de corte transversal; donde la muestra estuvo comprendida por los estribos del puente La Leche, con muestreo no probabilístico por conveniencia. Para ello, se realizaron estudios básicos de topografía, mecánica de suelos, análisis hidrológico e hidráulico, así como modelamientos unidimensionales y bidimensionales en HEC-RAS e Iber. Los resultados mostraron caudales máximos de 59.716 m³/s para Tr = 50 años y de 9560.927 m³/s para Tr = 500 años, con tirantes entre 0.90 m y 4.30 m y velocidades de hasta 5.667 m/s. La socavación máxima alcanzó 4.96 m para Tr = 200 y 500 años, concentrándose el 60% en los estribos. Se obtuvo una expresión empírica ajustada con profundidades de 0.29m - 0.31 m, cuyo error relativo fue inferior al 5%, respecto a la medición promedio de campo de 0.30 m, donde los ensayos experimentales realizados en el laboratorio de hidráulica USAT, confirmaron la validez de la expresión empírica. En conclusión, el estudio proporcionó una herramienta técnica para el diseño de defensas hidráulicas y cimentaciones en puentes del norte del Perú, bajo escenarios de avenidas extremas.

The Leche Bridge, located over the Motupe River, is highly vulnerable to erosion and scouring during extreme hydrological events, putting its structural stability at risk. The overall objective of this study was to hydraulically model the behavior of the riverbed using the Lischtvan and Lebediev method in order to estimate erosion and scouring at the bridge abutments. The research was applied, quantitative, explanatory, non-experimental and cross-sectional, with the sample comprising the abutments of the La Leche Bridge, using non-probabilistic convenience sampling. To this end, basic studies of topography, soil mechanics, hydrological and hydraulic analysis were carried out, as well as one-dimensional and two-dimensional modeling in HEC-RAS and Iber. The results showed maximum flows of 59.716 m³/s for Tr = 50 years and 9560.927 m³/s for Tr = 500 years, with spans between 0.90 m and 4.30 m and velocities of up to 5.667 m/s. Maximum scour reached 4.96 m for Tr = 200 and 500 years, with 60% concentrated at the abutments. An adjusted empirical expression was obtained with depths of 0.29 m - 0.31 m, whose relative error was less than 5% compared to the average field measurement of 0.30 m, where experimental tests carried out in the USAT hydraulics laboratory confirmed the validity of the empirical expression. In conclusion, the study provided a technical tool for the design of hydraulic defenses and foundations in bridges in northern Peru, under extreme flood scenarios.