Alternativas de Protección Contra la Socavación del Cauce del Río Chotano en el Emplazamiento del Puente Chota, Distrito de Cochabamba.

Abstract

La investigación aborda la problemática de la socavación en el cauce del río Chotano, que ha impedido la construcción del puente Chota, limitando la conectividad entre diversos centros poblados de Cochabamba y Cutervo. El objetivo principal fue diseñar y analizar las alternativas de protección contra la socavación del cauce del río Chotano en el emplazamiento del puente Chota, distrito de Cochabamba. Se utilizó un enfoque cuantitativo de tipo aplicada y nivel descriptivo, analizando el tramo del río donde se proyecta el puente Chota (en las coordenadas UTM WGS84 17S 733511.32 m E, 9285607.49 m S), ubicado a 1,639 msnm en el distrito de Cochabamba. Los resultados evidenciaron que la profundidad de socavación para un tiempo de retorno de 500 años alcanza 3.52 m en condiciones naturales y 3.22 m considerando la interacción con el puente. El diseño de muros de concreto en voladizo, combinado con enrocado, logró reducir la profundidad de socavación hasta 2.30 m, con factores de seguridad superiores a los mínimos requeridos. Por su parte, los gaviones, complementados con colchones antisocavantes, alcanzaron profundidades de socavación entre 2.77 m y 3.00 m, mostrando también efectividad en la protección. Se concluyó que la combinación de alternativas es la solución más eficiente: gaviones en tramos iniciales, muros de concreto con enrocado en tramos críticos y gaviones con colchón antisocavante en los tramos finales; además, se debe ajustar el diseño del puente, incrementando su luz a 23 m y la altura del tablero a 1641.6 m para garantizar la funcionalidad y seguridad de la estructura.ÍNDICE DE CONTENIDOS ÍNDICE DE TABLAS ................................................................................................... ix ÍNDICE DE FIGURAS ................................................................................................ xii RESUMEN ................................................................................................................... xvi ABSTRACT ................................................................................................................ xvii CAPÍTULO I. INTRODUCCIÓN ............................................................................... 18 1.1. Planteamiento del problema............................................................................... 18 1.2. Formulación del problema ................................................................................. 21 1.2.1. Problema general ................................................................................................ 21 1.2.2. Problemas específicos ......................................................................................... 21 1.3. Justificación ......................................................................................................... 22 1.4. Delimitación de la investigación ......................................................................... 24 1.5. Limitaciones ......................................................................................................... 25 1.6. Objetivos .............................................................................................................. 26 1.6.1. Objetivo general .................................................................................................. 26 1.6.2. Objetivos específicos .......................................................................................... 26 CAPÍTULO II. MARCO TEÓRICO .......................................................................... 27 2.1. Antecedentes ........................................................................................................ 27 2.1.1. Antecedentes internacionales .............................................................................. 27 2.1.2. Antecedentes nacionales ..................................................................................... 30 2.1.3. Antecedentes regionales ..................................................................................... 33 2.2. Bases teórico – científicas ................................................................................... 34 2.2.1. Teoría de la incertidumbre del modelamiento hidrológico e hidráulico ............. 34 2.2.2. Teoría del equilibrio dinámico del río ................................................................ 36 2.2.3. Parámetros hidro geomorfológicos que influyen en el caudal máximo y socavación de un río ....................................................................................................... 37 2.2.4. Aplicación del polígono de Thiessen para la selección de estaciones meteorológicas en una cuenca hidrográfica.................................................................... 39 2.2.5. Método de Water Resources Council (datos dudosos Outliers) ......................... 41 2.2.6. Modelos de distribución y prueba de bondad de ajuste ...................................... 42 2.2.7. Métodos para calcular el tiempo de concentración ............................................. 44 2.2.8. Hietograma de diseño por el método del bloque alterno .................................... 45 2.2.9. Método del hidrograma unitario sintético triangular del SCS ............................ 46 2.2.10. Método de Muskingum para tránsito de avenidas .............................................. 47 2.2.11. Coeficiente de rugosidad (n de Manning) según observaciones de campo ........ 48 2.2.12. Socavación por el método de Lischtvan – Levediev para suelos cohesivos ....... 49 2.2.13. Enrocados: métodos para el cálculo del tamaño de la piedra de protección....... 50 2.2.14. Gaviones: Método de Maza Alvarez (1989) para el cálculo del tamaño de roca 53 2.3. Marco conceptual ................................................................................................ 54 2.3.1. Socavación de puentes ........................................................................................ 54 2.3.2. Socavación general ............................................................................................. 56 2.3.3. Socavación local ................................................................................................. 57 2.3.4. Río y cauce del río .............................................................................................. 59 2.3.5. Lecho móvil del río (sedimentos) ....................................................................... 61 2.3.6. Estudio hidrológico e hidráulico en un río ......................................................... 62 2.3.7. Puentes ................................................................................................................ 69 2.3.8. Alternativas de protección .................................................................................. 73 2.3.9. Revestimiento del lecho: Enrocados de protección ............................................ 75 2.3.10. Muros de contención ........................................................................................... 78 2.3.11. Gaviones ............................................................................................................. 81 2.4. Hipótesis ............................................................................................................... 83 2.4.1. Hipótesis general ................................................................................................ 83 2.4.2. Hipótesis específicas ........................................................................................... 83 2.5. Operacionalización de variables ........................................................................ 84 2.5.1. Variable codependiente 1: Socavación del cauce del río .................................... 84 2.5.2. Variable codependiente 2: Alternativas de protección ....................................... 85 CAPÍTULO III. MARCO METODOLÓGICO ......................................................... 87 3.1. Tipo y nivel de investigación .............................................................................. 87 3.2. Diseño de investigación ....................................................................................... 88 3.3. Métodos de investigación .................................................................................... 89 3.4. Población, muestra y muestreo .......................................................................... 91 3.4.1. Población ............................................................................................................ 91 3.4.2. Muestreo ............................................................................................................. 92 3.4.3. Muestra ............................................................................................................... 92 3.5. Técnicas e instrumentos de recolección de datos ............................................. 94 3.5.1. Técnicas de recolección de datos ........................................................................ 94 3.5.2. Instrumentos de recolección de datos ................................................................. 95 3.6. Técnicas de procesamiento y análisis de datos ................................................. 97 3.6.1. Proceso de obtención de los datos ...................................................................... 97 3.6.2. Procesamiento de datos ..................................................................................... 174 3.6.3. Análisis de datos ............................................................................................... 175 3.7. Aspectos éticos ................................................................................................... 176 CAPÍTULO IV. RESULTADOS Y DISCUSIÓN .................................................... 178 4.1. Descripción de resultados ................................................................................. 178 4.1.1. Socavación del cauce del río Chotano en el emplazamiento del puente Chota 178 4.1.2. Alternativa de protección del cauce del río Chotano en el emplazamiento del puente Chota ................................................................................................................. 186 4.1.3. Ajuste del diseño del puente Chota .................................................................. 204 4.2. Contrastación de hipótesis ................................................................................ 207 4.2.1. Criterio de evaluación ....................................................................................... 207 4.2.2. Datos utilizados en el análisis estadístico ......................................................... 207 4.2.3. Prueba de normalidad ....................................................................................... 207 4.2.4. Hipótesis general planteada .............................................................................. 209 4.2.5. Prueba ANOVA ................................................................................................ 209 4.2.6. Prueba t-student de dos muestras ...................................................................... 210 4.2.7. Verificación de hipótesis .................................................................................. 212 4.3. Discusión de resultados ..................................................................................... 213 CAPÍTULO V. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ............................. 222 5.1. Conclusiones ...................................................................................................... 222 5.2. Recomendaciones y/o sugerencias ................................................................... 223 CAPÍTULO VI. REFERENCIAS .............................................................................. 224 CAPÍTULO VII. ANEXOS ........................................................................................ 234 Anexo A. Matriz de consistencia .................................................................................. 234 Anexo B. Panel fotográfico .......................................................................................... 235 Anexo C. Documentación............................................................................................. 243 Anexo D. Resultado de ensayos de mecánica de suelos............................................... 246 Anexo E. Parámetros geomorfológicos de la cuenca Chota ......................................... 247 Anexo F. Socavación en el río natural .......................................................................... 248 Anexo G. Socavación en el puente ............................................................................... 249 Anexo H. Pre dimensionamiento de los muros de contención ..................................... 250 Anexo I. Socavación en el cauce con muros de contención ......................................... 251 Anexo J. Análisis de estabilidad de los muros de contención ...................................... 252 Anexo K. Pre dimensionamiento y socavación de los gaviones .................................. 253 Anexo L. Análisis de estabilidad de los gaviones ........................................................ 254 Anexo M. Diseño del puente ........................................................................................ 255 Anexo N. Planos ........................................................................................................... 25