CAP IV ingenieria de diseño

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“ESTUDIO HIDRÁULICO Y DE CONTROL DE EROSIÓN DEL PUENTE MOYOCC”

CAPITULO IV INGENIERÍA DE DISEÑO 4.1

SELECCIÓN DE SITIO.

En la selección de la ubicación ubicación del puente se debe buscar siempre que sea económica económica y segu segura ra,, es fund fundam amen enta tall

tene tenerr

en cons consid ider erac ació ión n

los los

fact factor ores es hidr hidráu áuli lico coss

del del

emplazamiento del puente, en la planificación y trazado de la vía, porque al realizar un trazo sin tener en cuenta cual es el lugar más conveniente para cruzar el río, puede suceder que finalmente la obra sea más cara para otorgar seguridad al lugar de cruce elegido arbitrariamente.

Figura 4.1. Selección adecuada de la ubicación de un puente. 1. Ubicación Ubicación no recomendada recomendada,, puente puente en zona de confluen confluencia cia de tributarios. tributarios. 2. Puente Puente colocad colocado o en curva fuerte, no recomendad recomendada. a. 3. Puente Puente en tram tramo o al final final de de curva curva..

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Para el presente estudio luego de realizar varias visitas al campo, se ha seleccionado los ejes probables del puente, estableciéndose 3 alternativas de ubicación como se muestra en el esquema de la figura 4.2., de los cuales se hará la selección optima del emplazamiento desde un punto de vista técnico.

Figura 4.2. Esquema de general las alternativas de ubicación del puente 1.1.1 Emplazamiento. 

Una característica esencial del lugar de emplazamiento del puente es su estabilidad fluvial, quiere decir que el río no modifique su cauce con efectos negativos para el puente. El fracaso más elemental de un puente es descubrir que se alza sobre seco, mientras el cauce del río se encuentra en otro lugar. Por ello es interesante el estudio del río en un tramo largo para elegir el cruce más estable, que puede ser por ejemplo un lugar en que se encuentre encajado en material duro y por tanto virtualmente inmóvil.

•

Un emplazamiento en un lugar inestable puede obligar a realizar obras de encauzamiento importantes para estabilizarlo. En ocasiones estas obras son imprescindibles pues la falta de estabilidad es extensa y general. Los ríos

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entrelazados y los ríos meandriformes de orillas poco resistentes son ejemplos en que pueden ser necesarias obras complementarias de encauzamiento. En la siguiente figura 4.3. Se puede observar como un río que no tiene una adecuada canalización, se puede desviar

al punto de afectar los estribos y

cimentaciones.

Figura 4.3. Migración del cauce principal del río afectando al puente

•

Los lugares de cauce estrecho dan obviamente la mayor economía al puente. En sentido contrario, los cauces múltiples, además de encarecer por aumento de longitud, suelen presentar menor estabilidad. Del mismo modo los lugares de cauce relativamente rectilíneo son preferibles a las curvas, debido a la tendencia a la erosión lateral y a la erosión de fondo en el lado exterior de la curva, excepto en orillas muy resistentes. También es mejor un lugar

con

un

cauce principal de gran capacidad que uno fácilmente desbordable. •

El conocimiento del río, hidrológico e hidráulico y sobre todo morfológico es muy útil en el estudio de la estabilidad necesaria para un puente. La historia del río, a través de cartografía y posiblemente fotografía aérea, pueden ser una información preciosa. Pero también hay que conocer si en el futuro se

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proyectan obras o actuaciones que puedan modificar la estabilidad: así la construcción de una presa aguas arriba o la extracción de áridos puede cambiar radicalmente la naturaleza del cauce. Partiendo de estos conceptos descritos anteriormente se analizan las alternativas de emplazamiento del puente desde un punto de vista técnico. .

Alternativa 1: Se encuentra ubicado inmediatamente aguas abajo del punto de confluencia de los ríos Moyocc y Manzanayocc (Prog 0+040), estos harán que el puente este vulnerable al quedar sometida a una actividad hidráulica intensa en la época de avenidas, asi mismo estos rios tienen características de un rio meándrico y no es posible predecir un cauce constante que tendrá en un futuro, es posible controlar realizando obras de encauzamiento, sin embargo los costos que se originarían serian mucho mayores al resto de las alternativas.

Figura 4.4. Ubicación de la alternativa 1. Alternativa 2: Esta ubicado en la Prog. 0+712, tiene un cauce estrecho muy próximo al margen izquierdo que tiene un talud de terreno Z=1.8, de conformación rocosa.

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La pendiente en este tramo es pequeña (S=0.002), existe una “calma” del flujo, quiere decir que la corriente del agua perturbara en menores dimensiones porque la velocidad del agua será menor. La conexión de la carretera principal será de modo directo. En esta alternativa habrá mayor explanación en la ampliación de la vía para el ingreso al puente, sin embargo este material se empleará en la protección del cauce y en la conformación de plataforma de la carretera secundaria. Esta es la mas alternativa mas optima, haciendo una comparación con el resto y las condiciones del lugar.

Figura 4.5. Ubicación de la alternativa 2.

Alternativa 3: Se encuentra aguas abajo de las 2 alternativas en la Prog. 0+840, tiene un cauce recto sin embargo se encuentra en una sección extendida, en épocas de avenidas se extiende lateralmente por ambas márgenes, ello requerirá la protección en ambas márgenes y en longitudes mayores al resto.

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Figura 4.6 . Ubicación de la alternativa 3. 1.1.2 Alineamiento. Un aspecto hidráulico también es el del alineamiento de la vía con respecto al río, se ha notado que la mayoría de puentes siempre son perpendiculares al eje del río, y debido a la topografía forman curvas al ingreso y salida del puente generando una inseguridad, incomodidad en los usuarios de la vía, sin embargo al proyectar un cruce perpendicular u oblicua la variables principales serán las luces que tendrán y la orientación de los pilares.

Figura 4.3. Alineación de la vía respecto al río En las alineaciones oblicuas, se tiene que tener en cuenta que las pilas, cimentaciones, estribos y todo elemento mojado del puente debe estar correctamente alineado con la

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corriente, de ningún modo según la alineación propia del puente, por más que esto signifique una complicación estructural o constructiva (figura 4.4).

Figura 4.4. Alineación de pilas y estribos según la corriente

Para el caso del presente estudio el alineamiento de la vía será perpendicular al eje del río, debido a que el puente será una conexión de la vía secundaria a la vía principal (se creara una intersección vial con 3 vías)

1.2

DIMENSIONAMIENTO DEL VANO.

Las dimensiones del vano son la altura y la luz libre (longitud del puente, en proyección sobre el plano perpendicular a la corriente). Las dimensiones del vano del Puente vienen determinadas en principio por la función hidráulica (de desagüe), que corresponde al vano; sin embargo en la mayoría de puentes estas dimensiones de los vanos varían de acuerdo al tipo de vías en algunos caso son superiores a los necesarios, sobre todo en altura pero también en longitud, como puede ocurrir por razones de trazado altimétrico en vías de gran importancia, en ríos pequeños o en ríos de montañas. En todo tipo de vías, ríos grandes y ríos de llanura, por el contrario, el vano es tan grande como sea preciso para permitir el paso del agua.

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La luz del puente sobre el río Moyocc según los valores estimados de ancho estable, se considera una L= 50 m. En cuanto a la altura libre se considera desde la cota inferior del tablero al nivel ocupado del agua se deja una holgura o resguardo para tener en cuenta por ejemplo los objetos flotantes (troncos) que lleve la avenida, el oleaje, la navegación o el hielo.

ELEMENTOS SOCAVACION TOTAL ALTURA ZAPATA SOLADO ALTURA TOTAL COTA TERRENO Altura de Seguridad (m) COTA CIMENTACION COTA NAME Altura libre COTA BASE VIGA COTA RASANTE PLATAF

ALTURA SUBESTRUCTURA

4.3

ESTRUCTURA ESTRIBO IZQUIERDO (m)

ESTRIBO DERECHO (m)

PILAR (m)

3.4 0.8 0.2 4.4 3276.12

4.2 0.8 0.2 5.2 3277

3.0 1.5 0.2 4.7 3276.92

0.5

0.5

0.5

3271.2

3271.3

3271.7

3278.7 0.8 3279.5 3281

3278.7 0.8 3279.5 3281

3278.7 0.8 3279.5 3281

9.8

9.7

9.3

ESTIMACIÓN DE LA SOCAVACIÓN POTENCIAL.

La profundidad de Socavación potencial “Yt” se calcula sumando la socavación general “Yg” más la socavación por contracción “Yc” y la socavación local “Ys”. De los resultados obtenidos de los 3 tipos de socavación en el Capitulo III, se estima la socavación potencial.

SOCAVACIÓN TOTAL EN ESTRIBOS Y PILAR

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1.- SOCAVACIÓN GENERAL (Yg) MÉTODO

SOCAVACION AL PIE DE ESTRIBOS Y PILAR ( Yg) ESTRIBO ESTRIBO PILAR IZQUIERDO (m) DERECHO (m) (m)

LISCHTVAN LEBEDIEV

0.59

0.53

0.35

2.- SOCAVACIÓN POR CONTRACION. (Ysc) MÉTODO LAURSEN

SOCAVACION POR CONTRACCION (m) 0.89

3.- SOCAVACIÓN LOCAL EN ESTRIBOS (Yse) MÉTODO Lacey TEORÍA REGIMEN Blench ARTAMONOV BREUSERS-RAUDKIV FROELICH

SOCAVACION LOCAL ( Ys) ESTRIBO ESTRIBO IZQUIERDO (m) DERECHO (m) 1.36 1.36 2.49 2.49 2.34 4.66 1.62 2.65 3.92 6.30

Estimado =

2.0

2.8

(*)

(*) Promedio de los valores mas cercanos.

4.- SOCAVACIÓN LOCAL EN PILAR (Ysp) MÉTODO YAROSLAVTZIEV CURVA ADIMENSIONAL LAURSSEN COLORADO STATE UNIVERSITY (CSU) Estimado =

SOCAVACION LOCAL ( Ys) PILAR (m) 0.00 1.87 1.82 1.72 1.8

(*)

(*) Promedio de los valores mas cercanos.

SOCAVACIÓN POTENCIAL

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SOCAVACIO N TOTAL (Yt)

4.4 

ESTRIBO IZQUIERDO (m) : Yt = Yg+Ysc+Yse

ESTRIBO DERECHO (m) : Yt = Yg+Ysc+Yse

PILAR (m) : Yt = Yg+Ysc+YsP

3.4

4.2

3.0

OBRAS DE ENCAUZAMIENTO Y PROTECCIÓN. Obras de protección.

Diseño de enrocado al pie del pilar. a. Selección del tamaño de roca d 50

d 50 =

0.692

( KV )

(s - 1)

2g

2

S = 2.35. V = 1.89 m/s. (Hec-Ras) K = 1.5 d 50 = 0.20 m.

b. Diámetro máximo = 2 d 50 Diámetro máximo = 0.40 m.

c. Espesor mínimo del enrocado = 3 d 50 Espesor H = 0.60m. d. Dimensiones del enrocado en planta alrededor de la pila. B = 1.20 m. (Ancho Pila) A = 5.00 m. (Largo Pila) •

Ancho de protección:

b = 5B = 6.0 m.

Longitud de protección: a = A+4B = 9.80 m

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Diseño de enrocado al pie de estribos. a. Selección del tamaño de roca d 50 d 50 =

K (s - 1)

n

F r y

Y = 2.34 (tirante al lado del estribo) S = 2.35 Fr = 0.34

(Hec-Ras)

K = 0.89 (estribo inclinado) n=2 d 50 = 0.18 m.

b. Espesor mínimo del enrocado = 1.5 d 50 Espesor H = 0.27 m. Asumimos el espesor obtenido de la pila . H = 0.60 m. c.Dimensiones del enrocado en planta alrededor del estribo. Y = 2.34 m ( tirante al lado del estribo) •

Longitud de protección:

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b = 2Y = 4.70 m.

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( a partir de la base del estribo) d. distribución de tamaño. De 1.2 d 50 a 1.4 d 50 = 0.22 a 0.25 m. 

Obras de encauzamiento.

Diseño de diques de encauzamiento. Es necesario encauzar el margen derecho, aguas arriba del puente con un dique. a. Longitud del dique. Qd = 205 m 3/s Qf = 85 m3/s (caudal de la planicie de inundación margen derecho). Q30 =65 m3/s (caudal en los 30m adyacentes al estribo dentro del puente). Vn2 = 1.92 m/s Qd /Q30 = 1.30 De Figura 2.21 (Cap II). se obtiene L = 25.5 m b. Forma. La que mejor permite una gradual contracción del flujo es la de un cuatro de elipse, con una razón entre el eje mayor al eje menor de 2.5:1. c.

Orientación. Paralelo al flujo en la sección del puente.

d.

Sección transversal . La pendiente lateral de los taludes es 2:1. La cresta del dique = 0.90 m. El material de construcción es el mismo del relleno de acceso y, en este caso, para inhibir la erosión el lado del cauce debe protegerse con escollera, la que se profundizará 1.50 m por debajo del lecho. Las otras zonas del dique se cubriran con vegetación.

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4.5


DISEÑO DE LA SUB ESTRUCTURA DEL PUENTE.

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