Ingeniería Civil PUENTES
1. Estudios Preliminares
ÍNDICE
1. ESTUDIOS PRELIMINARES ........................................................................... 3 2. INGENIERÍA ELEMENTAL .............................................................................. 4 2.1 Estudios Topográficos...................................................................................... 5 2.2 Estudios de Hidrología e Hidráulica ................................................................ 6 2.3 Estudios Geologicos y Geotecnicos ................................................................ 7 2.4 Estudios de Impacto ambiental ........................................................................ 8 2.5 Estudios de Trafico ........................................................................................... 9 2.6 Estudios complementarios ............................................................................. 10 2.7 Estudio de trazo y diseño vial de los accesos .............................................. 11
PUENTE TAMPICO .............................................................................................. 12 Fuentes de informacion ...................................................................................... 14
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1. ESTUDIOS PRELIMINARES Los estudios preliminares son todos aquellos que sirven para obtener los datos necesarios para la elaboración de los anteproyectos y proyecto de un puente. Hay muchos factores que deben considerarse en el diseño preliminar de un puente. Algunos de los más comunes de se enumeran a continuación en las categorías generales: Requisitos del sitio Topografía Alineación (tangente, curva, pendiente) Perfil vertical, superelevación Clase de carretera y velocidad Propuesto o los servicios públicos existentes Seguridad Viabilidad de los apoyos La densidad y la velocidad del tráfico Desvíos o posible eliminación de los desvíos por la puesta en escena de la construcción Vista a distancia gálibo horizontal a los muelles Riesgos para los peatones, ciclistas Económico Clasificación de la financiación (fondos federales y estatales) Nivel de financiación Estimación preliminar de costos Estructural Limitación de la estructura profunda Requisitos para la ampliación futura Cimentación y las condiciones de las aguas subterráneas Previstos de liquidación Etapa de construcción Limitaciones para los apoyos Ambiental Condiciones del sitio (humedales y las zonas ecológicamente sensibles) Requerimientos del Estudio de Impacto Ambiental
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Medidas atenuantes Acceso a la construcción Estética Aspecto general Compatibilidad con el entorno y las estructuras adyacentes Exposición y experiencia visual para el público Construcción Manejabilidad de la construcción Autorización de construcciones temporales Problemas de construcción Dificultades para el acarreo y acceso al sitio Plazo para la construcción Hidráulico Drenaje en los tableros del puente Condiciones del flujo de la corriente y la canalización Paso de los escombros en las inundaciones Banco y la protección del muelle Examen de una alcantarilla como una solución alternativa El efecto del muelle como un obstáculo al momento de arrastre de agua (forma, ancho, inclinación, número de columnas) Mantenimiento Concreto y acero Juntas de dilatación Rodamientos Sistemas para proteger la cubierta
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2. INGENIERÍA ELEMENTAL 2.1 Estudios Topográficos Se deben realizar trabajos de campo para elaborar los planos topográficos que servirán para definir la ubicación y las dimensiones de los elementos estructurales. Mediante estos trabajos se establecerán puntos de referencia para el replanteo durante la construcción. Estos estudios también proporcionaran información de base para los estudios de hidrología e hidráulica, geología, geotecnia, así como la ecología y sus efectos en el medio ambiente. El estudio topográfico debe contener lo siguiente: Levantamiento topográfico general de la zona del proyecto, documentado en planos a escala entre 1:500 y 1:2000 con curvas de nivel a intervalos de 1m y comprendiendo por lo menos 100 m a cada lado del puente en dirección longitudinal (correspondiente al eje de la carretera) y en dirección transversal (la del río u otro obstáculo a ser transpuesto). Definición de la topografía de la zona de ubicación del puente y sus accesos, con planos a escala entre 1/100 y 1/250 considerando curvas de nivel a intervalos no mayores que 1 m y con secciones verticales tanto en dirección longitudinal como en dirección transversal. Los planos deberán indicar los accesos del puente, así como autopistas, caminos, vías férreas y otras posibles referencias. Deberán indicarse igualmente con claridad la vegetación existente. En el caso de puentes sobre cursos de agua deberá hacerse un levantamiento detallado del fondo. Será necesario indicar en planos la dirección del curso del agua y los límites aproximados de la zona inundable en las condiciones de aguas máximas y mínimas, así como los observados en eventos de carácter excepcional. Ubicación e indicación de cotas de puntos referenciales, puntos de inflexión y puntos de inicio y término de tramos curvos. Levantamiento catastral de las zonas aledañas del puente, cuando existan edificaciones u otras obras que interfieran con el puente o sus accesos o bien que requieran ser expropiadas. 5
2.2 Estudios de Hidrología e Hidráulica Los estudios de hidrología e hidráulica para el diseño de puentes deben permitir establecer lo siguiente: Ubicación óptima del cruce. Caudal máximo de diseño hasta la ubicación del cruce. Comportamiento hidráulico del río en el tramo que comprende el cruce. Área de flujo a ser confinada por el puente. Nivel máximo de agua (NMA) en la ubicación del puente. Nivel mínimo recomendable para el tablero del puente. Profundidades de socavación general, por contracción y local. Profundidad mínima recomendable para la ubicación de la cimentación, según el tipo de cimentación. Obras de protección necesarias. Previsiones para la construcción del puente. El estudio de hidrología e hidráulica debe apoyarse en la siguiente información adicional: Perfil estratigráfico del suelo. Tamaño, gradación del material del lecho. Secciones transversales del cauce. Vista en planta del curso de agua. Historial de avenidas. Ubicación del puente respecto a otras estructuras. Carácter del curso de agua Geomorfología del lugar. Historial erosivo del curso de agua. Historial de desarrollo del curso de agua y de la cuenca. Adquirir mapas, fotografías aéreas; entrevistar residentes locales. Los puentes ubicados en el cruce con un curso de agua deben ser diseñados de modo que las alteraciones u obstáculos que estos representen ante este curso de agua sean previstos y puedan ser admitidos en el desempeño de la estructura a lo largo de su vida útil o se tomen medidas preventivas.
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2.3 Estudios Geológicos y Geotécnicos Estos estudios se realizan para establecer las características geotécnicas, es decir, la estratigrafía, la identificación y las propiedades físicas y mecánicas de los suelos para el diseño de cimentaciones estables. Los estudios geológicos y geotécnicos deben comprender los siguientes aspectos: Revisión de información existente y descripción de la geología a nivel regional y local. Descripción geomorfológica. Zonificación geológica de la zona. Definición de las propiedades físicas y mecánicas de suelos y/o rocas. Definición de zonas de deslizamientos y aluviones sucedidos en el pasado y de potencial ocurrencia en el futuro. Recomendación de canteras para materiales de construcción. Identificación y caracterización de fallas geológicas. El estudio debe considerar exploraciones de campo y ensayos de laboratorio, cuya cantidad será determinada en base a la envergadura del proyecto, en términos de su longitud y las condiciones del suelo. Los estudios deberán comprender la zona de ubicación del puente, estribos, pilares y accesos. Los ensayos de campo serán realizados para obtener los parámetros de resistencia y deformación de los suelos o rocas de fundación así como el perfil estratigráfico con sondajes que estarán realizadas en función de la longitud del puente, número de estribos, pilares y longitud de accesos. Pueden considerarse los ensayos que se listan a continuación:
a) Ensayos en Suelos: b) Ensayos en Rocas: Ensayo de Penetración Estándar (SPT) Ensayo de Compresión Uniaxial Ensayo de Cono Estático (CPT) Determinación de la Resistencia al Corte Ensayo de Presurometría Directo Ensayo de Placa Estático Ensayo de Carga en Placa Flexible Ensayo de Permeabilidad Ensayo de Carga en Placa Rígida
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2.4 Estudios de Impacto ambiental La Construcción de un puente modifica el medio y en consecuencia las condiciones socio-económicas, culturales y ecológicas del ámbito donde se ejecutan; y es allí cuando surge la necesidad de una evaluación bajo un enfoque global ambiental. Muchas veces esta modificación es positiva para los objetivos sociales y económicos que se tratan de alcanzar, pero en muchas otras ocasiones la falta de un debido planeamiento en su ubicación, fase de construcción y etapa de operación puede conducir a serios desajustes debido a la alteración del medio. Las acciones a seguir para la elaboración de un Estudio de Impacto Ambiental serán las siguientes: Identificación de Impactos. Consiste en identificar los probables impactos a ser investigados, para lo cual es necesario conocer primero de la manera más amplia el escenario sobre el cual incide el proyecto; cuya ubicación, ejecución y operación afectará el entorno ecológico. Así mismo, es imprescindible el conocimiento del proyecto a desarrollar que involucra no sólo el contexto técnico sino también las repercusiones sociales y experiencias del desarrollo de este tipo de proyectos en otros escenarios. Previsión de Impactos. El objetivo en este nivel esta orientado hacia la descripción cuantitativa o cualitativa, o una combinación de ambas, de las principales consecuencias ambientales que se han detectado en el análisis previo. Interpretación de Impactos. Implica analizar cuan importante es la alteración medio ambiental en relación a la conservación original del área. Información a las comunidades y a las autoridades sobre los impactos ambientales. En esta etapa hay que sintetizar los impactos para presentarlos al público que será afectado por los impactos ambientales detectados; y a las autoridades políticas con poder de decisión. La presentación deberá ser lo suficientemente objetiva para mostrar las ventajas y desventajas que conlleva la ejecución del proyecto. Plan de Monitoreo o Control Ambiental. Fundamentalmente en esta etapa se debe tener en cuenta las propuestas de las medidas de mitigación y de compensación, en función de tos problemas detectados en los pasos previos considerados en el Estudio. 8
Estudios de Tráfico Se efectuaran estudios de tráfico correspondiente a volumen y clasificación de tránsito en puntos establecidos, con el objetivo de determinar las características de la infraestructura vial y la superestructura del puente. La metodología a seguir podría ser la siguiente: Conteo de Tráfico Se definirán estaciones de conteo ubicadas en el área de influencia (indicando en un gráfico). Se colocará personal clasificado, provisto de formatos de campo, donde anotarán la información acumulada por cada rango horario. Clasificación y Tabulación de la Información Se deberán adjuntar cuadros indicando el volumen y clasificación vehicular por estación. Análisis y consistencia de la información Esto se llevara a cabo comparando con estadísticas existentes a fin de obtener los factores de corrección estacional para cada estación.
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2.6 Estudios complementarios Los estudios se refieren a aquellos trabajos que son complementarios a los estudios básicos, como son las instalaciones eléctricas, instalaciones sanitarias, señalización, coordinaciones con terceros y cualquier otro que sea necesario al proyecto. En lo que se refiere a instalaciones eléctricas, la factibilidad del servicio, así como su punto de aplicación, y en lo que se refiere a Instalaciones Sanitarias, la verificación y posibles influencias de las redes existentes de agua y/o desagüe serán coordinadas con los organismos encargados de los servicios de electricidad y saneamiento respectivamente. La señalización deberá estar de acuerdo con las necesidades del puente y accesos y en concordancia con el Manual de Señalización vigente. Cualquier imprevisto o problema deberá ser coordinado con la Municipalidad respectiva y/o con terceros que pudieran estar relacionados. Esto se hace en coordinación de las instituciones encargadas de dichos servicios públicos.
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2.7 Estudio de trazo y diseño vial de los accesos En esta parte del estudio se deben definir las características geométricas y técnicas del tramo de carretera que enlaza el puente en su nueva ubicación con la carretera existente. Diseño Geométrico: Se deben definir el alineamiento horizontal y el perfil longitudinal en los tramos de los accesos, así como las características geométricas de la calzada y cunetas en las diferentes zonas de corte y relleno de los accesos. Trabajos Topográficos: Se debe realizar el levantamiento topográfico con curvas de nivel a cada metro y con secciones transversales a cada 20 metros. El estacado del eje debe tener distancias de 20 metros para tramos en tangente y 10 para tramos en curva. Referenciación de los puntos obligados con respecto a marcas en el terreno o monumentación de concreto debidamente protegidos que permita su fácil ubicación. Calculo de las coordenadas de los vértices de la poligonal definitiva teniendo como referencia los hitos geodésicos más cercanos. Dentro de estos estudios se encuentra el Diseño de la pavimentación y de la señalización.
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CASO PRÁCTICO 1: PUENTE TAMPICO Elección del tipo de cruce El cruce fue elegido en virtud de que las condiciones topográficas propiciaban que el puente tuviera menor longitud y permitían la comunicación continua aun en las peores condiciones de inundación. La geología también presento ventajas, comparada con los otros cruces estudiados, ya que permitía resolver parte de la cimentación mediante zapatas. Capacidad, altura y claro libre del puente En base a los estudios se determino que contaría con cuatro carriles, dos en cada dirección, y al mismo tiempo circularon embarcaciones con características que requieren un espacio libre mínimo vertical de 50 metros. Para evitar posibles accidentes por colisión de embarcaciones, se decidió que no era conveniente alojar apoyos de la estructura dentro del cauce, lo cual significo que el claro libre del puente sobre el mismo resultara de 360 metros.
Elección del tipo de estructura Se analizaron tres posibles soluciones para elegir el tipo de estructura mas adecuada a la parte principal del puente: estructura colgante, armadura continua de tipo cantiliver o estructura atirantada por cables rectos. Fue elegida la opción de construir un puente atirantado, por las ventajas estructurales que presentaba.
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Anteproyecto “Puente Cantiliver”
Anteproyecto “Puente Colgante”
Proyecto “Puente Tampico”
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Fuentes de información http://www.wsdot.wa.gov/eesc/bridge/bdm/ http://ingenieriacivilcoatza.blogspot.com/2008/10/estudios-preliminarespara-el-diseo-de.html http://www.mtc.gob.pe/portal/inicio.html Puente Tampico Secretaria de Caminos y Transportes México, 1992.
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