TRABAJO DE ANALISIS

“ ANALSIS ESTRUCTURAL I” INTERCAMBIO VIAL VARIANTE DE UCHUMAYO: TRAMO 3

N°: 01 FECHA: 16/05/2014

INDICE INTRODUCCION................................................................................................... ................................................................................................................................................................. .............................................................. 2 1.

UBICACIÓN DEL PROYECTO. ........................................................ .............................................................................................................................. .......................................................................... .... 3

2.

OBJETO DEL PROYECTO............................................................... ................................................................................................................................... .......................................................................... .... 3

3.

JUSTIFICACION DEL PROYECTO. ............................................................. ............................................................................................................................ ............................................................... 4

4.

DESCRIPCION ESPECÍFICA DEL PROYECTO. ................................................................... ........................................................................................................... ........................................ 5

5.

MODELAMIENTO ESTRUCTURAL TRAMO III .................................................................... ....................................................................................................... ................................... 10

5.1.

DISEÑO DE CIMENTACION ............................................................. .............................................................................................................. ................................................. 10

5.2.

PUENTE AUXILIAR 1 .............................................................. ........................................................................................................................... ............................................................. 11

5.3.

PUENTE AUXILIAR 2 ........................................................................................................................... ..........................................................................................................................1 8

5.4. PUENTE FERNANDINI. ....................................................................................................................... .......................................................................................................................2 3 5.5.

AMPLIACION PUENTE ARRAYANES .............................................................................................. ............................................................................................. 29

5.6. PUENTES PEATONALES ..................................................................................................................... .................................................................................................................... 34 34 5.7. 6.

MUROS DE CONTENCION ................................................................................................................. 37

BIBLIOGRAFIA ................................................................... ......................................................................................................................................... ................................................................................... ............. 38

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INTRODUCCION La Asociación de Municipalidades Distritales de Arequipa y los dirigentes gremiales, mostrando su preocupación por el pésimo estado de la vía Variante de Uchumayo entre el puente San Isidro y la Via de Evitamiento, al ser esta el ingreso a la ciudad y articulación con los distintos distritos; es que solicitaron al G.R. de Arequipa la elaboración de los Estudios y la Ejecución de la obra que permita contar con una vía de acceso en buen estado de transitabilidad, que facilite intercomunicaciones seguras con las localidades vecinas de la ciudad. En la zona de intervención está ubicada tanto zona de comercio y empresas industriales, también se encuentra ubicadas viviendas que en algunos casos están cercanas a la vía. Dado que el proyecto afecta a tres distritos como son: Yanahuara, Sachaca y Cerro Colorado. Esta zona se caracteriza por ser una de las principales vías de acceso a la ciudad de Arequipa; la cual congrega a la infraestructura de riego, como parte de la reserva de la Campiña Agrícola Tradicional de la ciudad. También existen servicios a nivel metropolitano y regional, además de ser vía principal, es también una zona de actividad económica como se ha podido observar en las visitas realizadas a la zona, en cual se encontraron empresas sean estas formales y/o informales que se dedican al comercio, industria y servicios; como: Ladrilleras, Transporte de carga, Venta de autopartes, Almacenes de acero y chatarreo, lavado y engrase de vehículos, Servicio financiero, centros de esparcimiento, maquinaria, venta de insumos para la actividad agropecuaria, reciclaje, servicentros y talleres metal mecánicos, venta de vehículos, hasta la industria de la cervecería.

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1. UBICACIÓN DEL PROYECTO. Región Provincia Distrito (s). Región Geográfica Altitud

: Arequipa : Arequipa : Yanahuara, Sachaca y Cerro Colorado. : Sierra. : 2293 a 2254 msnm

Figura 1

2. OBJETO DEL PROYECTO..

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“Mejoramiento de las condiciones para el acceso y transitabilidad vehicular pea to na l en la Var ian te de Uc hu ma yo , pro vinci a y reg ión de Are qui pa”

3. JUSTIFICACION DEL PROYECTO. CARPETA ASFALTICA

FISURAMIENTO LONGITUDINAL

DEPRESIONES SIN ASFALTO

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4. DESCRIPCION ESPECÍFICA DEL PROYECTO. El trabajo a realizar es el mejoramiento de la vía variante de uchumayo iniciando en el sector de la Variente de Uchumayo tramo KM.0 AL KM 4, un poco después del puente san Isidro y finalizando poco después del cruce con la vía de evitamiento, así también se intervendrá parte de la vía de evitamiento unos 500 metros iniciando de la vía variante de uchumayo para realizar un intercambio vial. Para optimizar el funcionamiento de esta vía, se ha considerado separa el tráfico Nacional Regional del tráfico Local Urbano. El mejoramiento consistirá en la realización de una vía rápida en la parte central con dos carriles de ida y dos de venida a desnivel entre +/- 0.00 m a -6.50 m para el transito Regional con velocidades de Carril Izquierdo a 100 Km/h y Carril Derecho a 80 Km/h, y para el tránsito Local Urbano con un Nivel 0.00 y con velocidades de Carril Izquierdo a 60 Km/h y Carril Derecho a 30 Km/h haciendo esto un total de 8 vías.

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Figura 02. Seccion de via tipica

Este proyecto ha sido dividido en tres etapas: La primera etapa desde el km0+553 hasta el km 0-558, el cual constituye la construcción de muros de contención, intercambio vial de evitamiento y puente auxiliar de evitamiento. En la segunda etapa DEL KM….. AL KM 0+558, el que constituye la construcción de muros de contención, y los puentes Taboada, puente circunvalación y el puente Atahualpa, así como también las vías de acceso hacia la via rápida de entrada y salida (rampas de entrada y salida). La tercera etapa comprende la construccion del Intercambio Fernandini entre la progresiva 2+490 Km al 4+ 036 Km, el cual consiste en la construcción de muros de contención, puente auxiliar 1, puente fernandini, puente auxiliar 2 y ampliación del puente arrayanes a ambos lados. Otros estudios importantes que se realizaron para hacer posible este proyecto son: a. Estudio de tráfico: Que en este proyecto se realizó en cuatro tramos para determinar la cantidad de vehículos que transitan por esta via. Los 4 tramos dieron por resultado 782399 vehículos entre entrada y salida en una semana.

ESTACION

Estación 1

ENTRADA

SALIDA

TOTAL

%

42210

44045

86255

11.02%

Se realizó a 200.00 m. del

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cruce con la V.Uchumayo, durante 07 días consecutivos y durante 24 horas. 50219

51168

101387

12.96%

105583

103935

209518

26.78%

Se realizó a 3,200.00 m. del cruce con la Vía de Evitamiento, durante 07 días consecutivos y durante 24 horas.

150581

234658

385239

49.24%

TOTAL

348593

433806

782399

100.00%

Estación 2 Se realizó a 300.00 m. del cruce con la Vía de Evitamiento, durante 07 días consecutivos y durante 24 horas. Estación 3 Se realizó a 1,500.00 m. del cruce de V. Uchumayo con la Vía de Evitamiento, durante 07 días consecutivos y durante 24 horas. Estación 4

b. Otro estudio importante realizado fue las intervención en las instalaciones eléctricas de la obra, aquí trabaja una línea de transmisión de 33 KV que atraviesa por el margen derecho de la vía Variante de Uchumayo y que se tiene proyectado la remodelación en su infraestructura arquitectónica. Esta línea de transmisión es aérea, pero una vez ejecutado el proyecto de infraestructura y arquitectura no cumplirían con las distancias mínimas de seguridad, por lo cual se planteó la REUBICACION DE LINEA DE TRANSMISION para que sea soterrada es decir, una conexión de red subterránea con una longitud lineal de 1957.77 m. hasta la salida de luz a los cables de la línea 33KV.

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c. Otro aspecto importante fue el estudio para los canales, existiendo 9 canales en todo el proyecto a remodelar. Los estudios topográficos permitieron determinar las formas de construcción o modificación del cauce dependiendo del estudio para cada uno de ellos, ya sean techados, con paredes, construcción de acueductos con sección rectangular. CRUCE CANAL BAJO RURAL

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CRUCE CANAL TIO

d. También se han desarrollado estudios de instalaciones sanitarias tanto para los desagües existentes en la zona como son colectores y emisores, así también estudios de drenaje pluvial y subterráneo, ya que la nona en estudio tiene un importante nivel freático en distintas zonas 9


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e. Se han realizado estudios geológicos y geotécnicos para determinar el tipo de terreno a intervenir, así como la potencia de los estratos de terreno. Nuestro trabajo a desarrollar como exposición será la etapa III

5. MODELAMIENTO ESTRUCTURAL TRAMO III El modelamiento estructural del tramo tres comprende la descripción del proyecto de ingeniería de los puentes:    

Puente Auxiliar 1: Puente Fernandini: Puente Auxiliar 2: Puente Arrayanes:

Progresivas 2+755 a 2+780 Progresivas 2+918 a 2+940 Progresivas 3+070 a 3+095 Progresivas 3+575 a 3+640

Así también la descripción del diseño estructural de tres puentes peatonales en estructura metálica.

5.1. DISEÑO DE CIMENTACION La capacidad portante del terreno es bastante variable, lo cual se estipula en el estudio de mecánica de suelos, esta capacidad portante correspondiente a cada elemento estructural se ha tenido en consideración al momento de diseñar las zapatas de los estribos de los puentes, Esta capacidad portante es de 3.00 kg/cm2. El estudio de suelos ha sido realizado mediante calicatas de 10m de profundidad a tajo abierto con equipo, siendo estas un total de 19 a lo largo de los 4km, este trabajo en algunos casos se vio dificultado por la napa freática y por la interferencia de instalaciones tanto sanitarias como eléctricas y en algunos casos por la dificultad de encontrar un sitio adecuado para la ejecución de este trabajo. Según el estudio de mecánica de suelos se tenía un tipo de terreno que debía ser utilizado para el relleno de muros de contención, sin embargo ya en ejecución se determinó que este terreno no era el adecuado, por lo que se ha tenido que realizar un mejoramiento del terreno para este relleno Y para garantizar una perfecta adherencia al terreno se ha colocado subzapatas de altura variable. Se indica que esta capacidad portante de todas maneras debe ser corroborada al momento de realizar las excavaciones correspondientes.

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5.2. PUENTE AUXILIAR 1 El puente Auxiliar 1 es un puente con un pilar central, ya que su geometría en planta es curvo y para salvar esta forma, es que se ha optado por la colocación de un pilar central, así también está constituido por dos estribos, derecho e izquierdo, que son considerados como lo inicios del puente. Estos estribos han sido diseñados en cantiléver constituyéndose por núcleos de columnas que apoyan las vigas pretensadas. La capacidad portante del terreno es de 3.00 kg/cm2, la que se ha tenido en consideración al momento de diseñar las zapatas de los estribos, sin embargo esta capacidad portante es bastante variable a lo largo de la vía, por lo que ha por la colocación de subzapatas de altura variable y que será corroborada al momento de realizar las excavaciones correspondientes. El pilar central, está constituido por un grupo de columnas dispuesta linealmente en el eje principal de la vía rápida, estas columnas están unidas en la parte superior por una viga de apoyo de vigas de puente, las cuales son confinadas mediante una viga diafragma y limitadas en desplazamiento horizontal por un tope sísmico en los extremos de la viga de apoyo. El puente propiamente dicho está constituido por vigas pretensadas distribuidas a una distancia adecuada para que cada una de ellas tenga una carga similar. Estas vigas en su parte superior están unidas por la losa de puente que es una losa de 20cm de espesor y que constituirá la capa de rodadura del puente. Cada viga en sus extremos se apoya sobre superficies de neopreno de tal manera que los apoyos no transmiten momentos a los estribos, solamente cargas puntuales. El acceso a los puentes ha sido idealizado con la colocación de una losa de aproximación que es una losa de concreto armado apoyado en el parapeto del estribo y sobre el terreno adecuadamente 11


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compactado de tal manera que no exista una diferencia de niveles entre el pavimento y la capa de rodadura del puente.

SECCION LONGITUDINAL PUENTE AUXILIAR I

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PLANTA DE CIMENTACION

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PLANTA DE TABLERO DE PUENTE Y LOZA DE APROXIMACION

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SECCION TIPICA DE ESTRIBO

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DETALLE DEL PILAR CENTRAL

DETALLE DE VIGAS PRETENSADAS

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5.3. PUENTE AUXILIAR 2 El puente Auxiliar 2 es un puente con un pilar central, ya que su geometría en planta es curvo y para salvar esta forma, es que se ha optado por la colocación de un pilar central, así también está constituido por dos estribos, derecho e izquierdo, que son considerados como lo inicios del puente. Estos estribos han sido diseñados en cantiléver constituyéndose por núcleos de columnas que apoyan las vigas pretensadas. Al igual que el puente auxiliar 1, este puente tiene un pilar central que está constituido por un grupo de columnas dispuestas linealmente en el eje principal de la vía rápida, estas columnas están unidas en la parte superior por una viga de apoyo de vigas de puente, las cuales son confinadas mediante una viga diafragma y limitadas en desplazamiento horizontal por un tope sísmico en los extremos de la viga de apoyo. Los estribos están constituidos por zapatas, muros de estribo, alerones, vigas de apoyo y parapetos. El puente propiamente dicho está constituido por vigas pretensadas distribuidas a una distancia adecuada para que cada una de ellas tenga una carga similar. Estas vigas en su parte superior 18


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están unidas por la losa de puente que es una losa de 20cm de espesor y que constituirá la capa de rodadura del puente. Cada viga en sus extremos se apoya sobre superficies de neopreno de tal manera que los apoyos no transmiten momentos a los estribos, solamente cargas puntuales. El acceso a los puentes ha sido idealizado con la colocación de una losa de aproximación que es una losa de concreto armado apoyado en el parapeto del estribo y sobre el terreno adecuadamente compactado de tal manera que no exista una diferencia de niveles entre el pavimento y la capa de rodadura del puente.

PLANIMETRIA PUENTE AUXILIAR II

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SECCION LONGITUDINAL DEL PUENTE II

PLANTA DE CIMENTACION PUENTE II

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PLANTA DE LOZA

SECCION DE ESTRIBO IZQUIERDO Y SECCION DEL PILAR CENTRAL

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DETALLE DE VIGAS PRETENSADAS

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5.4. PUENTE FERNANDINI En la ubicación del nuevo puente Fernandini existe un puente también llamado Fernandini, el cual será demolido en su totalidad por no contar con las pendientes adecuadas ni estar acorde con la nueva solución planteada al proyecto de la variante. Este puente tiene una luz de 32.70m, que serán cubiertos por vigas pretensadas espaciadas a 1.20, entre ejes y con un peralte de 1.30m cada una. La losa maciza que las une superiormente, tiene un peralte de 0.20m y cuenta con 3 vigas diafragma para composición del tablero monolítico, estas vigas están ubicadas en los extremos de la losa y en la parte media del puente. Las vigas de los extremos están sujetas por los topes sísmicos. Los estribos izquierdo y derecho, han sido diseñados en cantiléver constituyéndose por núcleos de columnas que apoyan las vigas pretensadas, zapatas, un diente y una zapata de apoyo en terreno. La capacidad portante del terreno es de 3.00 kg/cm2, la que se ha tenido en consideración al momento de diseñar las zapatas de los estribos. Los estribos están constituidos por zapatas, muros de estribo, alerones, vigas de apoyo y parapetos. El acceso a los puentes ha sido idealizado con la colocación de una losa de aproximación que es una losa de concreto armado apoyado en el parapeto del estribo y sobre el terreno adecuadamente compactado de tal manera que no exista una diferencia de niveles entre el pavimento y la capa de rodadura del puente. Se indica adicionalmente que para el proceso constructivo de este puente se ha tenido en consideración las construcciones existentes, por lo que se ha realizado el diseño de calzaduras para que estas construcciones no se vean afectadas por asentamiento diferenciales ni tampoco sus cargas sean transmitidas a las estructuras proyectadas.

PLANIMETRIA PUENTE

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PLANTA DE CIMENTACIONPUENTE

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PLANTA DE LOZA

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SECCION DE ESTRIBO IZQUIERDO

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DETALLE DEL ACERO EN SECCION

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SECCION LONGITUDINAL DE VIGAS

DETALLE DE VIGAS

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5.5. AMPLIACION PUENTE ARRAYANES Este puente es existente, y para el funcionamiento de la ampliación de la autopista, se debe ampliara a ambos lados el puente arrayanes para el funcionamiento de las vías urbanas. Esta ampliación es independiente de la estructura existente sin embargo para la continuidad de la vía, se ha tenido que realizar intervenciones del tipo demolición en la estructura existente, así como colocación de nuevos elementos estructurales como juntas de separación sísmica, para garantizar su buen funcionamiento. Este puente tiene una luz de 34.30m, que serán cubiertos por vigas pretensadas espaciadas a 1.72, entre ejes y con un peralte de 1.30m cada una. Se ha considerado también un pilar central, tal como el proyecto de puente existente. Este pilar central servirá de apoyo de las vigas pretensadas que son continuas los 34.30m. La losa maciza que las une superiormente, tiene un peralte de 0.20m y cuenta con 3 vigas diafragma para composición del tablero monolítico, estas vigas están ubicadas en los extremos de la losa y sobre el pilar central. Las vigas de los extremos están sujetas por los topes sísmicos. Los estribos izquierdo y derecho, han sido diseñados en cantiléver constituyéndose por núcleos de columnas que apoyan las vigas pretensadas, zapatas, un diente y una zapata de apoyo en terreno. Se ha considerado que la cimentación debe comportarse de forma monolítica, por lo que se ha previsto la unión de elementos estructurales a nivel de cimentación, mediante la utilización de aditivos de unión de concreto y pines de acero anclados a la estructura existente con aditivo de anclaje. El acceso a los puentes ha sido idealizado con la colocación de una losa de aproximación que es una losa de concreto armado apoyado en el parapeto del estribo y sobre el terreno adecuadamente compactado de tal manera que no exista una diferencia de niveles entre el pavimento y la capa de rodadura del puente. La losa a colocar será de 20cm de alto y su continuidad se garantiza con una demolición de vereda existente en puente y cerramiento de esta estructura con una viga de borde.

Se ha observado que la estructura del puente existente tiene algunas deficiencias estructurales las cuales deben ser reparadas y tratadas adecuadamente, tal como se indica en planos. Se ha previsto la colocación de una losa de aproximación a ambos lados del puente para evitar traqueteos indeseables en estas zonas por cambio de rigidez de elementos de apoyo.

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SECCION LONGITUDINAL DEL PUENTE

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PLANTA DE CIMENTACION

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LOZA Y SECCION DE ESTRIBOS

DETALLES PILAR CENTRAL

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DETALLE DE VIGAS

5.6. PUENTES PEATONALES Los puentes peatonales están en esta etapa del proyecto en número de 3, los cuales han sido diseñados teniendo en consideración sus características geométricas y sus características de entorno, asegurándose así mismo un grado de durabilidad y funcionalidad Los puentes están constituidos por estructura metálicas en su totalidad, teniendo en consideración la zona de escaleras de acceso, pilar central, necesario por la luz que cobren y elementos barandas.

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La estructura a construir será considerada como una estructura esencial (categoría B) donde se reúnen gran cantidad de personas. De manera general el área presenta una topografía casi plana. Por otro lado se realizó un estudio de suelos en donde se estimó una capacidad portante de 1.20kg/cm2 a una profundidad mínima de cimentación de 2.00m, siendo considerado como un suelo de buena resistencia. Además contará con cimentación asilada (zapatas) propiamente dicha para evitar asentamientos diferenciales y garantizar la estabilidad de la estructura, esta cimentación ha sido concebida para que tenga un comportamiento monolítico. La estructura del puente metálico, está constituida por pórticos conformados por estructuras metálicas. Dichas estructuras tienen una configuración con columnas, vigas y arriostres que le dan rigidez a la estructura. El análisis y diseño se realizó con la ayuda de un software denominado SAP2000. Para lograr el peso mínimo se optó por plantear diversos tipos de estructuras en arco con diferentes dimensiones de los elementos estructurales tanto en longitud como en su sección transversal. Fue necesario el uso intensivo de programas de cómputo para el análisis estructural en este caso se modelo en forma completa y tridimensional a toda la armadura y se usaron en los elementos secciones rectangulares y circulares. Para obtener una estructuración adecuada se utilizó inicialmente el método de diseño plástico y posteriormente se optó por utilizar el método LRFD-93 del AISC el cual arroja secciones de los miembros estructurales de menor dimensión en comparación con el método elástico. Finalmente se logró optimizar el diseño estructural en base a los resultados de análisis y diseños preliminares se procedió a mejorar las zonas más críticas y acortar las secciones muy robustas inclusive se planteó una modificación del peralte en la clave de los arcos para su optimización final.

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Planta de arquitectura de puente peatonal .

Elevación de puente peatonal.

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5.7. MUROS DE CONTENCION Los muros de contención para este intercambio vial, fueron construidos de 2 a 8 metros a lo largo de toda la vía, de acuerdo a la topografía y la rasante de la misma, para lo cual se ha considerado todos los empujes sísmicos y estáticos, así como también se ha considerado un aislamiento a nivel del drenaje subterráneo para evitar que el agua incremente el empuje estático en el terreno.

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TRABAJO DE ANALISIS

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