ELABORACION DE PROYECTOS Y DISEÑO DE...

Ing. Gonzalo Jiménez/I-2011

ELABORACION DEPROYECTOS YDISEÑO DE PUENTESPARA INGENIEROSCARRERA INGENIERIA CIVIL

La Paz – BoliviaI / 2011

Docente: Ing. Gonzalo F. Jiménez f.


Consideraciones Generales> Según el manual de Diseño de

Puentes, se debe considerar alnivel de Ingeniería Básica:

Estudios TopográficosEstudios Hidrológicos e

HidráulicosEstudios Geológicos y

GeotécnicosEstudios de Riesgo SísmicoEstudios de Impacto AmbientalEstudios de TráficoEstudios ComplementariosEstudios de Trazos de la Vía


ESTUDIOS TOPOGRAFICOS

> Son los trabajos de campoque permitan elaborar losplanos topográficos

> Posibilitar la definiciónprecisa de la ubicación ylas dimensiones de loselementos estructurales.

> Debe comprender:


ESTUDIO TOPOGRAFICO

> Levantamiento topográfico general de la zona del proyecto,documentado en planos a escala entre 1:500 y 1:2000 concurvas de nivel a intervalos de 1 m y comprendiendo por lomenos 100 m

> Definición de la topografía de la zona de ubicación delpuente y sus accesos, con planos a escala entre 1/100 y1/250 considerando curvas de nivel a intervalos nomayores que 1 m


ESTUDIOS TOPOGRAFICOS> En el caso de puentes

sobre cursos de aguadeberá hacerse unlevantamiento detalladodel fondo.

> También se debe detallarla instrumentaciónutilizada y el grado deprecisión a considerarse.

> La topografía de la zonadeberá registrarse conplanos, curvas de nivel,fotografías, registrosdigitales e informes.


ESTUDIOS HIDROLOGIA EHIDRAULICA

> Los objetivos son establecer las características hidrológicas de losregímenes de avenidas máximas y extraordinarias y los factoreshidráulicos:

- Ubicación óptima del cruce.- Caudal máximo de diseño hasta la ubicación del cruce.- Comportamiento hidráulico del río en el tramo que comprende elcruce.- Área de flujo a ser confinada por el puente.- Nivel de agua máximo extraordinarias (NAME) en la ubicación delpuente.- Nivel mínimo recomendable para el tablero del puente.- Profundidades de socavación general, por contracción y local.- Profundidad mínima recomendable para la ubicación de lacimentación, según el tipo de cimentación.- Obras de protección necesarias.- Previsiones para la construcción del puente.


ESTUDIOS DE HIDROLOGIA

> Los puentes ubicados en elcruce con un curso deagua deben ser diseñadosde modo que lasalteraciones u obstáculosque estos representenante este curso de aguasean previstos y puedanser admitidos en eldesempeño de laestructura a lo largo de suvida útil o se tomenmedidas preventivas.


ESTUDIOS HIDROLOGIA

> En el caso de puentessobre cursos de agua, lainformación sobre lageomorfología y lascondiciones del subsuelodel cauce y alrededoresson complementarias conaquella obtenida de losestudios hidrológicos.


DOCUMENTACION> • Características del río en la zona del proyecto> • Régimen de caudales> • Características hidráulicas> • Caudal de diseño y periodo de retorno> • Definición de la luz de calculo del puente y de los niveles del

fondo de la superestructura> • Profundidad mínima recomendable para la ubicación de la

cimentación, según el tipo de cimentación.> • Características de las obras de defensa y de encauzamiento


ESTUDIOS GEOLOGICOS

> Establecer lascaracterísticas geológicas,tanto local como generalde las diferentesformaciones geológicasque se encuentranidentificando tanto sudistribución como suscaracterísticas geotécnicascorrespondientes.


ALCANCES> • 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, huaycos 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.


ESTUDIOS GEOTECNICOS

> Establecer lascaracterísticasgeotécnicas, es decir, laestratigrafía, laidentificación y laspropiedades físicas ymecánicas de los suelospara el diseño decimentaciones estables.


ESTUDIOS GEOTECNICOS> Ensayos de campo en suelos y/o rocas.> • Ensayos de laboratorio en muestras de suelo y/o roca

extraídas de la zona.• Descripción de las condiciones del suelo, estratigrafía eidentificación de los estratos de suelo o base rocosa.

> Definición de tipos y profundidades de cimentaciónadecuados, así como parámetros geotécnicos preliminarespara el diseño del puente a nivel de anteproyecto.


ESTUDIOS GEOTECNICOS> • Dependiendo de la

envergadura del proyecto ydel tipo de suelo se podránrealizar ensayos de refracciónsísmica, complementados porperforaciones o excavacionesde verificación en sustitucióna los trabajos antesmencionado.

> • Presentación de losresultados y recomendacionessobre especificacionesconstructivas y obras deprotección.


SONDAJES

> La cantidad y profundidadde sondajes deberá tomaren cuenta la magnitud ycomplejidad del proyecto.En el caso de puentes dehasta 100 metros, sepreverá como mínimo unsondaje de exploración porcada componente, seaéste estribo, zapata, pilar,bloque de anclaje, grupode pilotes, etc.


ENSAYOS DE CAMPO

> a) Ensayos en Suelos:• Ensayo de Penetración Estándar (SPT)

• Ensayo de Cono Estático (CPT)• Ensayo de Veleta de Campo• Ensayo de Presurometría• Ensayo de Placa Estático• Ensayo de Permeabilidad• Ensayo de Refracción Sísmica


Ensayos en Rocas

• Ensayo de Compresión Uniaxial en Roca débil• Determinación de la Resistencia al Corte Directo, endiscontinuidades de roca• Ensayo de Carga en Placa Flexible• Ensayo de Carga en Placa Rígida• Ensayo con el Método de Fracturamiento Hidráulico


ENSAYOS DE LABORATORIO

> a) Ensayos en Suelos:• Contenido de humedad• Gravedad específica• Distribución granulométrica• Determinación del límite liquido y límite plástico• Ensayo de corte directo• Ensayo de compresión no-confinada• Ensayo triaxial no consolidado - no drenado• Ensayo triaxial consolidado - no drenado• Ensayo de consolidación• Ensayo de permeabilidad• Ensayo Proctor Modificado y CBR


> b) Ensayos en Rocas:• Determinación del modulo elástico• Ensayo de compresión triaxial• Ensayo de compresión no confinada• Ensayo de resistencia a la rotura


DOCUMENTACION> Exploración geotécnica. Indicación de sondajes y ensayos de

campo y laboratorio realizados.> Descripción precisa de los estratos de suelos, clasificación y

propiedades físicas de los suelos.> • Indicación del nivel freático> De los resultados de ensayos de campo y de laboratorio. Como

mínimo se deben establecer los siguientes parámetros, deacuerdo al tipo de suelo: peso volumétrico, resistencia al corte,compresibilidad, potencial de expansión o de colapso, potencialde licuación. En caso de rocas, se deberán establecer: dureza,compacidad, resistencia al intemperismo, índice de calidad yresistencia a la compresión.


DOCUMENTACION

> Tipos y profundidades de cimentación recomendadas.> • Normas de referencia usados en los ensayos.> • Canteras para materiales de construcción y

características de los materiales de las canteras.> • Zonas de deslizamientos, inestables y aluviones pasados.> • Conclusiones y recomendaciones.


ESTUDIOS DE RIESGO SÍSMICO

> • La zona sísmica donde se ubica el puente> • El tipo de puente y su longitud> • Las características del suelo


DOCUMENTACION> Base de datos de eventos sísmicos utilizada para el estudio> • Resultados de los estudios de geología, tectónica y

sismotectónica de suelos y de la prospección geofísica.> • Hipótesis y modelos numéricos empleados, justificando los

valores utilizados. Esta información deberá ser presentada con undetalle tal que permita a cualquier otro especialista reproducir losresultados del estudio.

> • Espectros de respuesta a nivel del basamento rocoso y a nivelde cimentación.

> • Conclusiones y recomendaciones.


ESTUDIOS DE IMPACTOAMBIENTAL

> La Construcción de unpuente modifica el medio yen consecuencia lascondiciones socio -económicas, culturales yecológicas del ámbitodonde se ejecutan; y esallí cuando surge lanecesidad de unaevaluación bajo unenfoque global ambiental.


OBJETIVOS Y ALCANCES> Identificar en forma oportuna el problema ambiental, incluyendo una

evaluación de impacto ambiental en la concepción de los proyectos. Deesta forma se diseñarán proyectos con mejoras ambientales y se evitará,atenuará o compensará los impactos adversos.

> • Establecer las condiciones ambientales de la zona de estudio.> • Definir el grado de agresividad del medio ambiente sobre la

subestructura y la superestructura del puente.> • Establecer el impacto que pueden tener las obras del puente y sus

accesos sobre el medio ambiente, a nivel de los procedimientosconstructivos y durante el servicio del puente.

> • Recomendar las especificaciones de diseño, construcción ymantenimiento para garantizar la durabilidad del puente.


Métodos de Análisis

> 1. Identificación deImpactos

> 2. Previsión de Impactos> 3. Interpretación de

Impactos> 4. Información a las

comunidades y a lasautoridades sobre losimpactos ambientales

> 5. Plan de Monitoreo oControl Ambiental


Documentación

> • Descripción de los componentes ambientales del área deinfluencia del Proyecto

> • Análisis de la información sobre el estado de los puentesadyacentes a la zona del proyecto.

> • Aplicaciones Metodológicas e identificación de ImpactosAmbientales Potenciales.

> • Identificación de Medidas Preventivas y Correctivas> • Conclusiones y Recomendaciones


OTROS ESTUDIOS

Estudios de TráficoEstudios ComplementariosEstudios de Trazos de la Vía


ESTUDIO TECNICO, ECONOMICO, SOCIAL YAMBIENTAL (TESA)

APLIACADOS A PROYECTOS DE PUENTES

(CONTENIDO MINIMO)

(CONTENIDO MINIMO)

VOL I. GENERALIDADESCap. 1 IntroducciónCap. 2 AntecedentesCap. 3 Objetivo del ProyectoCap. 4 Localización

VOL II. ESTUDIOS BASICOSCap. 1 Levantamiento TopográficoCap. 2 Análisis del Entorno Urbano.Cap. 3 Estudios de Tráfico.Cap. 4 Diseño Geométrico de los AccesosCap. 5 Estudios Hidrológicos e Hidráulicos.Cap. 6 Geología.Cap. 7 Estudios de Geotecnia.

VOL. III. INGENIERIA DE PROYECTODiseño Estructural.Cantidades de Obra.Precios Unitarios y Presupuesto.Cronograma de Ejecución de Obras




(CONTENIDO MINIMO)

(CONTENIDO MINIMO)VOL IV. ESTUDIOS DE IMPACTO AMBIENTALCapitulo 1. Aspectos Generales.Capitulo 2. Descripción del Proyecto.Capitulo 3. Diagnóstico AmbientalCapitulo 4: Evaluación de Impactos Ambientales.Capitulo 5: Análisis de Riesgo y Plan de Contingencias.Capitulo 6: Programa de Prevención y Mitigación.Capitulo 7: Plan de Aplicación y Seguimiento Ambiental.

VOL. V. ESTUDIOS DE FACTIBILIDAD ECONÓMICAEvaluación Económica FinancieraEstudio Diagnóstico de las Características Socioeconómicas del Área delProyecto.

VOL. VI. DOCUMENTOS PARA LA CONSTRUCCIÓNCapitulo 1. Especificaciones Administrativas.Capitulo 2. Especificaciones Técnicas Generales.Capitulo 3. Especificaciones Técnicas EspecialesCapitulo 4. Especificaciones Técnicas Ambientales




(CONTENIDO MINIMO)

(CONTENIDO MINIMO)

ANEXOS PLANOS Y MAPAS

Planos GeneralesPlanos de Estudios PreliminaresPlanos de Diseño GeométricoPlanos de Obras de Arte MenorPlanos de Estructuras Puente San BuenaventuraPlanos de Obras Complementarias


CASO DE ESTUDIOY EJEMPLO PRACTICO


PUENTE ANGOSTO RIO PIRAI

> Localización> Localizado en el km. 12 de

la carretera a Cochabamba


OBJETIVOSOBJETIVOS

> Describir las características geológicas existentes en el sitiodel puente Angosto.

> Describir los paisajes y unidades geomorfológicas del sitioy áreas de influencia del proyecto.

> Describir los aspectos sedimentológicos observados tantoen el sitio como en la cuenca de drenaje.

> Describir las condiciones estratigráficas, estructurales ytectónicas del sitio seleccionado y área cercana.

> Describir las fuentes potenciales para extraer losmateriales de construcción.


Información Utilizada.> Hoja Cartográfica Patricia

Pilar, escala 1:50.000publicada por el I.G.M,1985

> Mapa Geológico, escala1:100.000, publicado porel I.G.M. y la DirecciónGeneral de Minas.


UBICACIÓNUBICACIÓN> El área de interés, se encuentra el sector

central de la Cuenca del Río Guayas, en laprovincia de Los Ríos, en el cantón Buena Fe,parroquia Patricia Pilar, recinto El Paraiso.

> La investigación Regional, se enmarca en lascoordenadas: U.T.M., Zona 17 Sur 668.93Km al Este, y 9933.13 Km al Norte; 0 36.5’ alSur y 79 29’ al Oeste.

> La grafica regional del área, se ha realizado enla hoja cartográfica Patricia Pilar, escala1:50.000, Serie J721 editada por el InstitutoGeográfico Militar (I.G.M.), en colaboración conel Interamerican Geodetic Survey (I.A.G.S.).

> La Geología Local se estudio en los accesos yestribos de los puentes; márgenes del RíoPeripa, y en el área de influencia.


GEOLOGÍA DE LA ZONAGEOLOGÍA DE LA ZONA

> Las rocas que afloran en elsitio geográfico donde seconstruirá el puente“Angosto” que conecta lavía que unirá laspoblaciones de LosÁngeles y El Paraíso

> Correspondenlitológicamente a unAglomerado Volcánicoperteneciente, a laFormación Baba conmucha cercanía a Terrazas


FORMACIONES> Formación Baba esta constituida por

aglomerados volcánicos (lahares) enbancos de potencia variable de hasta4m de espesor, conglomeradospolimicticos con matriz arenosa ytamaño de los clastos centimetricos,capas de toba aglomeratica que estánconstituidos por fragmentos deporfidos andesiticos de estructurahialopolitica, y ceniza de grano fino yde color café amarillento.

> Las Terrazas (Pleistoceno) ydepósitos aluviales (Holoceno). El sitiodel puente se encuentra desarrolladosobre depósitos superficiales y sediferencian dos niveles distintos deterraza: la parte superior estacompuesta de arcillas, limos y arenas..


GEOLOGIA

> Meteorización Tropical.> Fuera de los cursos de los ríos y de estos sitios

expuestos, la meteorización produce un mantode suelo de hasta unos 8m de espesor

> Geomorfología.> El área de interés para el proyecto, esta ubicada

en la parte ondulada de la cuenca del río Pirai. Elárea esta interrumpida por algunas lomas bajasy por dedos de terrenos más altos que selevantan rápidamente hacia el norte para formarla línea divisoria de las aguas.


Estratigrafía

> Cuatro formacionesgeológicas se encuentranen el área de estudio:

> 1.-TerrazasIndiferenciadas.(Pleistoceno)

> 2. Formación Balzar.(Plioceno)

> 3. Formación Baba.(Plio-Pleistoceno)

> 4.-Formación Macuchi.(Cretáceo)


El Cuaternario Aluvial

> Constituye la zonainundable actual del río,que en realidad no es demayor magnitud, puestoque el río drena en unvalle angosto.


ESTRUCTURASESTRUCTURAS

> En el mapa geológico, escala 1:100.000 no seregistran lineamientos estructurales y tambiénno se pudo evidenciar los buzamientos de losestratos rocosos.. Los sedimentos de laFormación Balzar presentan estratossubhorizontales, evidencia que nos indica que nosufrieron deformaciones.


GEOMORFOLOGIA

> Geomorfología Local y Regional.Primera Unidad GeomorfológicaSegunda Unidad GeomorfológicaTercera Unidad Geomorfológica


CONDICIONES DE LA LLANURA DELCONDICIONES DE LA LLANURA DELRÍORÍO

> El área de influencia del cauce del Río, aguasabajo del sitio donde se construirá el puenteAngosto, está siendo utilizada, para los riegos delabores agrarios

> Los bosques naturales aun existen en pequeñasmanchas. Actualmente no todo el bosque originalha sido sustituido para explotar cultivosagrícolas y pastizales.


Acción A trópicaAcción A trópica

> El cauce del río en lo que corresponde a lallanura aluvial y en particular en el sitio objetodel presente estudio es un valle estrecho quefacilita la construcción de una estructura demayor longitud, radio de giro y ancho deservicio.


SEDIMENTOLOGÍASEDIMENTOLOGÍA

> El área de influencia del río Peripa se definecomo una zona forestada, generalmente demalezas en sus cercanías al valle y de pocaprotección de los suelos en la parte plana.

> Hidrológicamente corresponde a una cuenca deescurrimiento permanente y torrencial durante elinvierno, que arrastra grandes cantidades desedimentos. Si posterior a tiempos secos ocurrenfuertes precipitaciones, en especial como lascrecidas producidas durante el Fenómeno delNiño durante 1998, la situación se vuelve muycrítica.


EROSIONEROSION

> Principal problema de lazona Erosion

Magnitud e intensidad delas lluviasSuelo en su estructurainfiltracion de aguasPendiente del terrenoCobertura vegetal


Mapa de Erosión en la Cuencadel Río


TECTÓNICATECTÓNICA>> Tectónica RegionalTectónica Regional> La interacción de las placas

Cocos, Nazca, Caribe ySudamérica (Penning ton,1981).

> El ángulo de la placa ensubducción bajo el continenteen la parte norte de LosAndes (Hey, 1977; Lonsdale,1978).

> La subducción de la dorsalCarnegis que acompaña a laplaca de Nazca (Hey, 1977Lonsdale, 1978).

> Efecto de alta topografíacompensada (Molnar yTaponnier, 1978! Sebrier etal, 1988).


TECTONICA

>> Tectónica Local y NeotectónicaTectónica Local y Neotectónica>> Principales Sismos HistóricosPrincipales Sismos Históricos


HIDROLOGÍA> El sistema hidrográfico

principal, estarepresentado por el Río,que forma parte de lacuenca del Río y que correen sentido N-S en el lugarde interés para laconstrucción del puenteAngosto. Las aguas lasrecoge desde la parte altade la cuenca que nace enlos terrenos cercanos aBrasil.


FUENTE DE MATERIALES PARA LAFUENTE DE MATERIALES PARA LACONSTRUCCIONCONSTRUCCION

> Material de préstamo seleccionado para laconformación de los terraplenes de acceso alpuente.

> Material de Sub-base y Base para los accesosal puente

> Material de enrocado para proteger los taludesde los accesos al puente

> Agregados para hormigón


CONCLUSIONESCONCLUSIONES

> El Río por sus características de drenaje sedefine como de régimen permanente y conducegrandes cantidades de agua y sedimentosdurante el invierno.

> El problema de la ubicación del puente en el sitioen estudio hace prever una protección de lasmárgenes del río con material de enrocado.


RECOMENDACIONESRECOMENDACIONES

> Para prolongar la vida útil del puente, seránecesario proteger las márgenes del cauce yevitar la erosión por flujo torrencial.

> El material extraído de la excavación de lacimentación y apertura de la vía de acceso en lasmárgenes del río Peripa no puede ser utilizadopara conformar los accesos al puente.

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