Puente Salinas

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Copyright © Asociacion de Productores de Cemento - Lima - Perú BOLETÍN INFORMATIVO ASOCEM 2011 El puente Salinas, ubicado en la provincia de Bagua, es una vía en ejecución que servirá para comunicar a los pueblos de esta parte del país. Para su realización se hicieron una serie de estudios previos que aseguraran su resistencia, así como un arco de concreto ejecutado a través de un particular sistema de encofrado. EI proyecto, a cargo de Consorcio Amazonas, se encuentra ubicado sobre el río Marañón, en el distrito de Aramango, provincia de Bagua, departamento de Amazonas. Cabe indicar que en un inicio la obra estuvo a cargo de otro consorcio, cuyo contrato fue resuelto, lográndose un avance del 23.05% del proyecto. El estudio definitivo de ingeniería contempla la construcción del puente y sus accesos, teniendo en cuenta las particularidades que revisaremos a continuación. Su construcción consiste en un arco de concreto Características ACTUALIDAD NACIONAL N° 1 / FEBRERO 2012

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El puente Salinas, ubicado en la provincia de Bagua, es una vía en ejecución que servirá para comunicar a los

pueblos de esta parte del país. Para su realización se hicieron una serie de estudios previos que aseguraran su

resistencia, así como un arco de concreto ejecutado a través de un particular sistema de encofrado.

EI proyecto, a cargo de Consorcio Amazonas, se

encuentra ubicado sobre el río Marañón, en el

distrito de Aramango, provincia de Bagua,

departamento de Amazonas. Cabe indicar que en

un inicio la obra estuvo a cargo de otro consorcio,

cuyo contrato fue resuelto, lográndose un avance

del 23.05% del proyecto.

El estudio definitivo de ingeniería contempla la

construcción del puente y sus accesos, teniendo en

cuenta las particularidades que revisaremos a

continuación.

Su construcción consiste en un arco de concreto

Características

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armado de tablero intermedio, cuya luz libre entre

arranques es de 85 m, con una longitud total del

tablero entre ejes de apoyo de 93.60 m. El arco es de

sección rectangular de 1.20 m de ancho y peralte

variable desde 2 m en el arranque a 1.25 m en la

clave, con chaflanes en sus vértices de 0.15 m

(catetos), tanto exterior como interior en la zona

hueca. La directriz de su eje es del tipo parabólico de

segundo grado, la sección es maciza en la zona de

arranques y hueca a partir del pórtico que se apoya

sobre él con nervios en la zona de encuentro con las

péndolas. El espesor de la sección hueca es de 0.25

m y es constante en toda su longitud.

El tablero del puente se encuentra dividido en tres

partes:

· Tramos exteriores de 17.10 m de longitud cada

uno, de concreto armado de 0.30 m de espesor,

que se encuentra apoyado en estribos y pórticos

intermedios.

· Tramo central de 59.40 m de longitud de

concreto armado, cuyo espesor es de 0.30 m,

apoyado sobre vigas metálicas transversales,

suspendidas del arco a través de péndolas.

Las vigas transversales son metálicas de sección

cajón de 0.40 m de ancho y peralte variable desde

0.64 m en sus extremos hasta 0.74 m en el centro de

ellas. Los arriostres superiores también son de

sección cajón metálico, los cuales han sido

dimensionados por los parámetros de esbeltez

mínima requerida de elementos secundarios a

compresión.

Las péndolas están constituidas por barras roscadas

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pretensadas de acero del tipo Threadbar de 36 mm

de diámetro, las mismas que estarán sujetas al arco

y a las vigas transversales a través de dispositivos de

anclaje.

La sobrecarga de diseño utilizada para el puente es

la denominada HL-93, señalada en el Manual de

Diseño de Puentes del Ministerio de Transportes y

Comunicaciones (MTC), la cual permite el tránsito

de vehículos cuya carga máxima es de 48 Tn, tal

como lo permite el Reglamento Nacional de

Vehículos MTC-2003.

Los elementos que conforman la subestructura del

puente son de concreto armado, tanto de los

arranques del arco como los pórticos y estribos de

los tramos extremos. Asimismo, se han considerado

losas de aproximación en cada extremo, que estarán

apoyadas sobre el terreno. Los aparatos de apoyo

de la superestructura del puente serán del tipo

elastomérico.

La superficie de rodadura del puente estará

constituida por carpeta asfáltica en frío de e=2.50

cm de espesor, la misma que será colocada en las

losas de aproximación como en el tablero del

puente.

Respecto a los accesos, se puede señalar lo

siguiente:

· Acceso derecho, que comprende dos tramos: el

de aguas arriba del eje proyectado del puente,

cuya longitud es de 25.80 m, y el de aguas abajo,

de 24.40 m. La superficie de rodadura será del

tipo tratamiento superficial bicapa (T5B).

· Acceso izquierdo, cuya longitud es de 126.56 m.

La plataforma será conformada en relleno con

material de préstamo y la superficie de

rodadura será del tipo tratamiento superficial

bicapa (T5B).

Luego del cierre de la construcción del Puente

Salinas y accesos, presentado por la supervisión de

obra, éste solicitó se reformule el expediente

técnico, por lo que recomendó que se replante en

campo la topografía y los estudios básicos de suelos

para determinar la profundidad de cimentación y

tipo.

De los metrajes finales proporcionados, y de

Saldo de obra

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acuerdo a la información recopilada en campo, se

elaboró el expediente técnico denominado "Saldo

de obra - construcción Puente Salinas y accesos", el

cual se detalla a continuación.

Son los que corresponden al expediente técnico

original, con la adecuación de la cimentación de las

condiciones mormológicas evidenciadas a nivel del

sustrato de fundación.

Estudios de ingeniería.

• Hidrología e hidráulica. Este estudio se centra en

la determinación de la descarga máxima para

periodos de retorno de diseño, a partir de las

variables clave de tipo hidrometeorológico de la

cuenca del río Marañón, en función de las cuales se

determina que las precipitaciones pluviométricas

son comunes durante todos los meses del año. Cabe

señalar que éstas tienden a intensificarse durante

los meses de enero a marzo, correspondiendo los

indicadores más bajos a los meses de julio y agosto.

En términos generales se ha determinado que la

creciente del Marañón se inicia en octubre y dura

hasta abril.

El estudio se soporta en la regionalización de los

registros de las estaciones de Santa María de Nieva,

Bagua Chica y Chiriaco. Las precipitaciones

analizadas corresponden a máximos de 24 horas.

Para obtener indicadores relativos a precipitaciones

de corta duración se procedió en forma analítica e

indirecta, a partir de los registros de precipitaciones

máximas mensuales de 24 horas regionalizadas.

Como conclusión, el presente estudio permitió

determinar los parámetros de la cuenca intermedia

del río Marañón en términos de un área de

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influencia de 55,082 km2 y una longitud del cauce

principal de 614 km. En base a estos parámetros y al

análisis de la serie histórica regionalizada de las

informaciones pluviométricos, se determinó que la

precipitación máxima en 24 horas fue de 124.30 mm

en el año 2004 considerando un registro de 32 años.

Igualmente, del análisis de las series históricas de las

descargas registradas en la estación de Amojao se

concluye que la máxima en un periodo de 20 años,

fue registrada en marzo de 1977 y correspondió a

7,750 m3 por segundo, mientras que el caudal de

diseño recomendado es de 12,653 m3 por segundo.

Este fue otro estudio que se

desarrolló con el propósito de investigar las

característ icas geológico estructurales y

geotécnicas del subsuelo a nivel de la fundación de

• Geología y Geotecnia.

la estructura, cuyos cimientos comprenden estribos

y macizos de anclaje en cada uno de sus extremos,

así como también para evidenciar aspectos que

conlleven algún tipo de riesgo o eventuales

problemas geotécnicos para la construcción del

puente.

Se proyectó fundar el Puente Salinas sobre un sector

semi-encañonado del río Marañón, donde se

observa un cauce estrecho, profundo y confinado

por el sustrato rocoso, el cual constituye el

elemento de soporte de la estructura, en la medida

que ésta se cimente directamente sobre roca.

El contexto geológico regional evidencia una

litología predominantemente sedimentaria,

sobreyaciendo a un basamento metamórfico

antiguo. Las facies sedimentarias expuestas

sugieren la historia geológica de la región en

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términos de una cuenca marina oscilante y muy

dinámica desde el Mesozoico, la cual define su

tendencia al solevamiento sostenido desde finales

del Cretácico, evidenciándolo a través de un

complejo proceso diastrófico que dio lugar a la

Cordillera de los Andes durante los últimos 70

millones de años.

La estratigrafía a nivel de la fundación del puente

consiste en una secuencia de roca sedimentaria del

tipo arenisca con un bajo a moderado grado de

litificación, en la que se intercalan horizontes de

areniscas microconglomeráticas, grawacas, arcosas

y areniscas arcillosas relativamente friables, con

rasgos de estratificación laminar y cruzada. Los

estratos por debajo del nivel de fundación se

encuentran afectados por un sistema de fallas de

rumbo de comportamiento sinextral; sin embargo,

no se encontró evidencia de actividad neotectónica

por lo que se prevé condiciones de estabilidad

estructural durante la vida de servicio del puente.

Del mismo modo, se estudió el nivel de riesgo de

potenciales impactos negativos asociados a

fenómenos de geodinámica externa, concluyén-

dose que éstos son de proporción limitada y

fáci lmente controlables mediante obras

preventivas, por lo que no conllevan riesgos de

mayor significancia para el proyecto. Con respecto a

la geodinámica interna, se determinaron los

parámetros sísmicos de diseño en función a los

requerimientos de norma del Manual de Diseño de

Puentes del MTC.

La investigación geotécnica fue desarrollada

concordantemente con las especificaciones ASTHO

LRFD y se apoyó en los indicadores cualitativos RMR

y RQD, así como en ensayos de geomecánica

practicados en el correspondiente laboratorio,

definiéndose cotas de cimentación, capacidades de

carga admisibles y asentamientos elásticos

potenciales para tensiones límite, tanto para la

fundación de los estribos como de los macizos de

anclaje de cada una de las márgenes. Adicional-

mente se efectuó un análisis cinemático del talud

rocoso para efectos de determinar las condiciones

de estabilidad durante el proceso de excavación,

necesario para la fundación de los cimientos de la

estructura, determinándose los taludes de corte

más apropiados para cada uno de los apoyos.

En la medida que a nivel de la fundación se observó

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evidencia pretérita de actividad hidroterrmal que

dio lugar a una serie de vetillas para las que se

presume una asociación genética con minerales

sulfurados nocivos para el concreto e incluso para

las armaduras de acero se investigó mediante

análisis químicos cuantitativos el grado de

agresividad del sustrato. Sin embargo, los

resultados reportados arrojaron contenidos no

agresivos a pesar de lo cual, basados en las

observaciones macroscópicas, se recomendó

emplear cemento tipo II para la construcción de la

subestructura.

En agosto del 2008 se inició la construcción del

puente según los lineamientos establecidos por el

correspondiente expediente técnico, obra que fue

paralizada de facto a inicios del 2009, quedando

inconclusas las excavaciones requeridas para fundar

la subbestructura del puente.

Durante el proceso de eliminación parcial del

material de cobertura fue posible observar

parcialmente la morfología del sustrato de

fundación, lo cual ha hecho posible también

introducir ajustes de adecuación del diseño de los

cimientos ya que se comprobó que el contratista

había efectuado en ambos apoyos y particular-

mente en el del lado derecho, una sobreexcavación

inecesaria y sobre todo indeseada por razones

técnicas. Por consiguiente el nuevo expediente

técnico elaborado para ejecutar el saldo de obra

contempla esta necesidad de adecuar los cimientos

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a las nuevas condiciones morfológicas evidenciadas

a nivel del sustrato de fundación. Concordante-

mente con lo expuesto, se efectuó la evaluación

geológica-geotécnica de la fundación de la

subestructura del puente, bajo las condiciones

imperantes en julio del 2009. Para este propósito se

contó con información adicional de dos sondajes

prospectivos, uno de naturaleza geofísica y otro

consistente en una perforación rotativa diamantina,

con recuperación de muestra.

El sondaje prospectivo geofísico consistió en definir

gráficos de domócronas a partir de las propiedades

de refracción sísmica inherentes a la litología

subyacente, medidas a través de un tendido de

líneas sísmicas que totalizó 174 m. En base a dichos

gráficos se estimó la profundidad del contacto

suelo-roca, con un rango de aproximación de 1 m.

El sondaje de perforación se efectuó mediante un

taladro de 16.10 m a la altura del apoyo del lado

izquierdo, recuperándose una columna de muestra

que fue selectivamente enviada al laboratorio de

mecánica de rocas a efectos de investigar sus

propiedades físicas, entre ellas su resistencia a la

rotura según cargas triaxiales.

Los diversos procesos de evaluación, muestreo y

ensayos, efectuados hasta la fecha, han documen-

tado de manera solvente las propiedades físico-

mecánicas de los diversos horizontes litológicos, las

cuales son adecuadamente descritas a partir del

índice RQD, el mismo que reporta valores

comprendidos dentro del rango >10% - >40%.

La evaluación geotécnica ha permitido formular una

propuesta de adecuación de la subestructura a las

nuevas condiciones morfológicas que evidencia el

sustrato de fundación. Ésta contempla, en el caso del

apoyo del lado derecho, el relleno del volumen

sobrexcavado con concreto ciclópeo f'c = 175 kg/cm2,

a efectos de restituir las propiedades confinantes al

terreno de fundación. Paralelamente, considerando

que el uso de explosivos ha generado una zona de

relativa baja velocidad de onda sísmica, se ha

considerado conveniente restituir las propiedades

geotécnicas a la roca mediante la inyección selectiva

de concreto a través de taladros cortos que en

conjunto no deberán sumar más de 20 m.

En el apoyo izquierdo se sugiere procurar una

interfase rígida entre el macizo de anclaje y el

sustrato rocoso, mediante concreto ciclópeo f'c =

175 kg/cm2, a fin de aportar propiedades

confinantes a la fundación, a la vez se ha

considerado apropiado mejorar las propiedades

geotécnicas de la roca de fundación mediante la

inyección de concreto a través de ocho taladros de 7

m de longitud cada uno y anclar los macizos por su

faceta frontal a la roca, mediante ocho barras

helicoidales de acero de 9 m de longitud y 1" de

diámetro, con una resistencia mínima a los

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esfuerzos de tracción de 30 Tn cada una.

Finalmente, solo por razones de menor costo más

no técnicas, se recomendó aumentar las

dimensiones del macizo de anclaje, manteniendo su

geometría y todas sus otras características de

diseño.

El análisis de la solvencia estructural del sustrato de

fundación para atender las solicitaciones de

esfuerzos demandadas por el proyecto, ha

permitido concluir que este es estructuralmente

solvente, esperándose una deformación máxima

por asentamiento bajo condiciones pseudo-

estáticas de 1.02 mm, valor admitido por el

protocolo normativo ASHTO LRFD y por el diseño de

la estructura. Asimismo, a partir del asentamiento

relativo, se ha establecido que el material de relleno

estructural no aporta rigidez significativa a la

fundación por lo que eventualmente se puede

prescindir de éste. En caso de que el proyectista

opte por el mismo, el análisis de las propiedades

físico-mecánicas del suelo natural aluviónico que

conforma la cobertura inconsolidada en la zona de

fundación del macizo de anclaje del lado izquierdo

del puente, permite concluir que éste constituye un

material adecuado para acondicionarlo como tal

mediante mezcla en una proporción entre el 10% y

el 50% con material de cantera.

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Finalmente, la evaluación geológica-geotécnica

efectuada al suelo y sustrato de fundación del

puente, después del inicio y subbsecuente

paralización de la obra, ha permitido concluir que

existe plena concordancia entre el modelo

geológico, las hipótesis de diseño y la realidad

confrontada, más allá de situaciones que, por su

propia naturaleza, devienen en imprevisibles y que

inevitablemente plantean la necesidad de

pequeños ajustes en obra, procedimiento que se

encuadra como práctica habitual en la ingeniería de

construcción civil.

Comprende el

estudio de las propiedades físico-mecánicas del

suelo de fundación de los accesos al puente a

efectos de determinar los parámetros de diseño,

tanto de los terraplenes de acceso al puente como

del pavimento. Con este propósito se recopilaron

muestras de suelo mediante calicatas espaciadas

cada 100 m y de 1.5 m de profundidad, dándoles el

• Suelos, canteras y fuentes de agua.

tratamiento especificado por los estándares ASTM

2006 y EG 2000.

Dentro del contexto explicado las muestras fueron

sometidas a análisis granulométricos, ya ensayos de

proctor modificado y CBR, con el propósito de

determinar la capacidad de soporte del suelo. Se

investigaron los límites de Atterberg, para

finalmente clasificar los resultados en términos de

los criterios SUCS y ASHTO. El procedimiento de

investigación descrito permitió concluir que la

naturaleza del suelo de fundación de los accesos es

relativamente homogénea, correspondiendo a un

suelo areno-limoso (clasificado como SM, según

criterio SUCS y como A-1-b(0), según el criterio

ASSHTO) para el que se ha determinado una

condición fronteriza de calidad regular, aceptable a

nivel de subrasante.

La evaluación de las canteras para material de

relleno y agregados para concreto permitió

establecer que los depósitos naturales de material

granular aprovechable guarden relación genética

con la actividad fluvial del río Marañón, el cual da

lugar básicamente a dos tipos de depósitos de grava,

arena y bolonería gruesa: depósitos en terrazas

remanentes por abandono de cauce y playas

originadas luego de la estación de creciente fluvial.

Los primeros son de naturaleza permanente ya que

pueden ser explotados durante cualquier época del

año, previo desbroce de una capa de cobertura

arcillosa; mientras que los depósitos de playa son

estacionales ya que solo pueden eventualmente ser

explotados en el periodo de estiaje que acontece

entre los meses de mayo y octubre; además, posen

la particularidad de ser muy cambiantes en lo que

respecta al volumen de material así como a las

características granulométricas del mismo.

El estudio de canteras definió dos yacimientos de

grava-arena como potencia les para los

requerimientos del proyecto: la Cantera Rentema I y

la Cantera Acerillo. Adicionalmente se identificaron

cinco sectores en los que suelen desarrollarse

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playas naturales luego del descenso del nivel de

aguas del río Marañón y un depósito permanente

de material, el cual podrá valorarse como una

alternativa extrema ya que se encuentra a una

distancia considerable del proyecto.

La construcción del puente Salinas involucra los

accesos respectivos y, por consiguiente, existen

trabajos de explanación consistentes en cortes y

rellenos que implican un volumen de material

suelto a remover de 973 m3 y un volumen de

material de relleno de 1,500 m3.

El material para relleno estará constituido por una

mezcla de aproximadamente 500 m3 de material

seleccionado que se proyecta extraer en el proceso

de excavaciones para la construcción del acceso

izquierdo hasta alcanzar la cota de subrasante, y de

1,000 m3 que deberán extraerse de la denominada

cantera Acerillo, la cual consiste en un depósito de

material aluvial ubicado a la altura del km 25+100,

lado izquierdo de la carretera Bagua Chica-Puente

Salinas. Este lugar está conformado por canto

rodado grueso y grava de geometría redondeada de

origen polimíctico con distribución heterométrica y

multimodal en una matriz de arena limosa; material

clasificado como GP-GM según el estándar del

Sistema Unificado de Clasificación de Suelos.

La filosofía de diseño del

pavimento requiere que éste sea capaz de soportar

las cargas que el tráfico ocasiona sin que se

• Diseño de pavimento.

produzcan desplazamientos en la superficie, base o

sub-base, facilitando que la carga se transmita a

través de los áridos a las capas inferiores, donde son

finalmente disipadas.

El diseño del pavimento se apoya en el análisis de

tráfico, el cual determinó un índice Medio Diario de

101 vehículos. Para este requerimiento se

estableció que el pavimento estará compuesto de

una capa de espesor mínimo de 0.25 cm y se

encontrará sobre la subrasante natural del terreno,

debido a que ésta cuenta con una capacidad de

soporte aceptable, tal como reportaron los

respectivos ensayos de laboratorio.

Aquí se

presentó el procedimiento para la evaluación de las

presiones transmitidas y las deformaciones

suscitadas ante las reacciones del puente Salinas

sobre los macizos de arranque, considerando la

interacción suelo-estructura.

El análisis estructural del macizo del arranque del

estribo izquierdo del puente en arco está basado en

las partes aplicables de las normas técnicas y

reglamentos para diseño siguientes:

Reglamento Nacional de Estructuras, Norma

Técnica de Edificación. Cargas E-020.

· Especificaciones ASHTO (American Association

of State Highway and Transportation Officials-

• Análisis estructural del comportamiento de los

macizos de arranque - memoria de cálculo.

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Asociación De Productores De CementoAv. Carlos Villarán 504, Urb. Sta. Catalina, Lima 13 - PERÚ · Tel.: 472-7654 Fax: 471-9817 · [email protected]

Standard Specifications for Highway Bridges)

versión LRFD.

· Manual de Diseño de Puentes de la Dirección

General de Caminos y Ferrocarriles del

Ministerio de Transportes y Comunicaciones.

El concreto utilizado en la estructura tiene una

resistencia a la compresión especificada f'c=210

kg/cm2.

Las reacciones del puente sobre los macizos han

sido tomadas de las notas de cálculo del estudio de

estructuras del proyecto original, las cuales son las

siguientes:

· Cuadro 01 - Reacciones del puente sobre los

macizos.

· Cuadros 02 y 03 - de acuerdo a las características

del terreno. Rigideces de suelo.

Cabe resaltar que el análisis estructural se ejecutó

mediante la utilización del programa de cálculo

Otros detalles

electrónico SAP2000 Advanced versión. La

idealización de los macizos se ha efectuado

mediante elementos finitos de cuatro y tres nudos

denominados AREA (Shell). La interacción suelo-

estructura se ha representado mediante resortes

con la propiedad de ser solicitados solo a fuerzas de

compresión con entidades denominadas SPRING.

Considerando que los macizos de arranque tendrán

un comportamiento de cuerpo rígido se han forzado

los nudos que representan a los elementos, para

que tengan el mismo desplazamiento y giro a través

de la propiedad Constraint.

Para la idealización se ha considerado que los

macizos tienen contacto con el terreno en todas sus

caras, excepto en las frontales (hacia el arco) y la

superior, condición considerada como la más

desfavorable.

Publicación con autorización de laRevista Constructivo oct-nov 2011. Ed. 83.

www.constructivo.com