8. INFORME DE ESTRUCTURAS Y OBRAS DE ARTE

8.1. GENERALIDADES

El presente informe desarrolla la relación y el detalle de las estructuras propuestas que forman parte de la carretera en el tramo de Pampas – Ventana 1, tanto aquellas que forman parte de las obras de drenaje como también las estructuras de contención que garantizarán la estabilidad de la plataforma de la vía.

El tramos desarrollado Pampas - Ventana 1 constituye un trazado de construcción nuevo, por lo cual no se cuenta con estructuras existentes. A continuación se describe las estructuras proyectadas en este sector.

8.2. DESCRIPCIÓN DE LAS ESTRUCTURAS PROYECTADAS

a) ALCANTARILLAS

Alcantarilla Tipo TMC (Tubería Metálica Corrugada)

Las alcantarillas TMC se han planteado de modo que el relleno de cobertura sobre la tubería cumpla el mínimo establecido por el fabricante, garantizando que se genere el efecto arco y la sobrecarga vehicular no genere daño en la tubería. Los cabezales y la caja receptora son de concreto simple f’c = 175 Kg/cm2. La tubería se colocará sobre un solado de material de subbase granular con un espesor de 15cm.

Alcantarillas Tipo MC (Marco de Concreto)

La estructura de estas alcantarillas está constituido por concreto armado con resistencia del concreto f’c = 210 Kg/cm2.

Diseño Estructural:

El diseño estructural se ha realizado tomando en cuenta el Manual de Diseño de Puentes del MTC así como la aplicación de las normas AASHTO – LRFD, las mimas que toman en cuenta la aplicación de los estados límites, que para el caso de las alcantarillas resulta adecuar el estado límite de Resistencia I.Para el diseño de las alcantarillas marco de concreto armado, se ha considerado la profundidad más desfavorable de las alcantarillas.

Para la aplicación de las cargas vivas se ha considerado la aplicación del camión HL-93 cuyo efecto o presión de carga se atenúa o disipa en función de la profundidad de la alcantarilla.

Las cargas de impacto se consideran variables en razón a la profundidad de enterramiento de las alcantarillas. Para determinar las presiones laterales del terreno sobre la estructura, se aplica el coeficiente de reposo Ko por las condiciones de rigidez del marco con desplazamiento restringido.

Se ha considerado la aplicación del método de fundación elástica, considerando un valor del módulo de balasto acorde al tipo de material predominante en la cimentación, cuya elasticidad se aplica a elementos tipo resorte en el modelo del análisis.

Los aleros de las alcantarillas se han diseñado como muros de contención tipo cantiléver, y se ha dimensionado también el parapeto sobre el cabezal de modo que brinde el soporte adecuado a la altura de relleno que hay hasta el nivel de rasante.

La relación de alcantarillas proyectadas se menciona en la descripción del sistema de Drenaje del presente estudio.

b) ESTRUCTURAS DE CONTENCIÓN

Con el objetivo de disminuir los volúmenes de movimiento de tierras, o como complemento a obras de drenaje transversal, se han proyectado muros de contención en concreto ciclópeo y concreto armado en aquellas las zonas de la carretera a media ladera en que la implantación de la plataforma requiere la ejecución de rellenos o cortes de gran altura, especialmente en terrenos con fuerte inclinación transversal. Tomado en cuenta el aspecto económico se ha considerado utilizar muros de concreto ciclópeo para las alturas menores en el rango de 1.50m a 3.0m y muros de concreto armado en el rango de 3.50m a 8.0m.

Para definir la ubicación, longitud y características de los muros de contención, se realizó una evaluación de las secciones transversales de la carretera según el trazado geométrico en planta y perfil a lo largo de toda la extensión del tramo en consideración.

De esta forma, en el tramo de Pampas - Ventana 1 se han proyectado un total de 16 muros con una longitud total de 217.7m con alturas variables entre 1.50m y 6.50m los cuales se detallan en el siguiente cuadro.

MUROS PROYECTADOS

TRAMO PAMPAS – VENTANA 1

Nº INICIO FIN LONGITUD (m)

ALTURA (m)

PRESION TRANSMITIDA (Servicio I) (Kg/cm2)

1 10+717 10+732 18.0 2.50 – 3.50 0.962 11+752 11+764 12.0 2.00 – 3.00 0.863 14+394 14+434 42.0 2.50 – 3.50 0.964 15+077 15+093 18.0 1.50 – 2.50 0.735 16+057 16+088 32.0 1.50 – 2.00 0.566 16+923 16+927.5 4.5 3.50 0.967 17+110 17+133 23.0 2.00 – 6.50 1.348 17+499 17+508 6.6 4.00 1.129 17+607 17+613 5.4 3.50 0.96

10 18+615 18+632 13.2 2.00 – 3.00 0.8611 19+262 19+271 9.0 1.00 – 1.50 0.4212 19+995 19+998 3.6 1.00 – 1.50 0.4213 20+142 20+145 3.0 1.00 0.4914 20+159 20+170 11.0 2.00 – 2.50 0.7315 20+170 20+180 11.0 1.00 – 2.00 0.5616 20+324 20+329 5.4 1.00 0.49

TOTAL 217.7

Consideraciones en el Diseño Estructural

En los cálculos efectuados fueron adoptados los siguientes criterios:

a) Consideración del problema con una configuración plana. Esto significa que las dimensiones en la dirección perpendicular a la sección analizada son tomadas como infinitas. Esta hipótesis es comúnmente adoptada en diversos cálculos en geotecnia.

b) Para la sobrecarga proveniente del tránsito de vehículos que provocan un aumento en el empuje se considera una carga uniformemente distribuida equivalente en función de la altura del muro según el manual de diseño de puentes.

Altura del Muro (m)

H eq (m)

≤ 1.50 1.503.00 1.056.00 0.60

≥ 6.00 0.60

c) Consideración de efecto sísmico sobre el empuje activo, con incremento debido a las aceleraciones horizontales y verticales del suelo. Se determinó el incremento del empuje según el método de Mononobe Okabe. Estas aceleraciones provocan la aparición de fuerzas de inercia en las direcciones vertical y horizontal. Los valores de los coeficientes de aceleración son, por general, variables según cada territorio usualmente es indicado por normas específicas en función del riesgo sísmico de la zona donde será construida la estructura de contención.

Conforme se presenta en el informe del Estudio Geológico- Geotécnico, el tramo de la carretera está ubicado en la “Zona Sísmica 3” de sismicidad alta, definida en la Norma Técnica E.030, con factor Z = 0.40, correspondiente a una aceleración máxima del terreno con una probabilidad de 10% de ser excedida en 50 años.

En los cálculos fueron considerados las fuerzas de inercia en la dirección horizontal y vertical.

d) Consideración de la acción del empuje hidrostático sobre la cara interna de los muros equivalente a una carga hidráulica máxima igual a 1/3 de la altura del muro;

e) Consideración en el cálculo del empuje activo del efecto de la fricción entre el relleno y el muro.

f) Consideración en el cálculo de la fuerza resistente entre la base del muro y el

terreno de fundación formada por efecto de la fricción, que considera un ángulo igual a 2/3 del ángulo de fricción del terreno de fundación y por efecto de adherencia, que considera un valor igual a 50% del valor de la cohesión del terreno de fundación; en caso los muros sean cimentados directamente sobre roca, la fuerza resistente será calculada considerándose un ángulo de fricción de contacto concreto roca igual a 35º.

g) Se consideró el efecto resistente del empuje pasivo en la cara inferior externa del muro a la altura de la zapata.

Verificación de la Estabilidad de las Estructuras de Contención

La estabilidad de las estructuras de contención fue verificada para las condiciones indicadas a continuación:

Estabilidad contra el Deslizamiento Estabilidad contra el Volteo (Excentricidad) Presión en la Fundación

El valor de las presiones máximas según cada estado de carga que actúan en la fundación debe ser comparado con la máxima presión que resiste el suelo de fundación.

Factores de Resistencia

Los factores de resistencia que se ha considerado se presentan a continuación:

Factores de Resistencia

Condición Deslizamiento ExcentricidadMax

Capacidad de Carga de la Fundación

Normal con Sobrecarga 0.80 B/4 0.45

Sismo sin Sobrecarga 1.00 B/2.5 1.00

Resultados Encontrados

En el Anexo se presentan los resultados encontrados en el análisis agrupados según las alturas de los muros y considerando las condiciones de carga que establecen los estados límite de servicio, resistencia y evento extremo.

8.3. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

La implantación del tramo de la carretera en los tramos Pampas – Ventana 1 según el trazo definido en el presente estudio, necesitará la ejecución de 16 muros de contención con una extensión total de 217.70 m.