MEMORIA DESCRIPTIVA

PROYECTO : AUTOPISTA POCOLLAY - CALANA

SUB – PROYECTO : PUENTE PIEDRA BLANCA – TIPO LOSA CONTINUA L = 20 m

UBICACIÓN : DISTRITO : Calana

PROVINCIA : Tacna

DEPARTAMENTO : Tacna

1. GENERALIDADES:

La presente memoria descriptiva está referida a la realización de los estudios definitivos para la ejecución del proyecto “Asfaltado de la autopista Pocollay - Calana”: Obra: Puente Piedra Blanca, ubicado en la progresiva del Km 08.

2. OBJETIVOS DEL PROYECTO:

El objetivo del proyecto es el de mejorar la infraestructura vial existente entre las localidades de Pocollay, Calana y Pachía; logrando de esta manera proporcionar seguridad a la población en su desplazamiento Inter. Distrital y brindar un tránsito rápido y fluido para el traslado de los turistas que visitan las campiñas de la ciudad de Tacna, como son: Pocollay, Calana y Pachía.

3. UBICACIÓN:

Este puente está ubicado en la progresiva Km8 +00 de la Autopista Pocollay - Calana sobre el río Caplina en el anexo de Piedra Blanca, distrito de Calana, provincia Tacna, Departamento de Tacna.

4. ESTUDIOS REALIZADOS:

Para el desarrollo del proyecto, previamente se ha tenido que realizar estudios básicos de ingeniería, con el fin de obtener los datos necesarios para la elaboración del mismo, los cuales son:

- Estudios topográficos:

Se realizó los trabajos de campo que permitieron elaborar los planos topográficos.

Con estos, se proporcionó información de base para los estudios de hidrología e hidráulica, geología, geotecnia, así como ecología y sus efectos en el medio ambiente.

Posibilitó la definición precisa de la ubicación y las dimensiones de los elementos estructurales.

Permite establecer puntos de replanteo durante la construcción.

- Estudios de Hidrología e Hidráulica:

Los cuales establecerán las características hidrológicas de los regímenes de las avenidas máximas y extraordinarias y los factores hidráulicos que conllevan a una real apreciación del comportamiento del río que permiten definir los requisitos mínimos del puente y su ubicación óptima en función a los niveles de seguridad o riesgos permitidos o aceptables para las características particulares de la estructura.

- Estudios Geológicos y Geotécnicos:

Con los cuales se permitió establecer las características geológicas, tanto local como general de las diferentes formaciones geológicas que se encuentran identificando tanto su distribución como sus características geotécnicas correspondientes.

- Estudios de peligro sísmico:

Estos tuvieron como finalidad la determinación de espectros de diseño que definen las componentes horizontales y verticales del sismo a nivel de la cota de cimentación.

- Estudios de Impacto ambiental:

Debido a que la construcción de un puente modifica el medio y en consecuencia las condiciones socio- económicas, culturales y ecológicas de ámbito donde se ejecutan; y allí cuando surge la necesidad de una evaluación bajo el enfoque global ambiental. En nuestro caso esta modificación es positiva para los objetivos sociales y económicos que se tratan de alcanzar.

5. DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO:

Siendo la Carretera en estudio, una vía principal de comunicación entre los distritos de Pocollay –Calana y a demás como parte integral de la Carretera Internacional Tacna- Collpa- La Paz, las características son de 2da. Categoría, aunque el número de vehículos por día son menores a los especificados por las Normas Peruanas para el diseño de Carreteras (I.M.D. comprendidos entre 400 – 200 veh/día).

El Puente Piedra Blanca, por las características de su ubicación y servicio, tendrá una luz de 20 m, de losa continua (longitud considerada de eje a eje) de 10m cada tramo, la superestructura es de concreto armado y la subestructura será: Los estribos de concreto ciclópeo, y el muro de apoyo de concreto armado (muro de corte). Este puente será diseñado para un tren de carga de móvil estándar H-20 S-16 (camión más pesado de la AASHTO con un peso de 36 toneladas).

6. CARACTERÍSTICAS GENERALES DE DISEÑO:

TIPO DE PUENTE : Losa continua de 2 tramos

Constantes de Diseño

Ancho de vía : 7.20 m (2 carriles)

Carga Móvil : H-20 S-16

Luz total del Puente : 20.80 m

Luz de eje a eje : 10.00 m

Luz total de cada tramo : 10.40 m

Talud del estribo : 1:2

Concretos:

Losa f’c= 210 Kg/cm2

Vereda : f’c= 210 Kg/cm2

Barandas : f’c= 210 Kg/cm2

Viga sardinel : f’c= 210 Kg/cm2

Muro de corte : f’c= 210 Kg/cm2

Estribos : f’c= 140 Kg/cm2 + 30% P.G.

Cimentación del muro : f’c= 210 Kg/cm2

de corte

Cimentación del estribo : f’c=140 kg/cm2 + 30% P:G

Coeficientes de rozamiento y datos del terreno

Entre suelo y concreto : 0.5

Entre concretos : 0.7

Angulo de fricción interna : φ= 40°

del suelo

Capacidad Portante del suelo : 2.8 kg/cm2 (máximo)

Consideraciones de estabilidad

Seguridad al volteo : 2

Seguridad la deslizamiento : 1.5

7. DESCRIPCION DE LAS ESTRUCTURAS DEL PUENTE:

a) SUB ESTRUCTURA:

Estribos:

Son estructuras diseñadas para transmitir cargas procedentes de la superestructura a la cimentación, haciendo también las veces de muro de contención de los rellenos; consta de las siguientes partes:

Cimentación

Es la parte enterrada en el terreno, recibe el empuje de tierras por tos sus lados y que por consiguiente se anulan, sirve para alcanzar el terreno resistente, precaviéndose así contra hundimientos o socavaciones. Son elementos construidos de concreto ciclópeo de f’c= 140 Kg/cm2, mezcla de 1:2:4 + 30% P.G. con un tamaño máximo de 12”

Cuerpo del Estribo

Es la parte que sobresale del terreno soportando el empuje de las tierras. Los 2 estribos consisten en muros de concreto ciclópeo (f’c= 140 Kg/cm2), cimentados sobre zapatas, ambos estribos tienen alas de 45 grados inclinados a una longitud de 15 m.

Parapetos

Los parapetos en ambos estribos serán de concreto reforzado de f’c=210 Kg/cm2, de tal manera que la cajuela permita el acomodo libre de la superestructura.

Alas de estribos

Son estribos que son continuidad del mismo cuya función es de protección y encauzamiento para los que se efectuará los trabajos de cimentación.

Muro de Apoyo:

El apoyo central será diseñado como muro de corte de concreto armado de f’c=210 kg/cm2, contando con una cimentación también de f’c=210 kg/cm2 con el fin de que sirva de empotramiento al terreno. Este contará con su cimentación armada.

b) SUPER ESTRUCTURA:

Son estructuras de concreto armado para soportar las cargas originadas por sobre carga, el impacto, peso propio y consta de las siguientes partes:

Losa o tablero de rodadura:

La losa, que forma parte de la superestructura será construida de concreto reforzado; de concreto f’c= 210 Kg/cm2 y acero corrugado de f’y = 4200 Kg/cm2; directamente apoyada sobre los estribos en los extremos y en su parte central sobre un muro de apoyo.

La losa tendrá un espesor de 0.70 m en una longitud de 10.0 m en cada tramo, hasta su longitud total de 20m (distancia a ejes), tendrá un ancho total de 7.20m

Sobre la losa irá dispuesta una capa de asfalto de 2” de espesor sobre la cual transitarán los vehículos.

Viga de Borde:

Según las especificaciones de la AASHTO fijan como mínimo, que para la viga sardinel de losas continua, debe ser diseñada para soportar un momento de 0.08 PL y si cuenta con vereda se debe considerar la sobrecarga de la misma. Siendo de concreto armado f’c= 210 Kg/cm2 y acero corrugado de fy = 4200Kg/cm2.

Barandas:

Son estructuras diseñadas para la protección vehicular y peatonal, a los lados del puente, serán construidas de concreto f’c=210 Kg/cm2 y acero corrugado de fy= 4200 Kg/cm2.

Las fuerzas mínimas sobre las barandas dependen del nivel de importancia del puente, en nuestro caso el puente es de 2º nivel de importancia: PL-2 Usado para estructuras grandes y velocidades importantes en puentes urbanos y en áreas donde hay variedad de vehículos pesados y las velocidades son las máximas tolerables (Propuesta para Reglamentación de Puentes en Perú).

Veredas:

Son losas de concreto reforzado construidas a partir de los sardineles, sirven para tránsito peatonal con un espesor de 0.20 m y un ancho libre de 1.00 m construido a ambos lados del puente cuyas características se detallan en los planos, estructuralmente son similares a la losa de la rodadura. Serán diseñadas para una sobrecarga de 400 kg/m2.

Apoyos y Juntas de dilatación y construcción:

Se ha considerado dos apoyos móviles, en lado derecho (estribo) y central del puente (muro de apoyo) y un apoyo fijo en el lado izquierdo (estribo). El modelado estructural se especificará en los puntos siguientes.

Las placas que servirán como apoyo serán de Neopreno, como se especifica en la parte de dimensionamiento, las dimensiones y el dispositio de estas placas deberán estar de acorde con los planos, el emplazamiento en mortero (f’c = 210kg/cm2) que sostienen los soportes de Neopreno serán cuidadosamente enrasados y pulidos a los niveles indicados. Su perfecta

horizontalidad deberá ser controlada para asegurar un asiento uniforme de los apoyos de Neopreno.

Se ha considerado juntas de dilatación a los extremos de la superestructura de los puentes (entre la losa y los estribos), las cuales serán cubiertas con asfalto, será de 0.10m.

Las juntas de construcción serán de 2 tipos: dentadas o del tipo cerrado. Las juntas en las zonas de los pilares, en nuestro caso muro intermedio de apoyo, de los puentes continuos serán de tipo cerrado. Estas estarán localizadas donde se indiquen los planos, generalmente se colocan donde el esfuerzo cortante sea mínimo. Antes de colocar el nuevo concreto, los encofrados deberán ser apretados firmemente al concreto ya colocado y la superficie vieja deberá ser recubierta completamente con una capa muy delgada de cemento puro.

Desagües de aguas:

Las aguas superficiales que caigan sobre el tablero de concreto o losa serán eliminadas dando un bombeo a la calzada de forma que las pendientes hacia los lados extremos de la misma sean del orden de 2% y desagüen en unos sumideros de tubería PVC SAL de 3” distanciados en forma equidistante uno a continuación de otro y en ambos lados.

8. CLIMATOLOGIA E HIDROLOGIA:

a) CLIMATOLOGIA:

El área que abarca el Estudio Definitivo de Ingeniería, se ubica en el flanco occidental de la Cordillera Andina, en las estribaciones de la Costa. Por su emplazamiento geográfico y por su altitud de 700 m.s.n.m. hacen que la zona sea de tipo sub- tropical, con una temperatura promedio anual de 19.5 grados centígrados, ala humedad relativa anual de 64.6% y una velocidad de viento de 2.5 m/seg. La evaporación es considerada alta, registrándose una evaporación promedio mensual de 123.2mm. La precipitación promedio anual es de 3.2mm. La información es de fuente del SENAMHI – Tacna.

Por tanto, por climatología y precipitaciones pluviales, no hay limitación de obra en cuanto a las explanaciones, pudiendo ejecutarse durante todo el año.

En cuanto a la colocación de la carpeta superficial, preferentemente deberá ejecutarse cuando las condiciones climáticas lo permitan, de acuerdo a las especificaciones técnicas pertinentes.

b) HIDROLOGIA:

El registro hidrológico de la zona del proyecto se ha apoyado en las observaciones de SENAMHI en la estación metereológica de Tacna.

Por ser muy pequeñas las cuencas, y por lo limitado de las laderas que están en su etapa inicial y por su disectación próxima, el drenaje pluvial es fácilmente evacuable por estar bien definidos los cursos de acumulación de aguas pluviales.

Como información complementaria, se ha tomado la información de los niveles de aguas máximas de las marcas dejadas por el río en los estribos del puente existente y siendo el nivel de aguas mínimas de cero, porque en la época de estiaje es cause es cero.

9. DISEÑO DEL PUENTE LOSA -METODO DE DISEÑO:

El puente, es una obra que permite franquear un obstáculo natural (desnivel) o el cause de un río, en este caso nos referimos al cause seco del río Caplina, pero que en épocas de avenidas entre los meses de diciembre a abril, tiene un caudal aproximado de 10m3/seg. y tiene material de arrastre por la calidad del suelo y la pendiente del terreno, por lo que se tiene que tomar en cuenta todos estos

aspectos, para el diseño de las partes del puente: para obtener una obra vial con comodidad, seguridad y economía del proyecto.

En el presente caso para la ubi9cación del puente se tiene condiciones inamovibles o invariables, por la ubicación de la vía paralela a la existente, por lo que se tiene que dar solución adecuada al tipo de suelo existente, así como la separación de estribos y demás características.

Una vez ubicado el puente, elegimos el tipo de estructura.

En el Perú, gran porcentaje de vehículos pesados es de fabricación Norte Americana, por lo que adoptamos las prescripciones del Reglamento de los EEUU denominado AASHTO AMERICAN ASSOCIATION OF STATE HIGHWAY AND TRANSPORTATION OFFICIALS y en algunos casos se adoptó las estipulaciones que rige la PROPUESTA DE REGLAMENTO DE PUENTES (Dirección General de Caminos y Ferrocarriles Ministerio de Transportes y Comunicaciones).

En el presente caso adoptamos un puente hiperestático, de acuerdo a un sistema mecánico elegimos el de losa continua de concreto armado, cuyos apoyos serán diseñados de acuerdo a la Capacidad Portante del Suelo (estribos) y de acuerdo al Método Empírico (muro de corte) y la losa de acuerdo al Método de Rotura o Resistencia Ultima (MRU).

10.DIMENSIONAMIENTO:

La luz de cada tramo del puente tipo losa continua, se determinará entre ejes de apoyos, en nuestro caso nuestro puente losa cuenta con 2 tramos, siendo de 10m de luz cada uno de ellos. En el punto intermedio se colocará un muro armado, que servirá de apoyo al puente.

Modelado Estructural:

10.00 m 10.00 m

a) DIMENSIONAMIENTO DE LA SUPERESTRUCTURA:

Espesor de la losa: (H)

Para puentes tipo losa simplemente apoyado, el espesor H de la losa se estimará de la siguiente manera:

Longitud < 6m H = Luz/12

Longitud > 6m H = Luz/15

En nuestro caso, al ser un puente losa continua, predimensionaremos la losa como si fuera aislada es decir considerando la luz de cada tramo (10 m)

Entonces tenemos:

Luz de cada tramo = 10 m …………. H = L /15

H = 10/15

H = 0.66 m

Se considerará por cuestiones de seguridad y razones constructivas H = 0.70 m

Viga de borde:

En este tipo de puentes: Losa continua, el refuerzo se dispone paralelo al tráfico, entonces se requerirá el empleo de vigas de borde o sardinel, las cuales estarán diseñadas para absorber un momento por sobrecarga del camión normalizado de:

Momento = 0.08 P L P = Carga por rueda

L = Luz efectiva

Entonces el predimensionamiento de la altura y base de la viga será:

h = L /12

h = 10/12……………h = 0.83 m

Se considerará por razones constructivas h = 0.90 m

b = 0.3 a 0.5 h

b = 0.5 (0.90)………b = 0.45 m

Se considerará por razones constructivas b = 0.50 m

Vereda:

Se diseñará una vereda que trabaje en voladizo, la cual estará sometida a una sobrecarga actuante de 400 Kg/m2 y tendrá las siguientes dimensiones:

Ancho de vereda = 1.0 m

Espesor de vereda = 0.20 m

Baranda:

La altura de la baranda por razones de seguridad tanto para peatones como para los vehículos se asumirá:

Altura de baranda = 0.90m

La baranda estará sometida a los siguientes esfuerzos:

Dispositivo de apoyo:

Vereda Viga de borde

220kg/m

140kg/m

0.70m

1.00m 0.5m

Losa0.9m

0.20m

0.9m

S/C = 400kg/cm2

Baranda

Se usarán placas de hule denominadas NEOPRENO. Las placas de hule para apoyos de puentes tienen tres ventajas importantes, son económicos, efectivos y no requieren de mantenimiento mayor.

A) Economía:

Debido a la sencillez del proyecto, facilidad de fabricación y bajo costo de los materiales. Los apoyos de neopreno no tienen partes móviles, constan simplemente de una placa o más de neopreno de 2.5cm aproximadamente de espesor colocada entre la losa y la corona del muro de corte o estribo.

B) Efectividad:

Una ventaja muy importante del apoyo de neopreno es su efectividad como medio para la transferencia de la carga. Cuando soporta cargas de compresión la placa de hule, absorbe las irregularidades de la superficie y de esa manera las imperfecciones salientes como las hundidas que tiene la superficie de concreto todas soportan la carga.

No hay manera de que el apoyo sea inutilizado por la corrosión y que se transmita así un empuje excesivo a la pila o estribo sobre los que apoya la trabe.

C) Mantenimiento:

La tercera ventaja importante de un apoyo de neopreno es que necesita menos conservación que cualquier otro elemento del puente.

El neopreno actualmente se usa para apoyos de puentes por dos razones importantes: tiene las propiedades físicas que se requieren y es altamente resistente al deterioro debido al intemperismo. A continuación se enumeran las características representativas del Neopreno:

1.- Resistencia. La resistencia del neopreno a la compresión es más que suficiente para soportar cargas de puentes. Cuando el proyecto se ha hecho adecuadamente, el apoyo de neopreno puede soportar cargas a la compresión de hasta 70 Kg/cm2. Además la mayor parte de la deformación plástica tiene lugar en los primeros diez días de carga.

2.- Durabilidad. En su resistencia al deterioro en neopreno es marcadamente superior al hule natural y a cualquier otro hule sintético y que pudiera satisfacer los requisitos físicos de las placas de apoyo para puente. La vida útil de un neopreno es de aproximadamente 40 años. Sin darle ningún tipo de mantenimiento hasta 35 años.

Cada unidad de apoyos esta construida por placas de neopreno intercalada con chapas de acero.

La composición, dimensiones y características de las unidades de apoyo responderán a lo indicado en los planos.

Junta de Dilatación JA 90 – JA 120

Junta de dilatación, compuesto goma (neopreno) –metal Según especificaciones técnicas , sera rellenado con asfalto y será colocado entre la losa

y los estribos. Para lugares muy exigidos Ej.: Puentes, autopistas aéreas, etc

  Junta de Dilatación tipo Thormack

Material compuesto por una mezcla granular, ligante bituminoso. Máximos movimientos horizontales admisibles:+- 25mm Máximos movimientos verticales admisibles: +- 5mm.

Oblicuidad máxima de la junta respecto al eje longitudinal del puente: 45° Será colocada entre la losa y el apoyo intermedio.

La Sección Transversal del Puente será:

b) DIMENSIONAMIENTO DE LA SUBESTRUCTURA:

Estribos:

El espesor superior del estribo será:

e = h/10 h = altura del cuerpo del estribo = 5.0 m

e = 5.0/10

e = 0.5 m

La altura de la cajuela se considerara igual a la altura de la losa mas 10 cm (3 pulg. que corresponde a la altura del apoyo de neopreno)

H1 = h losa + h apoyo

H1 = 0.7 +0.1

H1 = 0.8 m

El ancho de la cajuela se considerará aproximadamente de 1m, con el fin de que la losa del puente se acomode de manera segura y adecuada.

a =1.0m

La cimentación del estribo se considera con una altura de 1.5 m

Como el talud es de: 1:2, las demás dimensiones son como se aprecia en el siguiente gráfico:

Esquema del diemnsionamiento del estribo:

Asfalto = 2”

Losa

Baranda

1.0m 0.50m 7.50m 0.50m 1.0m

10.50m

0.90m

0.20m

0.70m

El dimensionamiento de las alas del estribo será de la siguiente manera:

Para hallar la longitud del ala utilizaremos el método grafico

2.88 2.12m

Se tiene un talud de terreno = 1:1

Angulo de inclinación que forma con el estribo es de 45º con respecto a la horizontal.

Asumiendo una longitud de 3.0m del ala

1:2

0.80m

4.20m

1.50m

0.70m 2.10m 1.0m 0.50m 0.70m

6.50m

5.0m

5.0m 1: 1

1:1

Talud terreno

5.00m

3Sen 45ª = 2.12m

Muro intermedio de apoyo:

Los muros de concreto armado pueden resistir cargas verticales y cargas horizontales perpendiculares y paralelas a sus caras.

El diseño de muros de concreto armado sometidos a compresión puede efectuares a través de dos métodos, el método empírico y el método general de diseño.

En nuestro caso el método que se utilizara será el método empírico ya que satisface las siguientes condiciones:

1) La sección del muro es rectangular y la excentricidad de la carga axial es menor que un sexto de la dimensión del muro, es decir, el muro esta sometido íntegramente a compresión.

2) El espesor del muro es e ≥ menor dimensión del muro e > 10cm

25

e > 5.0 / 25 = 0.2 e > 10cm

e = 0.2 m

3) La cimentación será de 0.5m

4) El modelado estructural será:

5.0m

0.50m

0.7m 8.20m 0.7m

Modelado estructuralB=4m

A = 9.6m

Pu