I. RESUMEN

En esta prctica nos hemos enfocado en los parmetros a usar para un correcto estudio geolgico en la zona donde se construir un puente, de manera que podamos observar los riesgos que enfrentara esta estructura para buscar soluciones o evaluar si la zona es ptima o no para una estructura de este tipo, basndonos en la morfologa de la zona, el tipo de formacin que presenta, el tipo de cimientos a usar, la trayectoria del ro; por lo que, para poder observar mejor estos parmetros observaremos un ejemplo real, el puente de la Huaraclla, el cual presenta datos reales y problemas que se han suscitado debido al tipo de material que acarrea el rio y la peculiar forma en la que el rio tiene su trayectoria. Tambin es preciso conocer las reseas histricas de este puente para poder hacer un correcto estudio empleando los conocimientos que desarrollamos en el cuestionario dado por el profesor del curso, en el cual entramos ms a fondo en este importante tema, pues estamos capacitados para realizar un correcto estudio de puentes basndonos en los parmetros usados para una correcta localizacin, construccin y estudio de esta estructura; as como observar e investigar puentes construidos en nuestro pas y que haya jugado un rol sumamente importante la geologa de la zona, asimismo estar informados sobre los riesgos que inevitablemente correr un puente para que podamos saber cmo contrarrestarlo a tiempo y evitar que la estructura sufra daos irreparables, tambin es de suma importancia los estudios previos y su correcta interpretacin, pues de no ser as la estructura estar en un gran riesgo de colapso, en los que el agua del rio jugara un papel sumamente importante, por lo que debemos hacer un correcto estudio hidrolgico basndonos en los mapas geolgicos y curvas de nivel del lugar.

II. INTRODUCCION

. El desarrollo de las tecnologas de los distintos materiales ha hecho que las estructuras de los puentes tengan cada vez ms posibilidades, lo que ha permitido una mayor diversidad de formas y hacer puentes de hormign y acero, hasta el grado de que a veces es difcil a distancia saber de qu material estn hechos, especialmente en las vigas continuas con seccin en cajn de alma llena, metlicas o de hormign, que se pueden confundir con facilidad si su color es anlogo. (gelogo Walter Romero Cceres, tesis Geologia y geotecnia con fines de construccin de puentes)

III. OBJETIVOS

PRINCIPALES:

Aprender determinar las caractersticas fsicas y mecnicas de un terreno de fundacin, con el fin de proponer el tipo de cimentacin ms adecuada, que permitan desarrollar la ejecucin de la obra denominada.

SECUNDARIOS:

Parmetros a tomar en cuenta para evaluar la zona destinada a a la construccin de puentes.

Estudio de los diferentes tipos de cimentaciones a usar para este tipo de obras civiles.

Aprender y valuar y solucionar los distintos problemas que podran presentarse en la construccin de dicha obra.

IV. MARCO TEORICO

DEFINICIN DE PUENTE.

Un puente es una estructura destinada a salvar obstculos naturales, como ros, valles, lagos o brazos de mar; y obstculos artificiales, como vas frreas o carreteras, con el fin de unir caminos y poder trasladarse de una zona a otra. El objeto de cruzar una va de comunicacin con un puente, es el de evitar accidentes y facilitar el trnsito de viajeros, animales y mercancas.

Los elementos principales que se pueden distinguir en los puentes son los siguientes

SUPERESTRUCTURA(figura 1)

Parte del puente que se construye sobre apoyos como son la losa, las vigas, bveda, estructura metlica, etc. Siendo los elementos estructurales que constituyen el tramo horizontal.( Braja M, Das.)

Fig 1 Superestructura de un puente.(fuente: geologa y geotecnia con fines de construccin de puentes, gelogo Walter Romero Cceres )

Es la parte superior de un puente, que une y salva la distancia entre uno o ms claros. La superestructura consiste en el tablero (losa) soporta directamente las cargas y las armaduras. De acuerdo al Inventario Estado de Condicin del Puente (IECP) del Sistema de Administracin de Puentes (SAP), propiedad del Ministerio de Obras Pblicas; la superestructura est formada por dos partes:

Elementos principales. Es el elemento que transmite las cargas vivas (transito) y muertas (peso propio de la superestructura) a los apoyos extremos e intermedios de la infraestructura (estribos y pilas). Los elementos principales de la superestructura son de acuerdo al tipo de puente. Elementos secundarios

a) Losa.

La estructura de ste tipo de puente, consiste en una plancha de concreto reforzado o preesforzado, madera o metal, y sirve de tablero al mismo tiempo. Fig. 2. Los puentes del tipo losa slo alcanzan a salvar luces pequeas, generalmente hasta 10mts., esto se debe a que el costo se incrementa para luces mayores y por el peso propio de la misma estructura.

Figura 2:Ejemplo de armado para losa de puente.(fuente: geologa y geotecnia con fines de construccin de puentes, gelogo Walter Romero Cceres )

b) Vigas.

Los puentes de vigas utilizan como elemento estructural vigas paralelas a la carretera, que soportan esfuerzos de componente vertical y transmiten las cargas recibidas a las pilas y estribos del puente Fig. 3. Sobre las vigas se dispone una losa de concreto reforzado que sirve de base a la calzada. Las vigas ms simples estn formadas por tablones de madera, perfiles de acero laminado o secciones rectangulares de concreto reforzado.

Fig. 3 Colocacin de vigas de un puente. .(fuente: geologa y geotecnia con fines de construccin de puentes, gelogo Walter Romero Cceres )

c) Estructura Metlica.

El acero es un material que soporta muy bien los esfuerzos de flexin, compresin y traccin, y esta propiedad se emplea en la construccin de puentes metlicos en arco o de vigas de acero. La armadura es una viga compuesta por elementos relativamente cortos y esbeltos conectados por sus extremos. La carga fija del peso del pavimento y la carga mvil que atraviesa el puente se transmiten por medio de las vigas 52 transversales del tablero directamente a las conexiones de los elementos de la armadura. En las diversas configuraciones triangulares creadas por el ingeniero diseador, cada elemento queda o en tensin o en compresin, segn el patrn de cargas, pero nunca estn sometidos a cargas que tiendan a flexionarlos.Este sistema permite realizar a un costo razonable y con un gasto mnimo de material estructuras de metal que salvan desde treinta hasta ms de cien metros, distancias que resultan econmicamente imposibles para estructuras que funcionen a base de flexin, como las vigas simples descritas anteriormente. Elemento Secundario. Son elementos complementarios de la superestructura siendo necesarios para la estabilidad de la estructura y posibilitan el trnsito por el puente.

SUBESTRUCTURA.

Apoyos.

Los apoyos son conjuntos estructurales instalados para garantizar la segura transferencia de todas las reacciones de la superestructura a la subestructura y deben cumplir dos requisitos bsicos: distribuir las reacciones sobre las reas adecuadas de la subestructura y ser capaces de adaptarse a las deformaciones elsticas, trmicas y de otras ndoles inducidas por la superestructura, sin generar fuerzas restrictivas perjudiciales.

Los apoyos han sido tan simples como dos placas de acero, hasta tan complejos como dispositivos mecnicos compuestos por numerosas partes de distintos materiales.

En general, los apoyos se clasifican en fijos y mviles. Los apoyos fijos permiten nicamente deflexiones angulares restringiendo los desplazamientos horizontales; estos tipos de apoyos deben ser diseados para resistir las componentes verticales y horizontales de las reacciones. Los apoyos de tipo mvil permiten que el extremo de un puente, en el que existe uno de stos, se mueva libremente hacia delante y atrs, debido a la expansin y/o contraccin ocasionada por los cambios de temperatura; o debido a cambios en la longitud del puente ocasionados por las cargas vivas, evitando la aparicin de reacciones horizontales perjudiciales en los apoyos del puente

Apoyos elastomericos (Fig 4).

La capacidad de un apoyo elastomerico para absorber las deflexiones angulares y los movimientos longitudinales de la superestructura depende de:

1. El espesor total del apoyo, ya sea simple o laminado. 2. El factor de forma, que es una relacin entre el rea de la cara cargada y la suma de las reas laterales libres para abombarse. 3. Las propiedades del elastmero.

figura 4 :(tipos de apoyos estalomericos)fuente: Cimentaciones Piloteadas Anlisis y Diseo Tesis de Grado,Facultad de Ingeniera Civil, Universidad Nacional de Ingeniera)

Apoyos de Depsito (Fig. 5).

En puentes rectos con pilas que forman ngulos rectos con la superestructura, el movimiento rotacional que puede ser absorbido ocurre sobre un eje fcilmente determinable. En puentes curvos y puentes rectos en el cual el eje longitudinal de la superestructura no forma un ngulo recto con la orientacin del obstculo a salvar (puentes enviajados), el movimiento rotacional ocurre sobre ms de un eje y no es fcilmente predecible. Para resolver este problema, los apoyos de depsito tienen la caracterstica de acomodarse al movimiento rotacional que se desarrolle sobre cualquier eje. Tesis de Grado,Facultad de Ingeniera Civil, Universidad Nacional de Ingeniera

figura5: apoyos de deposito fuente: Cimentaciones Piloteadas Anlisis y Diseo Tesis de Grado,Facultad de Ingeniera Civil, Universidad Nacional de Ingeniera

Apoyos Metlicos.

Son preferentemente de acero estructural, acero o hierro fundido. Sus componentes bsicos son una unidad superior fija con pernos en la superestructura y una unidad inferior anclada a la subestructura, insertados entre stas, si es necesario, hay elementos para centrar y para absorber las deflexiones angulares y en el caso de los apoyos de expansin, para los movimientos longitudinales de la superestructura.

Para longitudes menores de 50 pies no es necesario hacer previsiones para deflexiones angulares, sin embargo para longitudes mayores s. En este caso los apoyos pueden consistir en dos placas planas de acero en contacto una con otra. Para claros mayores de 50 pies la AASHTO requiere placas curvas (Fig 3.8), articulaciones o pasadores. Para apoyos de expansin se agregan placas deslizantes, mecedoras, rodillos o cojinetes elastomericos, si es necesario.

FUNDACIONES.

Las fundaciones son los elementos estructurales que se encargan de transmitir las cargas de superestructura y subestructura al suelo de cimentacin, sin sobrepasar su capacidad de carga. La seleccin y el diseo de la fundacin apropiada depende de las condiciones de carga especificadas en el anlisis estructural, de la geometra del elemento de la subestructura en anlisis y del puente en general, de las condiciones geolgicas de la superficie y del subsuelo, y de la interpretacin de los datos de campo y pruebas de laboratorio, todo ello combinado con juicio ingenieril.

La fundacin debe ser proporcionada tan superficial como sea posible, ya que los costos aumentan con la profundidad. El nivel de desplante de la fundacin ser tal, que al alcanzar el estrato resistente prevea asentamientos totales o diferenciales, que resista fuerzas laterales y que evite problemas debidos al movimiento de tierra, erosin y en cambios en el nivel de superficie.

Considerando el tipo de sistema estructural, tipo de cargas soportadas y la capacidad del suelo de cimentacin el Dr. Edgar G. Nawy en su libro Concreto Reforzado define seis tipos bsicos de estructuras de cimentacin, presentadas a continuacin.a. Zapatas de Muros (Fig 8).

Estas zapatas consisten en una franja continua de losa, a lo largo del muro y de un ancho mayor que el espesor del mismo. Braja M, Das (1999)

figura 8. Zapata de muro fuente: Cimentaciones Piloteadas Anlisis y Diseo Tesis de Grado,Facultad de Ingeniera Civil, Universidad Nacional de Ingeniera

b. Zapatas aisladas (Fig 9).

Consisten en losas rectangulares o cuadradas que pueden tener un espesor constante o que se reducen en la punta del voladizo. Se refuerzan en las dos direcciones y son usualmente utilizables para cargas relativamente pequeas o para cimentaciones sobre roca. Braja M, Das (1999)

figura 9: zapata aislada fuente: Cimentaciones Piloteadas Anlisis y Diseo Tesis de Grado,Facultad de Ingeniera Civil, Universidad Nacional de Ingeniera

c. Zapatas Combinadas (Fig 10).

Estas zapatas soportan dos o ms columnas y se utilizan generalmente cuando las distancias entre columnas sucesivas son relativamente cortas.

figura 10 : zapata combinada fuente: Cimentaciones Piloteadas Anlisis y Diseo Tesis de Grado,Facultad de Ingeniera Civil, Universidad Nacional de Ingeniera

d. Zapatas en Voladizo o Ligadas (Fig 11).

Estas son similares a las zapatas aisladas excepto que estn unidas con una viga para transmitir el efecto del momento flexionante debido a la excentricidad de la carga en una de las zapatas. Braja M, Das (1999)

figura 11 zapata ligada fuente: Cimentaciones Piloteadas Anlisis y Diseo Tesis de Grado,Facultad de Ingeniera Civil, Universidad Nacional de Ingeniera

e. Cimentacin en Pilotes (Fig 12).

Este tipo de cimentacin es esencial cuando el suelo de la cimentacin consiste de estratos poco resistentes hasta profundidades considerables. Los pilares se pueden hincar hasta llegar a un estrato resistente, o a la profundidad necesaria dentro del suelo para que el pilote desarrolle su capacidad permisible por medio de la resistencia por friccin, o una combinacin de ambas. Braja M, Das (1999)

figura 12: Cimentacin en Pilotes fuente: Cimentaciones Piloteadas Anlisis y Diseo Tesis de Grado,Facultad de Ingeniera Civil, Universidad Nacional de Ingeniera

f. Cimentaciones Flotantes o Losas de Cimentacin. (Fig. 13)

Estos sistemas de cimentacin son necesarios cuando la capacidad de carga del suelo es muy baja hasta profundidades grandes, lo cual hace que las cimentaciones con pilotes no sean econmicas. En este caso es necesario hacer una excavacin lo suficientemente profunda, para que la cantidad de suelo que se remueva sea casi equivalente a la carga que la estructura soportar. Las estructuras soportadas por est tipo de cimentacin se consideran como sistemas de pisos invertidos. Braja M, Das (1999)

Figura 13: Cimentacin flotante fuente: Cimentaciones Piloteadas Anlisis y Diseo Tesis de Grado,Facultad de Ingeniera Civil, Universidad Nacional de Ingeniera

ESTUDIOS DE SOCAVACIN EN SUBESTRUCTURAS DE PUENTES.

En todo problema de cimentacin de subestructura de puentes, la erosin es uno de los aspectos a considerar que han de tratarse con mayor detenimiento. Braja M, Das (1999)

En las subestructuras de pasos a dos niveles el problema de la erosin puede tratarse por medio de los siguientes procedimientos convencionales Braja M, Das (1999)

1- Sembrando en el talud adyacente al frente del estribo o pila algn tipo de planta que sirva como barrera natural contra la erosin. Con este fin se utilizan usualmente izote, zacate, etc. (Fig 14).

2- Proveyendo a la superficie expuesta de algn tipo de recubrimiento, entre los que cabe mencionar una capa de pavimento o laja (FIg 14).

fuente: Braja M, Das., Principios de Ingeniera de Cimentaciones . En el caso de las subestructuras de puentes que sirven como obras de paso para salvar cursos de agua. La socavacin total en el lecho del ro se calcula sumando el resultado de la socavacin general del lecho ms el obtenido de la socavacin local del mismo.

Socavacin General del Lecho.

Segn Braja M, Dasl a socavacin general del lecho se debe a un aumento en la velocidad de la corriente, con lo que aumenta la capacidad de arrastre de las partculas del fondo. Este fenmeno ocurre durante las avenidas y slo cuando la velocidad de la corriente es mayor que la velocidad necesaria para erosionar el suelo. 81 Braja M, Das

Cuando esto sucede, la socavacin es independiente de la velocidad de la corriente (Fig 15).

FIG. 15 SOCAVACION GENERAL EN EL LECHO DEL RIO HS Ho SQ : HS - HOBraja M, Das., Principios de Ingeniera de Cimentaciones .

El mtodo ms utilizado para determinar la socavacin general del lecho es el de Lischtvan-Lebediev, el cual supone que una vez que la velocidad de la corriente ha sobrepasado la velocidad erosiva, la socavacin depende nicamente del tirante de aguas existente.

La expresin que calcula la profundidad del lecho despus de la socavacin, segn Lischtvan-Lebediev 21/

Fuente: Braja M, Das., Principios de Ingeniera de Cimentaciones .

Socavacin Local.

La socavacin Local se produce porque el obstculo que representa la pila o el estribo al paso de agua, genera componentes verticales de la velocidad que arrastran material del fondo. La socavacin se presenta sin que haya avenidas. La socavacin local en estribos es distinta a la socavacin local en pilas, por lo que los mtodos para determinarlas difieren, tal como puede observarse a continuacin.

Socavacin local en pilas.

El mtodo ms utilizado para determinar la socavacin local en pilas es el de Laurson, el cual supone que la socavacin local depende nicamente del tirante de agua despus de la socavacin general y del ancho y orientacin de la pila.

La socavacin local S medida a partir del fondo, est definida por la siguiente ecuacin.

Figura 15: proyeccin del ancho de la pila en la direccin de la corriente

4 Socavacin local en estribos.

Para el estudio de este problema el mtodo recomendado es el de K.F. Artamonov, Este tipo de erosin depende del gasto que tericamente es interceptado por el estribo relacionado con el gasto total que escurre por el ro, del talud que tienen los lados del estribo y del ngulo que el eje longitudinal de la obra forme con la corriente.

La profundidad de socavacin viene dada por la siguiente expresin.

Figura 16: disposicin de estribosBraja M, Das., Principios de Ingeniera de Cimentaciones .

Mtodos para Reducir la Socavacin.

1. Proteccin contra la socavacin local al pie de la pila.

Se pueden distinguir dos formas principales para reducir o evitar la socavacin. La primera consiste en impedir que el cambio en direccin de las lneas de corriente se produzca frente a la pila, con lo que se reducen o suprimen los vrtices que se generan en las esquinas. Esto se logra colocando aguas arriba de la pila un obstculo, de tal manera que el efecto del obstculo combinado con el de la pila se produzca al pie de esta una zona de depsito de material. La segunda forma consiste en hacer que el fondo del cauce alrededor de la pila resista la accin erosiva. Con este fin puede sustituirse el material del fondo del 87 cauce adyacente a la pila por otro ms resistente a la erosin, tales como bolsas, guijarros y cantos rodados.

2. Proteccin contra la socavacin local al pie de los estribos.

Para el caso de los estribos se pueden hacer una sustitucin del material del lecho anloga a la descrita para las pilas, aunque es una mejor solucin construir espigones que orienten el flujo de agua, encauzndola de tal manera que no produzca erosin.