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ESTUDIOS BASICOS DE

INGENIERÍA

Mg. Ing. LUIS HORNA ARAUJO. PUENTES Y OBRAS DE ARTE

ESTUDIOS BÁSICOS DE INGENIERÍA

• (^) Estudios Topográficos
• (^) Estudios de Hidrología e Hidráulica.
• (^) Estudios Geológicos y Geotécnicos.
• (^) Estudio Sísmico.
• (^) Estudio de Impacto Ambiental.
• (^) Estudios de Tráfico.
• (^) Estudios Complementarios.
• (^) Estudios de Trazo y Diseño Vial de los accesos.
• (^) Estudios de Alternativas a nivel de Anteproyecto.

ESTUDIOS TOPOGRÁFICOS.  (^) Levantamiento topográfico general de la zona del proyecto,  (^) Los planos a escala entre 1:500 y 1:  (^) Las curvas de nivel a intervalos de 1 m y  (^) Extensión mínima 100 m a cada lado del puente en dirección longitudinal (en el eje de la carretera) y en dirección transversal (la del río u otro obstáculo).  (^) Definición de la topografía de la zona de ubicación del puente y sus accesos,  (^) Los planos a escala entre 1/100 y 1/250.  (^) Las curvas de nivel a intervalos no mayores que 1 m.  (^) secciones verticales tanto en dirección longitudinal como en dirección transversal.  (^) Los planos deberán indicar los accesos del puente, así como autopistas, caminos, vías férreas y otras posibles referencias. Deberá igualmente indicarse con claridad la vegetación existente.

ALCANCES.

ESTUDIOS TOPOGRÁFICOS.  (^) En puentes sobre cursos de agua, hacer un levantamiento detallado del fondo. Indicar en planos la dirección del curso de agua y los límites aproximados de la zona inundable en las condiciones de aguas máximas y mínimas, así como los observados en eventos de carácter excepcional. De ser el caso indicar los meandros del río.  (^) Ubicación e indicación de cotas de puntos referenciales, puntos de inflexión y puntos de inicio y término de tramos curvos; ubicación o colocación de Bench Marks.  (^) Levantamiento catastral de las zonas aledañas al puente, cuando existan edificaciones u otras obras que interfieran con el puente o sus accesos o que requieran ser expropiadas.

ALCANCES.

• (^) OBJETIVOS: Los objetivos de los estudios son establecer los caudales de diseños y los factores hidráulicos fluviales, que conllevan a una real apreciación del comportamiento hidráulico del río que permiten definir los requisitos mínimos del puente y su ubicación óptima en función de los niveles de seguridad o riesgos permitidos o aceptables para las características particulares de la estructura.

 (^) Ubicación óptima integral del cruce (hidráulico fluvial, geotécnico y de trazo vial).  (^) Caudal de Diseño en la ubicación del puente.  (^) Comportamiento Hidráulico en el tramo fluvial de ubicación del puente.  (^) Áreas de inundación vinculadas a la ubicación del puente.  (^) Nivel de aguas máximas extraordinarias (NAME) en la ubicación del puente.  (^) Gálibo recomendable para el tablero del puente.  (^) Profundidad de Socavación Potencial Total en la zona de ubicación de apoyos.  (^) Profundidad mínima de desplante recomendable de los apoyos.  (^) Obras de protección y de encauzamiento necesarias.  (^) Previsiones para la construcción del puente. Los estudios de hidrología e hidráulica deben permitir establecer lo siguiente:

 (^) Selección de los métodos de estimación de caudales máximos de diseño (a partir de datos de lluvia se tienen: el método racional, métodos en base a hidrogramas unitarios sintéticos, métodos empíricos, modelamiento hidrológico, etc.) en función a las características de la cuenca y las restricciones de cada método.  (^) Estimación de los caudales máximos para diferentes periodos de retorno y según distintos métodos probabilísticos. Llevar a cabo una prueba de bondad de ajuste de los distintos métodos de análisis de frecuencia (Gumbel, Log - Pearson Tipo III, Log – Normal, etc.) para seleccionar la mejor distribución. Adicionalmente, pueden corroborarse los resultados bien sea mediante factores obtenidos a partir de un análisis regional o, de ser posible, evaluando las huellas de nivel de la superficie de agua dejadas por avenidas extraordinarias recientes.  (^) Evaluación de las estimaciones de los caudales debidamente calibrados, elección del resultado que, a criterio ingenieril, se estima confiable y lógico.

• (^) ALCANCES:

 (^) Determinación del periodo de retorno y la descarga máxima de diseño; el periodo de retorno dependerá de la importancia de la estructura y del riesgo admisible de falla, debiéndose garantizar un caudal mayor para el diseño de la cimentación del puente que el usualmente requerido para el dimensionamiento del área de flujo a ser confinada por el puente.  (^) Caracterización morfológica del cauce: determinación de la dinámica e inesta- bilidad del cauce, así como, el aporte de escombros desde la cuenca, los cuales permitirán pre-establecer las condiciones a las que estará expuesto el puente.  (^) Determinación de las características físicas del cauce, como: pendiente en el tramo de estudio, diámetro medio del material del lecho tomado a partir de varias muestras, coeficientes de rugosidad considerando la presencia o no de vegetación, materiales cohesivos, etc.

• (^) ALCANCES:

 (^) Levantamiento topográfico para el estudio hidráulico debe abarcar:  (^) En ríos con amplias llanuras de inundación, donde el puente produzca contracción del flujo de avenida, 12 veces el ancho del cauce principal aguas arriba del eje propuesto y 6 veces aguas abajo.  (^) En ríos donde el puente no produzca contracción del flujo de avenida y presente pendiente pronunciada: 8 veces el ancho del cauce principal aguas arriba y 4 veces hacia aguas abajo. El levantamiento no debe ser menor a 150 m aguas arriba y 150 m aguas abajo del eje.  (^) En caso que el eje del puente se ubique cerca de la desembocadura a un rio principal, lago o mar se deberá incluir la zona de confluencia.  (^) Los planos deben indicar: límites de las llanuras de inundación, tirantes mínimos y máximos, definidos según evidencias encontradas en campo y consultas a los pobladores de la zona, y colocar también los niveles de agua encontrados durante el trabajos de campo.

• (^) ESTUDIOS Y TRABAJOS PREVIOS: Antes de realizar los estudios de hidráulica, se ejecutarán los siguientes estudios y trabajos básicos:

 (^) Estudios del material de cauce, peso específico, análisis granulométrico.  (^) Una vez definido el eje del puente las muestras del material del cauce deben ser tomadas al menos en cuatro puntos, dos en el eje del puente cercanos a los apoyos (estribos), B metros aguas arriba y 0.5B aguas abajo, donde B es el ancho promedio del rio.  (^) En cada punto se deberá ejecutar prospección a cielo abierto a una profundidad no menor de 3.0 m., en los cuales se tomarán muestras representativas de cada estrato.  (^) Para puentes con apoyos intermedios se deberá tomar muestras correspondientes en concordancia con los especialistas de Geología y Geotecnia.

• ESTUDIOS Y TRABAJOS PREVIOS:

 (^) Los puentes ubicados en el cruce con un curso de agua deben ser diseñados de modo que las alteraciones u obstáculos que estos representen ante este curso de agua sean previstos y puedan ser admitidos en el desempeño de la estructura a lo largo de su vida útil o se tomen medidas preventivas. Para esto deben establecerse las características hidro geodinámicas del sistema fluvial con el objeto de determinar la estabilidad de la obra respecto al comportamiento del cauce. Es importante considerar la posible movilidad del cauce, el aporte de escombros desde la cuenca y los fenómenos de socavación, así como la posibilidad de ocurrencia de derrumbes, deslizamientos e inundaciones.  (^) Dado que, generalmente, el daño ocasional producido a la vía y accesos aledaños al puente ante una avenida extraordinaria puede ser rápidamente reparado para restaurar el servicio de tráfico y, de otro lado, un puente que colapsa o sufre daños estructurales mayores ante la socavación puede amenazar la seguridad de los transeúntes así como crear impactos sociales y pérdidas económicas significativas por un largo periodo de tiempo, debe considerarse mayor riesgo en la determinación del área de flujo a ser confinada por el puente que en la estimación de las profundidades de socavación.

• (^) CONSIDERACIONES PARA EL DISEÑO: En el diseño del puente se deben tener en cuenta las siguientes consideraciones:

 (^) Dado que, generalmente, el daño ocasional producido a la vía y accesos aledaños al puente ante una avenida extraordinaria puede ser rápidamente reparado para restaurar el servicio de tráfico y, de otro lado, un puente que colapsa o sufre daños estructurales mayores ante la socavación puede amenazar la seguridad de los transeúntes así como crear impactos sociales y pérdidas económicas significativas por un largo periodo de tiempo, debe considerarse mayor riesgo en la determinación del área de flujo a ser confinada por el puente que en la estimación de las profundidades de socavación.  (^) El estudio debe indicar los periodos de sequía, de avenidas, y de transición, para recomendar las previsiones a tomarse en cuenta antes, durante y después de la construcción de las estructuras ubicadas en el cauce.  (^) Para la ejecución del puente, deberán construirse los pases provisionales, de acuerdo a los resultados del estudio de Hidrología e Hidráulica.

• (^) CONSIDERACIONES PARA EL DISEÑO: En el diseño del puente se deben tener en cuenta las siguientes consideraciones:

 (^) En la zona del rio donde se ubicará el puente se deberá tener en cuenta los siguientes fenómenos de socavación:  (^) Socavación general, producida por variación del perfil longitudinal debido al comportamiento fluvial sin la presencia del puente.  (^) Socavación por contracción de la sección transversal, debido a la construcción de los estribos del puente ubicados en el cauce del río.  (^) Socavación local, debido a la presencia de pilares y estribos.  (^) La profundidad de socavación potencial total será la suma de la socavación general, socavación por contracción y socavación local en estribos y pilares.  (^) En los cálculos de socavación se usarán los resultados de los factores hidráulicos que intervienen en el modelo correspondiente, la geometría de los apoyos respectivos y las carecterísticas granulométrica del material del lecho.  (^) En el caso que el tramo del río en estudio se encuentre cerca de la confluencia con otros ríos, o cerca de un lago o en el mar, los cálculos de socavación se deben efectuar cuando los niveles de agua alcanzados en la desembocadura correspondiente sean mínimos

• (^) CÁLCULO DE LA SOCAVACIÓN:

• INTERRELACIÓN CON LOS ESTUDIOS GEOLOGÍCOS Y GEOTÉCNICOS: En el caso de puentes sobre cursos de agua, la información sobre la geomorfología y las condiciones del subsuelo del cauce y alrededores son complementarias con aquella obtenida de los estudios hidrológicos. El diseño de los elementos de la subestructura se realizará tomando en cuenta los aspectos de ingeniería estructural, geotécnica e hidráulica en forma conjunta. Para cimentaciones superficiales, el fondo de la cimentación deberá estar por debajo de la profundidad de socavación máxima calculada, estimado en por lo menos 1.00m (40.0 in). Si la cimentación se apoya en roca buena, resistente a la socavación, se diseñará y construirá manteniendo la integridad de la roca. Para cimentaciones profundas como pilotes hincados, pilotes perforados, etc, la longitud efectiva de cálculo de su profundidad se tomará desde el nivel de la socavación total máxima hasta la parte inferior del pilote. Si una zapata se apoya sobre pilotes para trasmitirles las cargas que soporta, la parte superior de esta zapata estará por debajo de la socavación estimada por contracción, con la finalidad de minimizar la obstrucción al flujo de la inundación y que se produzca socavación local.