elaboracion del proyecto de cimentacion del puente san joseito

ELABORACION DEL PROYECTO DE CIMENTACION DEL PUENTE SAN JOSEITO, UBICADO EN EL CAMINO MACUSPANA-TORTUGUERO.

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CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN

El proyecto profesional que a continuación presento con nombre “Elaboración del

proyecto de cimentación del puente san Joseito, ubicado en el camino Macuspana-

Tortuguero”, muestra todos los cálculos necesarios para la determinación de las

solicitaciones, desplazamientos y verificación de los estados límite en cada uno de los

componentes del puente.

Estos son presentados bajo una secuencia ordenada y con un desarrollo tal que

fácilmente puedan ser entendidos, interpretados y verificados. En lo posible, son

iniciados con un esquema del sistema estructural adoptado, indicando dimensiones,

condiciones de apoyo y cargas consideradas.

Las hipótesis de cálculo de los métodos de verificación utilizados son indicadas con

claridad, los símbolos utilizados son bien definidos, las fórmulas aplicadas figuran antes

de la introducción de los valores numéricos y las referencias bibliográficas son precisas

y completas.

Como primer punto este proyecto se refiere a los aspectos de ingeniería básica, que

incluyen los estudios topográficos, hidrológicos e hidráulicos y geotécnicos; sin los

cuales no sería posible desarrollar el proyecto. Estos aspectos tienen singular

importancia, más aún por las condiciones muy variadas y a menudo difícilmente

impuestas por los desastres naturales.

La elaboración de los cálculos y modelación de la estructura son efectuados con

asistencia de programas de cómputo como visual análisis y Eco.gcW. Los programas

de análisis estructural son una herramienta importante hoy día, ya que se pueden

modelar estructuras completas o elementos medulares para el buen funcionamiento de

dichas estructuras.

Los programas de análisis se deben tomar como una ayuda para la rapidez de la

obtención de los elementos mecánicos para el diseño de las estructuras, aunque el

ingeniero está obligado a manejar dichos elementos con el criterio de optimizar el

diseño y consciente de que los resultados son aproximadamente los esperados.


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Finalmente se presentan los resultados y conclusiones que se llegaron de acuerdo al

análisis que se realizó, los planos generales en el que contienen todos los elementos

necesarios para la revisión y ejecución de la obra, los mismos que son concordantes

con la memoria de cálculo.

También se presentan los planos de detalle donde se especifican cada uno de los

elementos estructurales y todo aquello que vaya vinculado con la seguridad del puente.

Este proyecto fue elegido debido a la complejidad de la estructura, el cual me permite

una realización personal como estudiante de nivel superior y para comprometerme

como futuro profesional de construcción. Se agradece a la empresa “IEA” (Ingeniería

Estructural Aplicada), por las facilidades al acceso de los documentos y material

utilizados durante la elaboración del proyecto.


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1.1 JUSTIFICACIÓN

1.1.1 JUSTIFICACIÓN SOCIAL

Dado que, generalmente, el daño ocasional producido a la vía, accesos aledaños y

apoyos del puente ubicados en un cruce de agua es ante una avenida extraordinaria,

este debe ser rápidamente reparado para restaurar el servicio de tráfico y, de otro lado,

un puente que colapsa o sufre daños estructurales mayores puede amenazar la

seguridad de los transeúntes así como crear impactos sociales y pérdidas económicas

significativas por un largo periodo de tiempo.

1.1.2. JUSTIFICACIÓN TÉCNICA

Los daños de un puente aparecen durante el período de vigencia o vida útil de la

estructura por diferentes acciones ya sean físicas, mecánicas, químicas o biológicas.

Durante el funcionamiento de la estructura se pueden presentar fallas por incremento

de las cargas permitidas, por eventos fortuitos (impactos accidentales, explosiones,

inundaciones, incendios, etc.), por cambio en las condiciones de exposición, uso y por

falta de mantenimiento, reparación o rehabilitación de la estructura.

Por tal motivo este proyecto es de suma importancia ya que el gobierno del estado de

Tabasco dentro de su programa de rehabilitación de infraestructura de puentes ha

determinado que debido a las condiciones estructurales que presenta el Puente San

Joseito ubicado en la ciudad de Macuspana, se requiere de un nuevo proyecto y

construcción.


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1.2 OBJETIVOS

1.2.1 GENERALES

Elaboración el proyecto de cimentación del puente san Joseito, teniendo en cuenta su

integración con el medio ambiente, las exigencias de durabilidad y servicios requeridos

de acuerdo a sus funciones e importancia.

1.2.2 ESPECÍFICOS

Predimensionamiento de los elementos estructurales de los apoyos No. 2 y 3.

Análisis sísmico estático del apoyo central No. 2 del puente.

Análisis sísmico estático del apoyo central No. 3 del puente.

Análisis y diseño estructural del apoyo central No. 2 del puente con apoyo del

software Eco.gcW.

Análisis y diseño estructural del apoyo central No. 3 del puente con apoyo del

software Eco.gcW.

Revisión de pilas de cimentación.

Elaboración de planos y especificaciones de acuerdo a los resultados que se

obtuvieron del análisis y diseño de los apoyos centrales 2 y 3.


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1.3 CARACTERIZACIÓN DEL ÁREA

La empresa Ingeniería Estructural Aplicada S.A. DE C.V. (IEA) me brindó la facilidad de

llevar a cabo este trabajo profesional. Ingeniería Estructural Aplicada es una empresa

dedicada al diseño de estructuras, cimentaciones, dictámenes de seguridad estructural,

y en fin a todas las obras civiles, respaldada por su inmejorable plantilla de

trabajadores. Su zona de trabajo está más enfocada al sureste mexicano,

consolidándose como una empresa distinguida con 28 años de vida.

El área en el que se participó es la de supervisión la cual significa examinar la misma a

través de una persona capacitada, denominada supervisor, para concluir y dictaminar si

la obra o fase en construcción está correcto o no, de acuerdo al diseño preestablecido,

las medidas correctivas pertinentes en tiempo oportuno.


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1.4 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

La socavación y el deterioro de los materiales son problemas que se presentan muy a

menudo en las estructuras localizadas dentro de cursos de agua y no debe dejarse de

tener en cuenta al diseñar éstas, así como el mantenimiento que debe dárselas.

Las pilas que se encuentran en una corriente necesariamente reducen el área

hidráulica de la misma, lo que produce un incremento de velocidad del agua alrededor

de éstas, el resultado inmediato es la socavación, presentándose más acentuados en

lechos de fondo arenoso o gravas; por lo cual habrá de tenerse en cuenta en el diseño

de la cimentación, todos estos factores.


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1.5 ALCANCES Y LIMITACIONES

Se logró interpretar cada uno de los estudios que fueron punto de partida para

proceder el análisis de los diferentes sistemas estructurales.

Se elaboraron los análisis sísmicos en cada uno de los elementos estructurales

de acuerdo a la regionalización sísmica de la República Mexicana.

Se realizó la modelación de cada uno de los apoyos centrales del puente, el cual

se efectuó a través del programa ECO gcW 2.24 en tres dimensiones.

Se diseñaron los elementos estructurales de concreto reforzado en base a la

teoría de los esfuerzos últimos (teoría plástica), avalada por las Normas Técnicas

Complementarias del Reglamento de Construcción del Distrito Federal.

Se logró la obtención del proyecto definitivo con apego al comportamiento real de

la estructura, buscando economía, rapidez y sobre todo seguridad.

Debido a la magnitud del proyecto sólo se logró la participación en el diseño

estructural de la cimentación.

El corto tiempo para la elaboración del proyecto influyó para que se optimizara el

análisis a través de una serie de prediseños de todos los elementos

estructurales, con modelos simplistas.

Se tuvo que esperar a la realización de los estudio de ingeniería básica para

poder llevar a cabo la realización de este proyecto.


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CAPÍTULO 2. FUNDAMENTO TEÓRICO

2.1 DEFINICIONES

Anteproyecto

Conjunto de estudios iniciales que hacen posible la evaluación de una solución

propuesta, antes de su desarrollo definitivo.

Proyecto

Comprende todos los estudios y documentos necesarios que hacen posible la

construcción del puente. Los estudios son definitivos y realizados con información más

completa y detallada que a nivel de anteproyecto. Generalmente el proyecto se prepara

con fines de Licitación de la Obra.

Estudios Básicos de Ingeniería

Conjunto de estudios para obtener los datos necesarios para la elaboración de los

anteproyectos y proyectos del puente. Los estudios que pueden ser necesarios

dependiendo de la magnitud y complejidad de la obra son:

♦ Estudios Topográficos

♦ Estudios Hidrológicos e Hidráulicos

♦ Estudios Geológicos y Geotécnicos

♦ Estudios de Riesgo Sísmico

♦ Estudios de Impacto Ambiental

♦ Estudios de Tráfico

♦ Estudios Complementarios

♦ Estudios de Trazos de la Vía

Obras de Arte Especiales

Conjuntos estructurales tales como puentes, viaductos, pasarelas, túneles, muros de

gran tamaño y otras obras de magnitud, tal que, por sus proporciones y características,

requieren proyectos específicos desarrollados por ingenieros calificados, construidos

bajo la responsabilidad de profesionales de experiencia y con la supervisión constante y

adecuada en todas las fases de la construcción.

Puente

Obra de arte especial requerida para atravesar a desnivel un accidente geográfico o un

obstáculo artificial por el cual no es posible el tránsito en la dirección de su eje.


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Viaducto

Puente a desnivel sobre una vía de tráfico.

Especificaciones Generales

Son aquellas instrucciones que definen las características de los materiales y los

equipos a emplear, determinan los procedimientos constructivos, los métodos de control

de calidad y los criterios para la aceptación o el rechazo de los materiales o de la

construcción, fijan la modalidad de elaboración de las valorizaciones y el cronograma

de pagos. Son válidas para las obras o para un grupo de obras del organismo

contratante.

Especificaciones Particulares

Instrucciones que modifican las especificaciones generales, debido a las condiciones

especiales de un proyecto determinado; deben ser justificadas por el autor del proyecto

y aprobadas por el organismo contratante. Son válidas solamente para el proyecto

específico.

Especificaciones Complementarias

Instrucciones referidas a obras particulares; establecen procedimientos y

especificaciones sobre métodos de ensayo no previstos en las normas nacionales

vigentes ni en las instrucciones generales.


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2.2. INGENIERÍA BÁSICA

2.2.1 ESTUDIOS TOPOGRÁFICOS Los estudios topográficos tendrán como objetivos:

Realizar los trabajos de campo que permitan elaborar los planos topográficos.

Proporcionar información de base para los estudios de hidrología e hidráulica,

geología, geotecnia, así como de ecología y sus efectos en el medio ambiente.

Posibilitar la definición precisa de la ubicación y las dimensiones de los

elementos estructurales.

Establecer puntos de referencia para el replanteo durante la construcción.

Los estudios topográficos deberán comprender como mínimo lo siguiente:

Levantamiento topográfico general de la zona del proyecto, documentado en

planos a escala entre 1:500 y 1:2000 con curvas de nivel a intervalos de 1 m y

comprendiendo por lo menos 100 m a cada lado del puente en dirección

longitudinal (correspondiente al eje de la carretera) y en dirección transversal (la

del río u otro obstáculo a ser transpuesto).

Definición de la topografía de la zona de ubicación del puente y sus accesos, con

planos a escala entre 1:100 y 1:250 considerando curvas de nivel a intervalos no

mayores que 1 m y con 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.

En el caso de puentes sobre cursos de agua deberá hacerse un levantamiento

detallado del fondo. Será necesario 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. Cuando las circunstancias lo ameriten, deberán indicarse los

meandros del río.


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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.

La topografía de la zona donde se ubicará el puente deberá documentarse mediante

planos con curvas de nivel y fotografías, registros digitales e informes. Los informes

deberán detallar las referencias preliminares consultadas, la descripción y las

características técnicas del equipo utilizado para la toma de datos, la metodología

seguida para el procesamiento de los datos de campo y la obtención de los resultados.

Si se dispusiera de estudios topográficos previos, de zonas adyacentes o que

involucren el área del proyecto, éstos deberán ser revisados a fin de verificar la

compatibilidad de la información obtenida.


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2.2.2 ESTUDIOS DE HIDROLOGÍA E HIDRÁULICA

Los objetivos de los estudios son establecer las características hidrológicas de los

regímenes de avenidas máximas y extraordinarias y los factores hidráulicos 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.

Los estudios de hidrología e hidráulica para el diseño de puentes deben permitir

establecer lo siguiente:

Ubicación óptima del cruce.

Caudal máximo de diseño hasta la ubicación del cruce.

Comportamiento hidráulico del río en el tramo que comprende el cruce.

Área de flujo a ser confinada por el puente.

Nivel máximo de agua (NMA) en la ubicación del puente.

Nivel mínimo recomendable para el tablero del puente.

Profundidades de socavación general, por contracción y local.

Profundidad mínima recomendable para la ubicación de la cimentación, según el

tipo de cimentación.

Obras de protección necesarias.

Previsiones para la construcción del puente.

El programa de estudios debe considerar la recolección de información, los trabajos de

campo y los trabajos de gabinete, cuya cantidad y alcance será determinado en base a

la envergadura del proyecto, en términos de su longitud y el nivel de riesgo

considerado.

Los estudios hidrológicos e hidráulicos comprenderán lo siguiente:

Evaluación de estudios similares realizados en la zona de ubicación del

puente; en el caso de reemplazo de un puente colapsado es conveniente

obtener los parámetros de diseño anteriores.

Visita de campo; reconocimiento del lugar tanto en la zona de cruce como de la

cuenca global.


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Recolección y análisis de información hidrométrica y meteorológica existente;

esta información puede ser proporcionada por entidades locales o nacionales,

o entidades encargadas de la administración de los recursos hídricos del lugar.

Caracterización hidrológica de la cuenca, considerada hasta el cruce del curso

de agua; en base a la determinación de las características de respuesta lluvia-

escorrentía, y considerando aportes adicionales en la cuenca, se analizará la

aplicabilidad de los distintos métodos de estimación del caudal máximo.

Selección de los métodos de estimación del caudal máximo de diseño; para el

cálculo del caudal máximo a partir de datos de lluvia se tienen: el método

racional, métodos en base a hidrogramas unitarios sintéticos, métodos

empíricos, etc., cuya aplicabilidad depende de las características de la cuenca;

en caso de contarse con registros hidrométricos de calidad comprobada, puede

efectuarse un análisis de frecuencia que permitirá obtener directamente valores

de caudal máximo para distintas probabilidades de ocurrencia (periodos de

retorno).

Estimación de los caudales máximos para diferentes periodos de retorno y

según distintos métodos; en todos los casos se recomienda llevar a cabo una

prueba de ajuste de los distintos métodos de análisis de frecuencia para

seleccionar el mejor. 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 caudal máximo; elección del resultado que,

a criterio de ingeniería, se estima confiable y lógico.

Determinación del periodo de retorno y la descarga máxima de diseño; el

periodo de retorno dependerá de la importancia de la estructura y

consecuencias de su falla, debiéndose garantizar un estándar hidráulico 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; es especialmente importante la

determinación de la estabilidad, estática o dinámica, o inestabilidad del cauce,

y asimismo, el aporte de escombros desde la cuenca, los cuales permitirán

pre-establecer las condiciones a las que estará expuesta la estructura.

Determinación de las características físicas del cauce, incluyendo las llanuras

de inundación; estas incluyen la pendiente del cauce en el tramo de estudio,

diámetro medio del material del lecho tomado a partir de varias muestras del

cauce, coeficientes de rugosidad considerando la presencia o no de

vegetación, materiales cohesivos, etc.


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Selección de secciones transversales representativas del cauce y obtención

del perfil longitudinal; la longitud del tramo a ser analizado dependerá de las

condiciones de flujo previstas, por ejemplo, alteraciones aguas arriba o aguas

abajo que debieran considerarse.

Determinación del perfil de flujo ante el paso del caudal de diseño a lo largo del

cauce.

Determinación de las características hidráulicas del flujo; estas comprenden la

velocidad media, ancho superficial, área de flujo, pendiente de la línea de

energía, nivel de la superficie de agua, etc., cuyos valores son necesarios para

la determinación de la profundidad de socavación.

Determinación de las profundidades de socavación general, por contracción,

local y total.

Evaluación de las estimaciones de socavación total.

Recomendaciones de protección y/o consideraciones de diseño adicionales.

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 hidrogeodinámicas 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.

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.

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. El nivel


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de ubicación de la cimentación depende del tipo de cimentación, esto es, si es

superficial o profunda, va apoyada sobre roca o suelo, etc. y deberá estar por debajo de

las profundidades de socavación estimadas.

Para el óptimo logro de los objetivos, el estudio de hidrología e hidráulica debe

apoyarse en la siguiente información adicional:

Perfil estratigráfico del suelo.

Tamaño, gradación del material del lecho.

Secciones transversales del cauce.

Vista en planta del curso de agua.

Características de la cuenca.

Historial de avenidas.

Ubicación del puente respecto a otras estructuras.

Carácter del curso de agua (perenne, intermitente, etc.).

Geomorfología del lugar (con llanuras de inundación; cruza deltas o abanicos

aluviales, recto, trenzado, etc.).

Historial erosivo del curso de agua.

Historial de desarrollo del curso de agua y de la cuenca. Adquirir mapas,

fotografías aéreas; entrevistar residentes locales; revisar proyectos de recursos

hídricos planificados a futuro.

Evaluación cualitativa del lugar con un estimado del potencial de movimiento del

curso de agua y su efecto sobre el puente.

Los estudios deberán ser documentados mediante un informe que contendrá, como

mínimo, lo siguiente:

Características del río en la zona del proyecto

Régimen de caudales • Características hidráulicas

Caudal de diseño y periodo de retorno

Definición del claro del puente y de los niveles del fondo de la superestructura

Profundidad mínima recomendable para la ubicación de la cimentación, según el

tipo de cimentación.

Características de las obras de defensa y de encauzamiento.

Conclusiones y Recomendaciones.


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2.2.3 ESTUDIOS GEOTÉCNICOS.

Establecer las características geotécnicas, es decir, la estratigrafía, la identificación y

las propiedades físicas y mecánicas de los suelos para el diseño de cimentaciones

estables.

El estudio debe considerar exploraciones de campo y ensayos de laboratorio, cuya

cantidad será determinada en base a la envergadura del proyecto, en términos de su

longitud y las condiciones del suelo. Los estudios deberán comprender la zona de

ubicación del puente, estribos, pilares y accesos.

Los Estudios geotécnicos comprenderán:

Ensayos de campo en suelos y/o rocas.

Ensayos de laboratorio en muestras de suelo y/o roca extraídas de la zona.

Descripción de las condiciones del suelo, estratigrafía e identificación de los

estratos de suelo o base rocosa.

Definición de tipos y profundidades de cimentación adecuados, así como

parámetros geotécnicos preliminares para el diseño del puente a nivel

de anteproyecto.

Dependiendo de la envergadura del proyecto y del tipo de suelo se podrán realizar

ensayos de refracción sísmica, complementados por perforaciones o excavaciones

de verificación en sustitución a los trabajos antes mencionado.

Presentación de los resultados y recomendaciones sobre especificaciones

constructivas y obras de protección. La cantidad y profundidad de sondeos deberá tomar en cuenta la magnitud y

complejidad del proyecto. En el caso de puentes de hasta 100 metros, se preverá como

mínimo un sondeo de exploración por cada componente, sea éste estribo, zapata, pilar,

bloque de anclaje, grupo de pilotes, etc.

Dependiendo de las características del proyecto y del tipo de terreno éste mínimo podrá

reducirse a un solo sondaje complementado por ensayos de refracción sísmica. En

caso de puentes de gran longitud, deberá tomarse en cuenta la variabilidad de las

condiciones del terreno a lo largo del eje del puente.

La profundidad de las exploraciones y sondeos estará definida considerando un

predimensionamiento de la cimentación y las condiciones locales del subsuelo.


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Si las condiciones locales del subsuelo lo requieren, se requerirá extender la

profundidad de los sondeos, por debajo del nivel de cimentación, de 2 a 3 veces el

ancho previsto de las zapatas ó 2 metros bajo el nivel inferior de las cimentaciones

profundas. En el caso de macizos rocosos, se requerirá extender la profundidad de

los sondeos de 1 a 3 metros por debajo del nivel estimado de cimentación. Los métodos usados en los ensayos de laboratorio deben estar claramente referidos a normas técnicas especializadas relacionadas con los ensayos respectivos. Pueden considerarse los ensayos que se listan a continuación: a) Ensayos en Suelos:

Contenido de humedad

Gravedad específica

Distribución granulométrica

Determinación del límite liquido y límite plástico

Ensayo de corte directo

Ensayo de compresión no-confinada

Ensayo triaxial no consolidado - no drenado

Ensayo triaxial consolidado - no drenado

Ensayo de consolidación

Ensayo de permeabilidad

Ensayo Proctor Modificado y CBR

b) Ensayos en Rocas: Determinación del módulo elástico

Ensayo de compresión triaxial

Ensayo de compresión no confinada Ensayo de resistencia a la rotura Interrelación con los estudios hidrológicos

En 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

además, la influencia de la socavación y la subpresión en el diseño.

El nivel de cimentación deberá estar por debajo de la profundidad de socavación

estimada.


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Los estudios deberán ser documentados mediante un informe que contendrá, como

mínimo, lo siguiente:

Exploración geotécnica. Indicación de sondeos y ensayos de campo y laboratorio

realizados. Se indicarán las normas de referencia usadas para la ejecución de los

ensayos. Los resultados de los sondeos deben ser presentados con descripciones

precisas de los estratos de suelo y/o base rocosa, clasificación y propiedades

físicas de los suelos y/o roca, indicación del nivel freático y resultados de los

ensayos de campo.

Descripción precisa de los estratos de suelos, clasificación y propiedades físicas

de los suelos.

Indicación del nivel freático.

De los resultados de ensayos de campo y de laboratorio. Como mínimo se

deben establecer los siguientes parámetros, de acuerdo al tipo de suelo: peso

volumétrico, resistencia al corte, compresibilidad, potencial de expansión o de

colapso, potencial de licuación. En caso de rocas, se deberán establecer:

dureza, compacidad, resistencia al intemperismo, índice de calidad y

resistencia a la compresión.

Tipos y profundidades de cimentación recomendadas.

Normas de referencia usados en los ensayos.

Canteras para materiales de construcción y características de los materiales de las

canteras.

Zonas de deslizamientos y aluviones pasados.

Conclusiones y recomendaciones.


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2.3 CIMENTACIÓN

Un puente es una estructura que sirve para dar paso a una vía de trasporte salvando

una depresión del terreno, un curso de agua o cualquier construcción ubicada sobre la

línea de esta vía de transporte. Consta de una superestructura, la cual lleva el tablero

de paso, y la cimentación, que son los elementos que transmiten la carga de aquella al

terreno de apoyo. La cimentación la componen: a) los muros o columnas sobre los que

descansa directamente la superestructura; b) su cimentación correspondiente, que

puede ser zapatas, pilotes o cajones.

En la elección del cruce o ubicación del puente, se tomará en cuenta no sólo el costo de

éste en sí, no obstante ser ésta en sí costosa, si no que se le considera como formado

parte de un todo, que es el camino o vía que liga regiones entre sí distantes, y cuyo

costo es un sólo renglón del costo total.

Este nos induce a pensar que no siempre el cruce del camino será la elección más

adecuada para la ubicación del puente, ya que ésta dependerá de las condiciones

topográficas, geológicas, hidráulicas y económicas; en breve puede decirse que la

elección del cruce debe tener un buen alineamiento con el trazo general del camino y

que el terreno de cimentación sea adecuado para resistir los esfuerzos a que se vaya a

someter.

Pilas: son los apoyos intermedios para la superestructura de un puente de claros

múltiples. Los apoyos extremos del mismo los llamamos estribos.

Los estribos pueden clasificarse en:

a) Estribos para puente de arcos, que reciben un empuje horizontal del mismo.

b) Estribos para puentes de trabes o armaduras, cuya carga principal es vertical;

llevan además, el empuje del material de los accesos del puente.

Las pilas se diseñan generalmente para cargas verticales que les pone la

superestructura, aunque puede actuar como pila-estribo, en el caso de puente de arcos,

a fin de asegurar la estabilidad de éste en un caso de falla de uno de los arcos.


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2.3.1 PILAS

Llamamos “pila” a aquella parte de la subestructura que recibe la acción de dos tramos

de la superestructura, teniendo como función el llevar estas cargas hasta el terreno en

que se apoya en forma tal que los esfuerzos que estas cargas le imponen no excedan a

los admisibles del terreno.

Consta de corona, cuerpo y cimentación, el tipo y forma de la pila dependerá de las

carga que soporte, aunque en ocasiones lo que gobierna su selección son las

condiciones de trabajo de la obra y el proceso de construcción impuestos por las

mismas, o bien la disponibilidad económica de los materiales.

Además éstas deberán causar la menor perturbación posible al paso del agua, por lo

que su forma generalmente empleada es rectangular con triángulos o segmentos de

circulo en los extremos aguas arriba y aguas abajo, estos extremos frontales a la

dirección de la cociente reciben el nombre de “tajamares”.

2.3.2 CARGA DE DISEÑO DE PILAS

Entre los tipos de cargas de pilas a considerar en el diseño y cálculo de una pila

tenemos:

Carga muerta.

Carga viva.

Carga variable.

Carga muerta

Son aquellas que actúan durante toda la vida útil de la estructura sin variar

significativamente, o que varían en un solo sentido hasta alcanzar un valor

límite. Corresponden a este grupo el peso propio de los elementos estructurales y las

cargas muertas adicionales tales como las debidas al peso de la superficie de rodadura

o al balasto, los rieles y durmientes de ferrocarriles. También se consideran

cargas permanentes el empuje de tierra, los efectos debidos a la contracción de fragua

y el flujo plástico, las deformaciones permanentes originadas por los

procedimientos de construcción y los efectos de asentamientos de apoyo.


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Carga Viva

La carga viva sobre la cimentación de puentes carreteros se debe esencialmente a las

fuerzas transmitidas por los vehículos que sobre ellos transitan. Su determinación

depende del peso y de las características de los vehículos que pueden transitar sobre el

puente, así como de la distribución mas desfavorable que es razonable esperar que se

presente. Cuando el tráfico se para, pueden quedar llenos todos los carriles con

vehículos cercanos uno al otro, produciendo una carga estática máxima. Sin embargo,

sería excesivamente conservador suponer que todos los vehículos tienen el peso

máximo. Cuando el trafico fluye, el numero de vehículos que puede transitar sobre el

puente es menor, pero la velocidad a que circulan producen efectos dinámicos que

incrementan las fuerzas internas en la estructuras.

Para obviar la dificultad de tener que analizar las combinaciones complejas de

vehículos para la determinación de la carga viva en puentes, los códigos suelen recurrir

a cargas equivalentes convencionales que tratan de cubrir conservadoramente los

efectos de las condiciones más desfavorables de tráfico que puedan presentarse.

En puentes relativamente largos, lo que regirá el diseño será el efecto de un gran

número de vehículos, el cual puede sustituirse por una carga uniforme equivalente. En

puentes cortos será crítica la posición de un solo vehículo particularmente pesado, el

cual debe representarse como una serie de cargas concentradas que coinciden con los

ejes de las ruedas del vehículo. Los valores que se asignan a estas cargas

corresponden a vehículos idealizados que pretenden representar efectos de

condiciones de tráfico desfavorables. En México y en otros muchos países se adoptan

las cargas especificadas por la AASHTO.

Las recomendaciones de la AASHTO establecen dos tipos de vehículos: un camino de

dos ejes, carga tipo H, y uno de tres ejes, carga tipo HS. Uno de estos vehículos deberá

colocarse en la posición más desfavorable sobre el claro de puentes cortos.

Alternativamente se debe considerar una carga uniforme más una concentrada en la

posición más desfavorable, aplicada sobre cada carril. Para tomar en cuenta que la

probabilidad de que de que se encuentren cargas excepcionalmente altas sobre varios

carriles es pequeña, esta carga uniforme se reduce a medida que aumenta el número

de carriles. En México, la Secretaria de Comunicaciones y Transportes especifican que

deben diseñarse para la carga HS 20 los puentes en caminos principales y para la HS

15 en los secundarios. Los puentes de cuatro o más carriles deben revisarse además

para un tren de cargas mas pesado llamado T3-F2-R4. Se establecen restricciones al

tránsito de vehículos cuyos pesos exceden de los especificados por esta carga.


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El paso de un vehículo sobre un puente causa vibraciones debidas a la irregularidad de

la superficie de rodamiento. Estas vibraciones producen incrementos en los efectos de

las diferentes acciones sobre el puente. Estos efectos dependen de la velocidad del

vehículo, de las irregularidades de la superficie de rodamiento, de las características del

vehículo y la flexibilidad de la longitud del puente.

El fenómeno es obviamente muy complejo y prefiere recubrir a un planteamiento

simplista que consiste en considerar un factor de impacto con el que se incrementan los

efectos de las cargas vivas calculadas en forma estática. El factor de impacto se basa

en algunas mediciones de las amplificaciones de las deflexiones al pasar los vehículos

a distintas velocidades. El factor de impacto se hace depender exclusivamente del claro

del puente, ya que al aumentar el claro la fluctuación de los esfuerzos debidos a los

efectos dinámicos se reduce, porque la carga viva representa una fracción cada vez

menor de la carga total.

El factor de impacto, según la formula de la AASHTO, es

En que L es el claro de puentes en metros.

El tránsito de vehículos sobre puentes carreteros produce, además de fuerzas

verticales ciertas fuerzas horizontales. Se presentan fuerzas horizontales por el

arranque y frenado de vehículos en la dirección del eje del puente. El código citado

especifica que debe tomarse una fuerza longitudinal a 20 porciento del peso del

vehículo. Estas fuerzas influyen en el diseño de los apoyos del puente.

Cabe hacer énfasis nuevamente en que las cargas estándar de diseño son valores

convencionales. La adopción de uno u otro nivel de carga estándar debe estar ligada a

una reglamentación del tránsito en cuanto al peso de los vehículos, así como el grado

de control que se pueda tener sobre el cumplimiento de dicha reglamentación.


23

Carga accidentales

Son aquellas acciones cuya probabilidad de ocurrencia es muy baja, pero que

en determinadas condiciones deben ser consideradas por el proyectista, como por

ejemplo las debidas a colisiones, sismos o explosiones.

2.3.3 PILOTES

Los pilotes son postes que se introduce profundamente en el terreno para transmitir la

carga de la cimentación a los estratos más resistentes. Cuando estos elementos tienen

dimensiones grandes en su sección transversal (mayores que 60 cm) se denominan

generalmente pilas.

Los pilotes se emplean cuando el terreno superficial tiene baja capacidad de carga,

cuando se tienen requisitos muy estrictos de asentamientos admisibles y cuando se

quieren evitar cimentaciones muy voluminosas apoyadas en estratos de suelo poco

favorables para la construcción, como en obras marítimas o en suelos saturados.

Un pilote desarrolla resistencia por apoyo directo en su punta y por fricción en la

superficie de contacto con el suelo. Los pilotes que se apoyan en los estratos de suelo

uniforme, y que por tanto, desarrollan la mayor parte de su resistencia por dicho apoyo

directo, se denomina pilotes de punta. Los pilotes que quedan totalmente embebidos en

estratos de baja capacidad de carga y por tanto desarrollan su resistencia casi

exclusivamente por adherencia y por rozamiento entre su superficie y el suelo

adyacente, se llaman pilotes de fricción.

En muchos casos ambos componentes de resistencia son significativos y deben

tomarse en cuenta, de manera que la profundidad a que se apoyará un pilote será tal

que su resistencia total, debida al efecto combinado de los dos componentes de

resistencia, sea necesaria para las cargas que debe soportar. Además de la capacidad

de carga, existen otros aspectos que pueden influir en la selección del tipo de pilote,

como son la posibilidad de asentamientos generales de los estratos del subsuelo y las

variaciones del nivel freático.

En cuanto a su proceso constructivo, se pueden dividir los pilotes en prefabricados y

colados en el lugar. El proceso constructivo influye en forma importante en el

comportamiento de los pilotes; los prefabricados se hincan en el terreno, generalmente


24

por impacto, produciendo el desplazamiento del suelo para dar paso al pilote; esto

provoca una perturbación del suelo que altera sus propiedades mecánicas.

Además, un pilote prefabricado esta sujeto a esfuerzos adicionales que se producen

durante su transporte, izado e hincado; especialmente estos últimos suelen ser mas

severos que los que se presentan una vez colocado el pilote y determinan por tanto sus

características estructurales. Los pilotes colados en el lugar requieren una perforación

previa que no implica desplazamiento del suelo y por tanto produce una perturbación de

las propiedades de este mucho meno que el caso anterior.

Una ventaja de los pilotes prefabricados es que su hincado constituye de hecho una

prueba de carga que asegura una capacidad mínima una vez colados en el lugar.

Existen un gran número de tipos de pilotes en cuanto a su sección, materiales y

procedimientos de fabricación. Especialmente en lo referente a este ultimo aspecto, los

sistemas suelen estar patentados y los pilotes son construidos por empresas

especializadas.

Los principios que rigen su comportamiento estructural son los mismos. En cuanto al

material estos suelen ser de madera, de sección circular; de acero, en general de

sección tubular o en H, o de concreto reforzado o presforzado de sección circular,

triangular, cuadrada e irregular. Los pilotes de madera se usan donde abunda este

material y generalmente como pilotes de fricción. Su duración puede ser indefinida si se

utilizan en terreno exento de variaciones importantes de humedad, por ejemplo si se

encuentra en el agua o en algún terreno saturado sin cambios en el nivel freático; sin

embargo su duración puede no exceder de un par de años si se someten a ciclos

continuos de humedecimiento y secado.

Los pilotes de acero tienen la ventaja sobre los de concreto de que, por su menor peso

y por sus paredes delgadas, en las secciones tubulares o en H, facilitan el hincado por

el efecto de cuchilla de sus paredes. Por otra parte, una vez instalados, se forma en sus

extremos un tapón de suelo que asegura un efecto de punta similar al que se tiene una

sección cerrada. Por tanto su capacidad de punta se suele determinar con el área total

de la envolvente de la sección. La corrección no es crítica si los pilotes de acero están

hincados en un suelo inalterado sin variaciones en el nivel de agua; de lo contrario

requieren una protección anticorrosiva.

Los pilotes de concreto garantizan un mejor desempeño referente a durabilidad ante

condiciones agresivas. Los prefabricados en planta suelen ser presforzados, ya que

requieren menor sección y refuerzo para soportar las solicitaciones por manejo e


25

hincado. Cuando se cuenta con suficiente espacio en la obra resulta generalmente más

económico prefabricarlos en sitio para eliminar costos de transporte.

Para facilitar el manejo y el hincado, los pilotes largos se prefabrican en secciones que

se conectan con dispositivos diseñados para resistir tensiones que se presentan

durante el hincado.

Los pilotes colados en el lugar se forman rellenando una perforación previa hecha con

equipo rotatorio o por hincado de una camisa metálica que se extrae a medida que se

rellena la cavidad. En este último caso se puede contarse con una ampliación en el

extremo, llamada campana, con lo cual se incrementa la capacidad de punta.

Las pilas son coladas en el lugar en una excavación previa; existen diversos métodos

de excavación que incluyen el hincado previo de un cilindro que forma después la pared

exterior de la pila. Los pilotes pueden ser inclinados cuando se utilizan para tomar

cargas horizontales importantes y suelen colocarse debajo de una zapata o cabezal, o

de una losa de cimentación.

Aunque la función más común de los pilotes es la de transmitir cargas de compresión a

los estratos resistentes del suelo, en ocasiones se emplean también para tomar

tensiones. Tal vez es el caso de una estructura ligera enterrada abajo del nivel freático

y que recibe por empuje hidrostático una subpresión mayor que su propio peso; se

colocan pilotes para que en su trabajo por fricción equilibren las fuerzas que tienden a

hacer emerger la estructura. En caso de construcciones muy esbeltas, es probable que

las cargas laterales de sismo o viento provoquen momentos de volteo que implique la

aparición de tensiones en los pilotes de unos de los extremos de la base de la

estructura y que este efecto rija la longitud necesaria del pilote.

Criterios de diseño

Los pilotes son elementos estructurales aptos para resistir cargas esencialmente

axiales; su capacidad esta regida por la carga que puede aceptar el suelo sin que

ocurra penetración del pilote y por la carga que es capaz de resistir el pilote mismo sin

presentar una falla estructural. La capacidad para un estado límite de falla en el suelo

se determina con procedimientos reconocidos de mecánica de suelos, por ejemplo

según los métodos establecidos por el RDF. En ocasiones, para sistemas especiales de

pilotes, es necesario recurrir a pruebas de carga en el sitio a falta de un procedimiento

comprobado de cálculo de la capacidad.


26

En los procedimientos para la determinación de la resistencia de un pilote por

capacidad del suelo están involucrados factores de seguridad elevados congruentes

con las incertidumbres que se tienen en las propiedades del suelo.

El dimensionamiento estructural del pilote se realiza con los procedimientos normales

para columnas, según el material del que esta compuesto el pilote. Se menciona con

frecuencia en la literatura que hay que procurar siempre que la capacidad estructural

del pilote exceda a su resistencia por capacidad del suelo.

Este criterio obedece a que se considera mas grave la falla estructural que el

vencimiento de la capacidad de soporte del suelo; sin embargo, los factores de

seguridad involucrados en los métodos de diseño de columnas dan lugar a una

confiabilidad adecuada para los pilotes y no se ve razón alguna por la que estos deban

diseñarse con factores de seguridad mayores que las columnas a las que soportan.

En pilotes prefabricados e hincados, los efectos de impacto durante el hincado son

siempre más desfavorables los que se representan cuando el pilote se encuentra en su

posición definitiva. Debe dársele en este caso al pilote una capacidad mayor que la

carga necesaria para hacerlo penetrar en la capa mas dura que tendrá que atravesar.

En estos casos, además de que una resistencia a compresión elevada, debe

proporcionar capacidad para resistir fuerzas de impactos y esfuerzos dinámicos por la

transmisión de ondas de vibración a lo largo del pilote.

Cualitativamente, es importante que el pilote tenga refuerzo longitudinal generoso para

absorber las tensiones que se presentan durante el hincado y, especialmente, tenga

refuerzo transversal de confinamiento cerca de la punta y el extremo donde se aplican

los impactos para que dispongan en esas partes de mayor resistencia y de la ductilidad

necesaria para disipar la energía introducida por el equipo de hincado. La figura

muestra algunos detalles típicos de refuerzo.

Aunque la carga transmitida al pilote sea teóricamente axial, es necesario considerar en

el dimensionamiento una excentricidad accidental, debido a la incertidumbre en la

posición exacta del pilote, a su posible falta de verticalidad y, en los pilotes en el lugar,

a la irregularidad de su sección transversal. Se recomienda las excentricidades

accidentales siguientes.

Para pilotes prefabricados t/10

Para pilotes colados en sitio t/8


27

En que t es la dimensión del pilote en la dirección en que se considera la excentricidad.

Un pilote enterrado en toda su longitud cuenta con el suficiente apoyo lateral para que

puedan ignorarse los problemas de pandeo ante carga vertical, excepto, cuando se

trate de un suelo extraordinariamente blando y de pilotes de gran longitud. Por esto los

pilotes pueden dimensionarse generalmente como columnas cortas. En estructuras

costeras, como los muelles, los pilotes sobresales del suelo normalmente hasta más

arriba de la superficie del agua.

El pandeo puede ser una condición critica en este caso; para su revisión debe tomarse

como longitud de pandeo, no sólo la longitud libre sobre el suelo, sino además una

longitud equivalente dentro del suelo por debajo de la cual el pilote pueda considerarse

empotrado. Esta longitud equivalente suele fijarse con reglas burdas como la de

considerarla iguala un determinado número de diámetros de pilote (desde tres para

terreno firme hasta quince para terreno blando). En realidad dicha longitud debe

depender de la rigidez relativa del suelo y pilote.

Davisson y Robinson realizaron análisis de la interacción suelo-pilote, modelando el

suelo con resortes independientes y empleando el concepto de módulo de reacción.

Para suelos cohesivos, como las arcillas, adoptaron las hipótesis de que el módulo de

reacción del suelo es constante en la profundidad y los resultados obtenidos pueden

reproducirse con una presión muy aceptable si se adopta la longitud libre equivalente

dada por la expresión siguiente:

Figura 1. DETALLES TÍPICOS DE REFUERZO DE PILOTES DE CONCRETO REFORZADO PREFABRICADOS.


28

(

)

⁄

En que EI son el módulo de elasticidad y el momento de inercia del pilote,

respectivamente, “Ks” es el modulo de reacción del suelo, que a falta de una

determinación directa puede tomarse y “b2 es el ancho del pilote. En suelos no

cohesivos, como las arenas, la rigidez aumenta con el confinamiento y por tanto la

profundidad del estrato en consideración. Para ellos Davisson y Robinson adoptaron la

hipótesis de que la rigidez aumenta linealmente con la profundidad “x” desde la

superficie, o sea:

En que es una constante de proporcionalidad. Los resultados de los análisis con esta

hipótesis son aproximadamente los mismos que se obtienen si se toma una longitud

libre equivalente

(

)

⁄

Con las ecuaciones (1) y (2) puede por tanto encontrarse la profundidad a la cual el

pilote puede considerarse empotrado, en arcillas y arenas respectivamente, y con la

cual puede realizarse análisis ante cargas laterales y revisiones por pandeo.

Los pilotes pueden verse sujetos a cargas laterales importantes en edificios por efecto

de sismo o viento, en muros de contención por empuje de tierras y en muelles y duques

de alba por fuerzas de oleaje y fuerzas de amarre y choque de embarcaciones. Los

pilotes verticales no son elementos eficientes para resistir cargas laterales, de manera

que cuando éstas tienen una magnitud apreciable (10 por ciento o más de la carga

vertical) es recomendable resistirlas de otra forma.

Esto se logra, por ejemplo enterrando la estructura a cierta profundidad para que el

empuje pasivo del suelo sobre la parte enterrada equilibre las fuerzas laterales o

mediantes pilotes inclinados en los que la componente horizontal de la fuerza axial a

ellos aplicada equilibra la carga lateral. Para determinar las fuerzas internas inducidas

en un pilote vertical por las cargas laterales, se puede recurrir a la misma idealización

de la longitud libre equivalente usada por la revisión por pandeo.


29

Grupo de pilotes

La distribución de las cargas de la estructura a los pilotes se realiza por medio de

elementos auxiliares de cimentación, como zapatas, dados o losas continuas. Es

conveniente que el elemento de transmisión tenga alta rigidez para que las cargas se

distribuyan uniformemente a todos los pilotes. Cuando no es posible contar con una

cimentación continua que abarque toda el área de construcción, la transferencia de

carga se hace a través de zapatas aisladas, debajo de las cuales se colocan el número

de pilotes necesario para resistir la carga transmitida por la columna correspondiente.

En este caso el número mínimo de pilotes que debe colocarse debajo de la zapata es

de tres para evitar problemas de inestabilidad del apoyo, a menos que las zapatas

estén ligadas entre si por contratrabes de alta rigidez a flexión.

Cuando hay losas continuas de cimentación, los pilotes se agrupan en las cercanías de

las columnas en número tal que equilibren la carga de cada columna individual; de esta

manera se reducen al mínimo las fuerzas internas inducidas en la losa de cimentación

por las reacciones de los pilotes. El cálculo de las fuerzas que actúan en cada pilote

individual de un grupo, bajo una zapata rígida, suele hacerse suponiendo que ésta

produce una variación lineal de presiones debajo de ella, de manera que es aplicable la

formula general de flexocompresión.

Zapatas y dados sobre pilotes

Como se ha mencionado, para transmitir la carga de la estructura a los pilotes requieren

elementos intermedios que sean capaces de resistir las altas concentraciones de

cargas impuesta por los pilotes y las columnas. Estos elementos son zapatas y dados,

o las contratrabes mismas, en cimentaciones corridas. Para lograr una adecuada

continuidad es necesario que las cabezas de los pilotes queden ancladas dentro de la

zapata o dado. Es recomendable que el pilote sobresalga al menos 15 cm del lecho

bajo de la zapata y queden ahogado dentro de esta. En pilotes de concreto reforzado es

práctica acostumbrada demoler el concreto en la zona que queda embebida en la

zapata y anclar el refuerzo así descubierto al colar el concreto de la zapata.

Los pilotes se distribuyen bajo la zapata respetando los requisitos de espaciamiento y

separación mínima del borde. Es siempre conveniente que, bajo las cargas de servicio,

el centro de aplicación de la carga coincida con el centroide de los pilotes. Cuando el

número de pilotes bajo una zapata es alto, las cargas que estos transmiten se

asemejan a una presión uniforme y el diseño de la zapata es idéntico al que se realiza

cuando este se apoya directamente sobre el suelo.


30

Cuando se trata de pocos pilotes, su efecto sobre la zapata debe considerarse como el

de cargas concentradas, no debe realizarse el diseño por flexión, por cortante de viga y

por cortante de punzonamiento con los mismos criterios expuestos anteriormente. Debe

revisarse la posibilidad de punzonamiento de la columna y también de los pilotes. A

este respecto es frecuentemente que, por la distribución relativamente densa de los

pilotes bajo la zapata, el área crítica de punzonamiento de dos a o más pilotes se

sobrepongan. En este caso debe revisarse un área crítica bajo la carga impuesta por

los pilotes situados dentro de dicha área. Por su notable peralte y por las altas cargas

concentradas que tienen que transmitir, es común que las zapatas sobre los pilotes se

refuercen en ambos lechos y con estribos, colocando además refuerzo en lechos

intermedios para cumplir con los requisitos por cambios volumétricos.

Figura 2. DISPOSICIÓN DE REFUERZO Y ESPACIAMIENTO DE LOS PILOTES.


31

CAPITULO 3. PROCEDIMIENTO Y DESCRIPCIÓN DE LAS

ACTIVIDADES REALIZADAS.

3.1 DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO Y BASES DE DISEÑO

Para llevar a efecto el trabajo de cálculo estructural, se contó con información a través

de planos de cortes, alzados y topográficos proporcionados por el solicitante, los cuales

presentan el proyecto llamado “PUENTE VEHICULAR CAMINO: CARRETERA

MACUSPANA, TRAMO: MACUSPANA-TORTUGUERO.”, Ubicado en el municipio de

Macuspana, Tabasco., El cual consta de un puente de concreto vehicular con las

siguientes características principales:

1. Cubre un claro total de 122.00 m en 4 tramos de 30.45 m cada uno y 5 cm de

juntas constructivas entre cada vigas AASHTO.

2. Los tramos están soportados por trabes cabezales de 1.50 m de base y 1.40

m de altura.

3. El ancho de calzada del puente es de 7.50 m y banquetas en cada lado de

1.25 m de ancho, para un ancho total de 10.00 m.

4. La superficie de rodamiento está formada por una losa de concreto de 20 cm

de espesor sobre la cual se colocará una capa de asfalto de 10 cm de

espesor.

5. La losa de rodamiento descansará sobre 6 vigas AASHTO presforzadas de

66 cm de base y 135 cm de peralte.

6. En la parte lateral de la superficie de rodamiento existen banquetas y

parapetos de concreto con las dimensiones indicadas en los planos

estructurales.

Esta descripción es tal como se aprecia en los cortes y plantas del proyecto.

Todo lo anterior fue el punto de partida para proceder al análisis de los diferentes

sistemas estructurales que sustentan la construcción en la concepción estructural

original, para la realización del diseño estructural se respetaron todas y cada una de las

acotaciones originales marcadas en los planos ejecutivos arquitectónicos de proyecto

proporcionados por el solicitante.


32

ESTRUCTURACIÓN PRINCIPAL:

La estructuración principal de este puente está constituida a base de marcos de

concreto armado (trabes y columnas) de f’c = 250 kg/cm2 y f’c = 350 kg/cm2 para los

diferentes elementos según los planos estructurales.

De acuerdo con los puntos anteriores, con el proyecto original y observando los claros

que presenta, se optó que el sistema de losa de la superficie de rodamiento del puente

sea losa de concreto armado macizo de 20 cm de espesor con una capa de asfalto de

10 cm de espesor. Se eligió este sistema de losa debido a su sencillez y rapidez

constructiva.

ANÁLISIS:

El análisis estructural de los elementos de este puente se sustentó en la teoría de un

comportamiento elástico de los materiales, obteniendo los elementos mecánicos finales

para su diseño. En las pilas del puente se realizó un análisis de segundo orden.

El estado de carga muerta incluye la carga generada por el peso de la mezcla asfáltica

de la superficie de rodamiento y el peso propio de los distintos elementos que

conforman la estructura.

Para el estado de carga viva se utilizó el vehículo de proyecto T3-S2-R3 especificado

en las normas NOM-012-SCT-2-1995 que especifican los pesos y dimensiones

máximas con las que pueden circular los vehículos de autotransporte que transitan en

los caminos y puentes de jurisdicción federal.

Usando el vehículo de proyecto antes mencionado, el programa Visual Analisys 6.0

realiza una envolvente utilizando el método de líneas de influencia para encontrar la

combinación más desfavorable en cada elemento, arrojando los elementos mecánicos

que se utilizaron para el diseño de los elementos estructurales que componen el

puente.


33

El análisis de la subestructura del puente se efectuó a través del programa ECOgcW

2.24 en tres dimensiones. Con este tipo de análisis se tienen resultados más finos, los

cuales permiten una optimización en los elementos estructurales. El programa emplea 2

estados de carga: carga muerta y carga viva (CMCV1), sismo (S1) y SU (Empuje de

suelo).

El estado de carga de sismo fue el resultado de realizar un análisis sísmico estático

aplicado a marcos de concreto armado y apegado al Manual de Obras Civiles de la

Comisión Federal de Electricidad. Las normas de la AASHTO especifican considerar

solamente el 5% del total de la fuerza sísmica.

El estado de carga de empuje de suelo incluye el empuje pasivo que genera el suelo

sobre las pilas del puente debido a las cargas laterales generadas por el sismo.

Para el análisis y diseño de la superestructura y subestructura se realizaron las 2

combinaciones siguientes:

CM+CV (Para vigas AASHTO y Trabes cabezal)

CM+CV+Sismo+empuje de suelo (Para Trabe cabezal, muro de concreto y pilas)

A partir de estas combinaciones se generó la envolvente que es la que nos da los

elementos mecánicos máximos para diseño (ver corrida de resultados del Visual

Analisys y ECOgcW) de los elementos estructurales que forman el puente.

La estructura, de acuerdo al Reglamento de Construcciones del Municipio del Centro en

base al uso que tendrá es del grupo A (artículo 139 titulo sexto). Los factores de carga

se tomaron basados en el mismo Reglamento:

CM+CV - - - - - F.C.=1.5

CM+CV+SISMO+EMPUJE DE SUELO- - - F.C.=1.1


34

N

PI-2

PI-1

SM-1

PROL. A

GUSTIN

DIZ

A D

EL C

ASTILLO

2dA D

E C

IRCUNVALACIO

N

A Ra. GRAN PODER

A V

ILLAHERM

OSA

A M

ACUSPANA

ELEV=10.14 msnm

SM-4ELEV=11.84 msnm

SM-2ELEV=-0.26 msnm

SM-3ELEV=0.00 msnm

0+000.00

0+020.00

0+040.00

0+060.00

0+080.00

0+100.00

0+120.00

0+140.00

0+160.00

0+180.00

0+200.00

0+220.00

0+240.00

0+260.00

0+280.00

0+300.00

0+320.00

0+340.00

0+360.00

0+373.96

PILA DE CONCRETO

PILOTE DE ACERO

0+083.50

Elev=10.37

APOYO EXTREMO N

o.1

0+114.00

Elev=11.77

APOYO C

ENTRAL No.2

0+144.50

Elev=12.24

APOYO C

ENTRAL No.3

0+175.00

Elev=12.29

APOYO C

ENTRAL No.4

0+205.50

Elev=12.23

APOYO EXTREMO N

o.5

30.5

0

30.5

0

30.5

0

30.5

0

PUENTE EXISTENTE

PUENTE EXISTENTE

CIMENTACIÓN:

En este proyecto se realizó estudio de mecánica de suelos, contando con los sondeos

SM1, SM2, SM3 y SM4. La localización de los sondeos se presenta en la figura 3

extraída de los estudios de mecánica de suelos:

Apegado a las recomendaciones del estudio de mecánica de suelos, se

recomienda que la cimentación sea de tipo profunda, basada en el uso de pilas

circulares de concreto armado f’c = 250 kg/cm2 con 1.00 m de diámetro.

Figura 3. LOCALIZACIÓN DE ZONDEOS SM1, SM2, SM3 Y SM4.


35

La mecánica de suelos recomienda una longitud de pila de 32.50 m. El cálculo de la

resistencia de las pilas por punta y por fricción se realizó en la mecánica de suelos, de

la cual se extrae las tablas 1, 2, 3 ,y 4:

Tabla 1. Capacidad de carga SM1.

Sondeo

Diámetro

(m)

Longitud

Total de

la pila

(m)

Cota de

desplante

(m)

Peso del

elemento

(ton)

Capacidad

de carga

admisible

(ton)

Capacidad

de

Carga

neta (ton)

SM 1 0.80 25.00 -15.00 30.00 135.00 105.00

SM 1 1.00 25.00 -15.00 47.00 203.00 156.00

SM 1 1.20 25.00 -15.00 68.00 266.00 199.00

SM 1 1.50 25.00 -15.00 106.00 293.00 287.00

* Se considera 4 metros de socavación.


Sondeo

Diámetro

(m)

Longitud

Total de

la pila

(m)

Cota de

desplante

(m)

Peso del

elemento

(ton)

Capacidad

de carga

admisible

(ton)

Capacidad

de

Carga

neta (ton)

SM 2 0.80 28.00 -28.20 34.00 165.00 131.00

SM 2 1.00 28.00 -28.20 53.00 235.00 183.00

SM 2 1.20 28.00 -28.20 76.00 317.00 241.00

SM 2 1.50 28.00 -28.20 119.00 416.00 298.00



36


Sondeo

Diámetro

(m)

Longitud

Total de

la pila

(m)

Cota de

desplante

(m)

Peso del

elemento

(ton)

Capacidad

de carga

admisible

(ton)

Capacidad

de

Carga

neta (ton)

SM 3 0.80 28.00 -27.90 34.00 157.00 123.00

SM 3 1.00 28.00 -27.90 53.00 222.00 170.00

SM 3 1.20 28.00 -27.90 76.00 299.00 223.00

SM 3 1.50 28.00 -27.90 119.00 433.00 314.00



Sondeo

Diámetro

(m)

Longitud

Total de

la pila

(m)

Cota de

desplante

(m)

Peso del

elemento

(ton)

Capacidad

de carga

admisible

(ton)

Capacidad

de

Carga

neta (ton)

SM 4 0.80 20.00 -8.00 22.00 114.00 90.00

SM 4 1.00 20.00 -8.00 34.00 167.00 129.00

SM 4 1.20 20.00 -8.00 49.00 228.00 174.00

SM 4 1.50 20.00 -8.00 76.00 339.00 254.00



37

En este análisis se considera por separado la superestructura con la subestructura

(cimentación), esto quiere decir que no existe interacción suelo estructura en los

modelos matemáticos utilizados. Este modelo es bastante bueno para el tipo de

estructura de este puente, así como del suelo donde se sustentará.

Para realizar el análisis sísmico se consideró que esta estructura está ubicada en la

Zona B de la regionalización sísmica de la República Mexicana y en un terreno Tipo II.

DISEÑO:

El diseño de los elementos estructurales de concreto reforzado y presforzado, se realizó

en base a la teoría de los esfuerzos últimos (Teoría Plástica), avalada por las Normas

Técnicas Complementarias del Reglamento de Construcciones del Distrito Federal.

Se consideró que el acero estructural es del tipo A-36, con esfuerzo máximo de fluencia

de Fy = 2,530 kg/cm2, especificados en planos estructurales para los diferentes

elementos.

LA REGLAMENTACIÓN UTILIZADA FUE:

El Manual de Obras Civiles de la Comisión Federal de Electricidad.

El Manual del Instituto Mexicano de Construcción en Acero.

Reglamento de Construcción del Municipio de Macuspana vigente.

Especificaciones AASTHO 2004.

Normatividad de la SCT Federal vigente.


38

FÓRMULAS PARA DISEÑO DE ELEMENTOS DE CONCRETO REFORZADO

Área de acero por flexión:

c'.f'.b.dF

Mu2

R

2Q1 Fy

c'f'

Fy

cf'0.70

6000Fy

β 6000

Fy

c'f' 1

1400

c*f

bKu

Mu

.

cf *

cf *

cf *

cf *

SR

yVR

V

cosθo d(senθ f AF


39

EVALUACIÓN DE LAS ACCIONES:

ANÁLISIS DE CARGAS EN SUPERFICIE DE RODAMIENTO:

Sistema de superficie de rodamiento a base de losa de concreto armado de 20 cm

de espesor con 10 cm de capa de asfalto.

Peso propio de la losa de rodamiento 480 kg/m2

Peso Propio del asfalto 145 kg/m2

CM = 625 kg/m2

El peso propio de la viga AASHTO es considerado en el programa Visual Analisys 6.0 automáticamente

CARGAS DEL VEHICULO DE PROYECTO T3-S2-R3:

9,000 Kg

427 cm - 914 cm

16,000 Kg

427 cm - 914 cm

0.4 W

0.4 W

0.4 W

0.4 W

16,000 Kg 16,000 Kg 5,500 Kg

427 cm - 914 cm 427 cm

0.4 W

0.4 W

0.4 W

0.4 W

0.1 W

0.1 W

Figura 4. CARGAS DE VEHÍCULO DE PROYECTO.


40

CÁLCULO DEL FACTOR DE IMPACTO:

Las especificaciones AASHTO indican que adicionalmente se incrementen los

elementos mecánicos resultantes debidos a la carga viva en un porcentaje debido al

impacto que causa la carga viva en movimiento. Este porcentaje se obtiene con la

siguiente ecuación:

Factor de Impacto = 1.3038L

15.241

factor de impacto

donde L = claro libre del puente en m.

Factor de Impacto = 1.22 =38+30.451

15.24+1 (Para claros libres de 30.45 m)


41

3.2 ANÁLISIS

ANÁLISIS SÍSMICO ESTÁTICO DEL APOYO CENTRAL No.2 CÁLCULO DE LA LONGITUD DE EMPOTRE DE LOS PILOTES: Datos según mecánica de suelos para la zona de arcillas:

Suelo predominantemente arcilloso medio

Ks = 4.00 kg/cm3 para arcillas.

Pila de concreto f’c = 250 kg/cm2 de 1.00 m de diámetro

Le =

1/4

b . Ks

E.I1.40

Donde: Le = Longitud de empotre del pilote E = Módulo de elasticidad del material del pilote = 221,359.43 kg/cm2 I = Momento de inercia de la pila = 4,908,750 cm4

Le =

1/4

3

42

cm) )(100kg/cm (4.00

)cm 0)(4,908,75kg/cm (221,3591.40 = 320.00 cm = 3.20 m

CÁLCULO DE LA LONGITUD TOTAL PARA MODELO ESTRUCTURAL DE LOS PILOTES: Lt = G + S + Le +Leje. Donde: Lt = Longitud total de la pila G = Gálibo = 0.00 m según la batimetría. S = Socavación = 4.00 m según estudio de mecánica de suelos. Le = Longitud de empotre = 3.20 m. Leje= Longitud del paño de la zapata al eje de la misma. Lt = 0 m + 4.00 m + 3.20 m + 0.70m = 7.90 m


42

PESOS TOTALES: CARGA MUERTA: 1.- TRABE CABEZAL TC-2 …………………….………………………….. 50.40 TON. 2.- BANCOS Y TOPES SISMICOS…………………………………………..3.85 TON. 3.- 6 VIGAS AASHTO L=30.50m……………………………………….….228.00 TON. 4.-LOSA DE RODAMIENTO:(10.00x30.50x0.20)(2.40ton).…..………..146.40 TON. 5.- BANQUETAS Y PARAPETOS………….……………………………… 50.44 TON. 6.- ASFALTO h= 10cm. (10.00x30.50x0.10m)(1.45ton/m3)…….………..44.22 TON. 7.- DIAFRAGMAS EXT. Y CENTRALES ………….……………………….21.76 TON. 8.- MURO ANCHO 0.75m (9.00x0.75mx3.16m)……………………...…….51.19 TON. 9.- ZAPATA DE TRANSICION (10.00x1.40x6.00m)…………….…..…..201.60 TON. CM= 797.86 TON. CARGA VIVA: Las especificaciones de la AASHTO indican considerar el 5% de la carga viva total para combinaciones de sismo: Carga de 4 vehículos T3-S2-R3 para apoyo central con claros de 30.45m = 213,080 kg Carga viva para análisis sísmico = (0.05)(213,080 kg) = 10,654 kg. Total carga viva para análisis sísmico = 10,654 kg. ESTADOS DE CARGA CARGA MUERTA: Carga muerta total: Bancos y topes sísmicos……....3.85 ton. 6 vigas AASHTO L=30.50m....228.00 ton. Losa de rodamiento……….....146.40 ton. Banquetas y parapetos……….. 50.44 ton. Asfalto……………..….………...44.22 ton. Diafragmas ext. y centrales.…...21.76 ton. CM = 494.67 ton. Cargas puntuales en trabe cabezal idealizando 6 vigas AASHTO. P=494.67ton/6 vigas = 82.44Ton. (Ver modelo de análisis en apoyo).


43

CARGA MUERTA UBICADA EN

50cm

1000cm

ZAPATA DE TRANSICION

50cm 50cm

TOPE

SISMICO

TRABE CABEZAL TC-2

TRABE CABEZAL

TC-2 (150x140)cm

50cm

900cm

EN APOYO CENTRAL 2.

82.44Ton. 82.44Ton. 82.44Ton. 82.44Ton. 82.44Ton. 82.44Ton.

0.68m 1.73m 0.68m1.73m 1.73m 1.73m 1.73m

Figura 5. ESTADO DE CARGA DEL APOYO CENTRAL No. 2: CARGA MUERTA.


44

CARGA VIVA UBICADA EN

50cm

1000cm


50cm 50cm

TOPE

SISMICO

TRABE CABEZAL TC-2

TRABE CABEZAL

TC-2 (150x140)cm

50cm

900cm

EN APOYO CENTRAL 2.

35.51Ton.

0.68m 1.73m 0.68m1.73m 1.73m 1.73m 1.73m

35.51Ton. 35.51Ton. 35.51Ton. 35.51Ton. 35.51Ton.

CARGA VIVA: Carga viva total: Carga de 4 vehículos T3-S2-R3 para apoyo central con claros de 30.45m = 213.08 ton. Cargas puntuales en trabe cabezal idealizando 6 vigas AASHTO. P=213.08ton/6 vigas = 35.51Ton. (Ver modelo de análisis en apoyo)

Figura 6. ESTADO DE CARGA DEL APOYO CENTRAL No. 2: CARGA VIVA.


45

SISMO: Carga viva para análisis sísmico = (0.05)(213,080 kg) = 10,654 kg. Total carga viva para análisis sísmico = 10,654 kg. 1.3.1.- Carga muerta en nivel 2 o altura H=12.46m CM = 50.40ton. + 3.85ton. + 228ton. + 146.40ton. + 50.44ton. + 44.23ton. + 21.76ton. + 51.20ton./2 CM = 570.68 ton. CV = 10.654 ton. Wi = 581.27 ton. 1.3.2.- Carga muerta en nivel 1 o altura H=7.90m CM = Muro (0.75m x 3.16m/2 x 9.00m)(2.40ton/m3) = 25.59ton. CM= Zapata de Transición: (1.40x6.00x10.00)m(2.40t/m3)= 201.60 ton. 6 PILAS Ø 1.00m Long. = 7.20m/2 = 3.60m CM= (0.7854m2)(3.60m)(6pilas)(2.40ton/m3) = 40.71 ton. Wi = 267.90 ton. Según tabla 3.1 del Manual de Obras Civiles de la CFE para: Zona B, Terreno Tipo II y un factor de comportamiento sísmico Q = 2:

C = 0.30 × 1.5 = 0.45 (Por ser estructura del grupo A)

Cs = 0.2252

0.45

Q

C

Realizando el análisis en sísmico en dirección más desfavorable se tiene:

NIVEL 2 12.46 581.27 7,242.62 147.85 147.85 1 7.90 267.90 2,116.41 43.20 191.05

849.17 9,359.03

hi)×(Wihi Wi

WiCs=fi∑

∑

Nota: En el estado de carga por sismo la fuerza sísmica fi=147.85 ton, se idealizó en los nodos de la trabe cabezal. Quedando las fuerzas de fi=147.85ton/5 nodos = 29.57 ton en el sentido Y(100%) y 8.87 ton en el sentido X(30%). (Ver estado de carga en corrida anexa Eco.gc) En el estado de carga por sismo la fuerza sísmica fi=43.20 ton, se idealizó en los nodos de las pilas. Quedando las fuerzas de fi=43.20ton/6 pilas = 7.20 ton en el sentido Y(100%) y 2.16 ton en el sentido X(30%).


46

147.85TON.

43.20TON.

FUERZAS SISMICAS

EN APOYO No.2

Figura 7. ESTADO DE CARGA DEL APOYO CENTRAL No. 2: FUERZA SÍSMICA.


47

ANÁLISIS SÍSMICO ESTÁTICO DEL APOYO CENTRAL No.3

CÁLCULO DE LA LONGITUD DE EMPOTRE DE LOS PILOTES:

Datos según mecánica de suelos para la zona de arcillas:

Suelo predominantemente arcilloso medio

Ks = 4.00 kg/cm3 para arcillas.

Pila de concreto f’c = 250 kg/cm2 de 1.00m de diámetro

Le =

1/4

b . Ks

E.I1.40

Donde:

Le = Longitud de empotre del pilote

E = Módulo de elasticidad del material del pilote = 221,359.43 kg/cm2

I = Momento de inercia de la pila = 4,908,750 cm4

Le =

1/4

3

42

cm) )(100kg/cm (4.00

)cm 0)(4,908,75kg/cm (221,3591.40 = 320.00 cm = 3.20 m

CÁLCULO DE LA LONGITUD TOTAL PARA MODELO ESTRUCTURAL DE LOS PILOTES:

Lt = G + S + Le

Donde:

Lt = Longitud total de la pila

G = Gálibo = 4.66 m según la batimetría (incluye los 0.70m al centro de la zapata de transición)

S = Socavación = 4.00 m según estudio de mecánica de suelos.

Le = Longitud de empotre = 3.20 m

Lt = 4.66 m + 4.00 m + 3.20 m = 11.86 m

PESOS TOTALES:


48

CARGA MUERTA:

1.- TRABE CABEZAL TC-2 …………………….………………………….. 50.40 TON.

2.- BANCOS Y TOPES SÍSMICOS…………………………………………..3.85 TON.

3.- 6 VIGAS AASHTO L=30.50m……………………………………….….228.00 TON.

4.-LOSA DE RODAMIENTO:(10.00x30.50x0.20)(2.40ton).…..………..146.40 TON.

5.- BANQUETAS Y PARAPETOS………….……………………………… 50.44 TON.

6.- ASFALTO h= 10cm. (10.00x30.50x0.10m)(1.45ton/m3)…….………..44.22 TON.

7.- DIAFRAGMAS EXT. Y CENTRALES ………….……………………….21.76 TON.

8.- MURO ANCHO 0.75m (9.00x0.75mx3.16m)……………………...…….51.19 TON.

9.- MURO ANCHO 1.25m (9.00x1.25mx2.17m)…………………………….58.59 TON.

10.- ZAPATA DE TRANSICION (10.00x1.40x6.00m)…………….…..…..201.60 TON.

CM= 856.45 TON.

CARGA VIVA:

Las especificaciones de la AASHTO indican considerar el 5% de la carga viva total para combinaciones de sismo:

Carga de 4 vehículos T3-S2-R3 para apoyo central con claros de 30.45m = 213,080 kg

Carga viva para análisis sísmico = (0.05)(213,080 kg) = 10,654 kg.

Total carga viva para análisis sísmico = 10,654 kg.


49

ESTADOS DE CARGA:

CARGA MUERTA:

Carga muerta total:

Bancos y topes sísmicos……....3.85 ton.

6 vigas AASHTO L=30.50m....228.00 ton.

Losa de rodamiento……….....146.40 ton.

Banquetas y parapetos……….. 50.44 ton.

Asfalto……………..….………...44.22 ton.

Diafragmas ext. y centrales.…...21.76 ton.

CM = 494.67 ton.

Cargas puntuales en trabe cabezal idealizando 6 vigas AASHTO.

P=494.67ton/6 vigas = 82.44Ton. (Ver modelo de análisis en apoyo).


50

50cm

1000cm


50cm 50cm

TOPE

SISMICO

TRABE CABEZAL

TC-2 (150x140)cm

50cm

900cm

CARGA MUERTA UBICADA EN

TRABE CABEZAL TC-2

EN APOYO CENTRAL 3.


0.68m 1.73m 0.68m1.73m 1.73m 1.73m 1.73m

Figura 13. ESTADO DE CARGA DEL APOYO CENTRAL No. 3: CARGA MUERTA.


51

50cm

1000cm


50cm 50cm

TOPE

SISMICO

TRABE CABEZAL

TC-2 (150x140)cm

50cm

900cm

CARGA VIVA UBICADA EN

TRABE CABEZAL TC-2

EN APOYO CENTRAL 3.

0.68m 1.73m 0.68m1.73m 1.73m 1.73m 1.73m


CARGA VIVA:

Carga viva total: Carga de 4 vehículos T3-S2-R3 para apoyo central con claros de 30.45m = 213.08 ton. Cargas puntuales en trabe cabezal idealizando 6 vigas AASHTO. P=213.08ton/6 vigas = 35.51Ton. (Ver modelo de análisis en apoyo)

Figura 14. ESTADO DE CARGA DEL APOYO CENTRAL No. 3: CARGA VIVA.


52

SISMO:

Carga viva para análisis sísmico = (0.05)(213,080 kg) = 10,654 kg.

Total carga viva para análisis sísmico = 10,654 kg.

1.3.1.- Carga muerta en nivel 3 o altura H=17.89m

CM = 50.40ton. + 3.85ton. + 228ton. + 146.40ton. + 50.44ton. + 44.23ton. + 21.76ton. + 56.88ton./2

CM = 573.52 ton.

CV = 10.654 ton.

Wi = 584.17 ton.


CM = Muro (0.75m x 3.16m/2 x 9.00m)(2.40ton/m3) = 25.59ton.


Wi = 54.89 ton.



CM= Zapata de Transición: (1.40x6.00x10.00)m(2.40t/m3)= 201.60 ton.

6 PILAS Ø 1.00m

Long. = 11.16m/2 = 5.58m

CM= (0.7854m2)(5.58m)(6pilas)(2.40ton/m3) = 63.11 ton.

Wi = 294.01 ton.


53

Según tabla 3.1 del Manual de Obras Civiles de la CFE para: Zona B, Terreno Tipo II y un factor de comportamiento sísmico Q = 2:

0.2252

0.45

Q

C

Realizando el análisis en sísmico en dirección más desfavorable se tiene:

NIVEL

3 18.59 584.17 10,859.72 150.43 150.43

2 14.73 54.89 808.53 11.20 161.63

1 11.86 294.01 3,486.95 48.30 209.93 933.07ton. 15,155.21ton.

hi)×(Wihi Wi

WiCs=fi∑

∑

Nota: En el estado de carga por sismo la fuerza sísmica fi=150.43 ton, se idealizó en los nodos de la trabe cabezal. Quedando las fuerzas de fi=150.43 ton/5 nodos = 30.08 ton en el sentido Y(100%) y 9.02 ton en el sentido X(30%).

En el estado de carga por sismo la fuerza sísmica fi=11.20ton, se idealizó en los nodos de los muros de concreto. Quedando las fuerzas de fi=11.20 ton/5 nodos = 2.24 ton en el sentido Y(100%) y 0.67 ton en el sentido X(30%).

En el estado de carga por sismo la fuerza sísmica fi=48.30 ton, se idealizó en los nodos de las pilas. Quedando las fuerzas de fi=48.30 ton/6 pilas = 8.05 ton en el sentido Y(100%) y 2.41 ton en el sentido X(30%).


54

150.43 TON.

11.20TON.

48.30TON.

FUERZAS SISMICAS

EN APOYO No.3

Figura 15. ESTADO DE CARGA DEL APOYO CENTRAL No. 3: FUERZA SÍSMICA.


55

3.3 CIMENTACIÓN ANÁLISIS ESTRUCTURAL DEL APOYO CENTRAL No. 2 DEL PUENTE, USANDO EL PROGRAMA ECOgcW V. 2.24

Figura 8. MODELO ESTRUCTURAL DEL APOYO CENTRAL No.2.


56

Figura 9. MODELO ESTRUCTURAL DEL APOYO CENTRAL No.2 CON

CARGA MUERTA Y VIVA.


57

Figura 10. MODELO ESTRUCTURAL DEL APOYO CENTRAL No.2

CON CARGA DE SISMO.


58

Figura 11. MODELO ESTRUCTURAL DEL APOYO CENTRAL No.2 CON CARGA DE EMPUJE PASIVO DEL SUELO.


59

Figura 12. MODELO ESTRUCTURAL DEL APOYO CENTRAL No.2 CON LOS ELEMENTOS EXTRUIDOS.


60

ANÁLISIS ESTRUCTURAL DEL APOYO CENTRAL No. 3 DEL PUENTE, USANDO EL PROGRAMA ECOgcW V. 2.24

Figura 16. MODELO ESTRUCTURAL DEL APOYO CENTRAL No. 3.


61

Figura 17. MODELO ESTRUCTURAL DEL APOYO CENTRAL No. 3 CON CARGA MUERTA Y VIVA.


62

Figura 18. MODELO ESTRUCTURAL DEL APOYO CENTRAL No. 3 CON CARGA DE SISMO.


63

Figura 19. MODELO ESTRUCTURAL DEL APOYO CENTRAL No. 3 CON CARGA DE EMPUJE PASIVO DEL SUELO.


64

3.4 DISEÑO

Figura 20. MODELO ESTRUCTURAL DEL APOYO CENTRAL No. 3 CON LOS ELEMENTOS EXTRUIDOS.


65

REPORTE NUMÉRICO DEL APOYO CENTRAL NO. 2

Tabla 5. Reporte numérico general del apoyo central No. 2.


66


Tabla 7. Reporte numérico de estados de carga del apoyo central No. 2.


67


68

Tabla 8. Reporte numérico de envolventes de desplazamientos nodales y de elementos

mecánicos del apoyo central No. 2.


69

Tabla 9. Reporte numérico de envolvente de elementos mecánicos del apoyo central No. 2.


70

Tabla 10. Reporte numérico de envolventes de elementos mecánicos del apoyo central No. 2.


71



72



73



74

Tabla 14. Reporte numérico de envolventes de elementos mecánicos, de reacciones y

desplazamientos relativos del apoyo central No. 2.


75

Tabla 15. Reporte numérico de parámetros de diseño del apoyo central No. 2.


76



77

REPORTE NUMÉRICO DEL APOYO CENTRAL NO. 3



78



79

Tabla 19. Reporte numérico de estados de carga del apoyo central No. 3.


80

Tabla 20. Reporte numérico de estados de carga y desplazamientos nodales del apoyo central

No. 3.


81



82



83



84



85



86



87

Tabla 27. Reporte numérico de envolventes de elementos mecánicos, de reacciones y

desplazamientos relativos del apoyo central No. 3.


88



89



90

Figura 21. DIAGRAMA DE MOMENTOS FLEXIONANTES.


91

Figura 22. DIAGRAMA DE FUERZAS CORTANTES.


92

Figura 23. DIAGRAMA DE FUERZAS AXIALES.


93

3.5 RESULTADOS REVISIÓN DE PILAS DE CIMENTACIÓN, APOYO CENTRAL.

LA BAJADA DE CARGA TOTAL EN EL APOYO CENTRAL ES DE:

PESOS TOTALES:

CARGA MUERTA:

1.- TRABE CABEZAL TC-2 …………………….………………………….. 50.40 TON.

2.- BANCOS Y TOPES SÍSMICOS…………………………………………..3.85 TON.

3.- 6 VIGAS AASHTO L=30.50m……………………………………….….228.00 TON.

4.-LOSA DE RODAMIENTO:(10.00x30.50x0.20)(2.40ton).…..………..146.40 TON.

5.- BANQUETAS Y PARAPETOS………….……………………………… 50.44 TON.

6.- ASFALTO h= 10cm. (10.00x30.50x0.10m)(1.45ton/m3)…….………..44.22 TON.

7.- DIAFRAGMAS EXT. Y CENTRALES ………….……………………….21.76 TON.

8.- MURO ANCHO 0.75m (9.00x0.75mx3.16m)……………………...…….51.19 TON.

9.- ZAPATA DE TRANSICION (10.00x1.40x6.00m)…………….…..…..201.60 TON.

CM= 797.86 TON.

CARGA VIVA:

Las especificaciones de la AASHTO:

Carga de 4 vehículos T3-S2-R3 para apoyo central con claros de 30.45m = 213,080 kg

TOTAL DE CARGA EN EL APOYO CENTRAL: 1,010.94 ton.


94

Tomando en cuenta la capacidad máxima de la pila de 1.00 m de diámetro del sondeo

SM-2 por ser el que tiene menor capacidad que el sondeo SM-3 y al mismo tiempo el

apoyo analizado coincide mas cercano al sondeo SM-2.

Capacidad neta por fricción y punta (ver tablas 30, 31, 32 Y 33):

Pn= 68.85ton + 101.15ton = 170 ton ( valor que coincide con la tabla 31)

La capacidad última por fricción y punta es (usando los factores de reducción del

estudio de mec. de suelos 0.6 y 0.3 respectivamente)

OBTENIENDO UN FACTOR DE SEGURIDAD POR CIMENTACIÓN:

valor aceptable y bueno

para dar garantía de buen comportamiento de la cimentación desde el punto de vista

mec. de suelos.

También si comparamos la capacidad de carga de una pila con diámetro de 1.00 m en

el sondeo SM-2 nos da lo siguiente:

1,020 ton > 1,010.94 ton garantizando

también el buen comportamiento de la cimentación desde el punto de vista mec. de

suelos.

(Esta comparación es tomando en cuenta los factores de reducción de 0.6 y 0.3 de

fricción y punta de la pila; ver el estudio de mec. de suelos)


Tabla 30. Capacidad de carga de pilas de cimentación SM-1.

Sondeo

Diámetro

(m)

Longitud

Total de la

pila (m)

Cota de

desplante

(m)

Peso del

elemento

(ton)

Qfricc adm

(ton)

Qpunta adm

(ton)

Capacidad de

carga admisible

(ton)

Capacidad de

Carga neta

(ton)

SM 1 0.80 25.00 -15.00 30.00 50.00 85.00 135.00 105.00

SM 1 1.00 25.00 -15.00 47.00 70.00 133.00 203.00 156.00

SM 1 1.20 25.00 -15.00 68.00 75.00 191.00 266.00 199.00

SM 1 1.50 25.00 -15.00 106.00 93.00 299.00 293.00 287.00


96


Sondeo

Diámetro

(m)

Longitud

Total de la

pila (m)

Cota de

desplante

(m)

Peso del

elemento

(ton)

Qfricc adm

(ton)

Qpunta adm

(ton)

Capacidad de

carga admisible

(ton)

Capacidad de

Carga neta

(ton)

SM 2 0.80 28.00 -28.20 34.00 72.00 93.00 165.00 131.00

SM 2 1.00 28.00 -28.20 53.00 90.00 145.00 235.00 183.00

SM 2 1.20 28.00 -28.20 76.00 108.00 209.00 317.00 241.00

SM 2 1.50 28.00 -28.20 119.00 90.00 326.00 416.00 298.00


97


Sondeo

Diámetro

(m)

Longitud

Total de la

pila (m)

Cota de

desplante

(m)

Peso del

elemento

(ton)

Qfricc adm

(ton)

Qpunta adm

(ton)

Capacidad de

carga admisible

(ton)

Capacidad de

Carga neta

(ton)

SM 3 0.80 28.00 -27.90 34.00 72.00 85.00 157.00 123.00

SM 3 1.00 28.00 -27.90 53.00 90.00 132.00 222.00 170.00

SM 3 1.20 28.00 -27.90 76.00 108.00 190.00 299.00 223.00

SM 3 1.50 28.00 -27.90 119.00 135.00 297.00 433.00 314.00


98


Sondeo

Diámetro

(m)

Longitud

Total de la

pila (m)

Cota de

desplante

(m)

Peso del

elemento

(ton)

Qfricc adm

(ton)

Qpunta adm

(ton)

Capacidad de

carga admisible

(ton)

Capacidad de

Carga neta

(ton)

SM 4 0.80 20.00 -8.00 22.00 38.00 75.00 114.00 90.00

SM 4 1.00 20.00 -8.00 34.00 48.00 119.00 167.00 129.00

SM 4 1.20 20.00 -8.00 49.00 58.00 170.00 228.00 174.00

SM 4 1.50 20.00 -8.00 76.00 72.00 267.00 339.00 254.00


CONCLUSIONES

La conclusión a la que se logro alcanzar resulto muy satisfactoria de acuerdo a los

objetivos que se plantearon al inicio de este proyecto; ya que dichos objetivos se

cumplieron tanto en lo general como en lo particular, al término de la elaboración de la

memoria de cálculo.

Se puede presumir que esta memoria cumplió con cada uno de los puntos establecidos

en el capitulo uno, y que sin lugar a dudas servirá a mi desarrollo profesional y a todos

aquellos que tengan la oportunidad de leer este documento y estén interesados en,

ampliar los conocimientos que describe en este trabajo profesional.

Para poder cumplir con el objetivo general que se planteo con anterioridad, se tuvo en

primer lugar llevar a cabo el desarrollo de los objetivos particulares; la primicia de estos

objetivos es el consumar como primer punto el predimensioanmiento de los elementos

estructurales de los apoyos.

Este predimensionamiento previo al cálculo de dimensionamiento es necesario para

llevar a cabo en estructuras el cálculo con precisión de los esfuerzos sobre las mismas.

Con este paso se establecen unas dimensiones orientativas de las secciones, que

sirven de base para un cálculo de comprobación y reajuste de las dimensiones.

La mecánica de suelos y los estudios hidrológicos y topobatimétricos fueron muy

fundamentales para poder tener un predimensionamiento real de los elementos

estructurales; ya que son un punto de partida que nos da la ventaja de realizar menos

corridas en la modelación de la estructura, ahorrándonos tiempo y esfuerzos.

Se optó por utilizar una sección de pila de 1.20 m de diámetro, pero al hacer la revisión

de la capacidad de carga la cimentación, estaba muy sobrada de acuerdo con el tipo

de cimentación con el que estaba interactuando. Por esta razón cambie la sección de la

pila a 1.00 m de diámetro, y lo cual resulto mas aceptable desde el punto de vista de

mecánica de suelos.

Para el dimensionamiento de los muros tipos columna se tomo en cuenta la distancia

del puente con respecto a fondo del rio, ya que al no utilizar estos elementos

estructúrales, las pila estarían sometidos a esfuerzo muy grandes de flexión y torsión.

En lo que refiere a la zapata y trabe cabezal lo que rige en su dimensionamiento es el

esfuerzo cortante debido a la penetración de los pilotes y muro.


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Para el desarrollo del análisis sísmico estático de los apoyos centrales 2 y 3 se puede

establecer que se cumplió satisfactoriamente este objetivo. Este análisis se baso en la

reglamentación de la ASSHTO en la que solo considera el 5% total de la fuerza sísmica

y apegada al manual de obras civiles de la CFE. El análisis sísmico permitió obtener las

fuerzas sísmicas sobre el puente, que a su vez permitirán obtener los elementos

mecánicos (cortantes y momento flexionantes) que nos ayudaran a cumplir con el

diseño estructural de los elementos estructurales del puente.

En el análisis y diseño de lo apoyos centrales No. 2 y 3 se logro efectuar de una

manera rápida y eficaz gracias a que se tuvo que asistir el uso del programa Eco.gcW.

El programa de análisis y diseño estructural Eco.gcW sirvió de herramienta para

modelar la estructura del puente, primeramente creando la retícula tridimensional del

apoyo y así como de los niveles de la subestructura.

El procedimiento de análisis empleado es el método matricial de rigideces. De la matriz

de rigidez de la estructura se almacena en memoria sólo el perfil de la misma. Para la

solución del sistema de ecuaciones se emplea el método de Gauss adaptado para

trabajar la matriz perfilada.

El resultado que se obtuvo fue satisfactorio y eficaz con la ayuda del software, ya que

permitió realizar el modelamiento de las diferentes alternativas que se habían propuesto

de acuerdo a las condiciones que se estaban presentando.

Es necesario que para el uso de programas de análisis y diseño estructural contar

conocimientos mínimos necesarios de las características y métodos de modelación en

que trabaja, procedimientos de análisis empleado y si ésta se apega a normas y

reglamentos; y por supuesto estar familiarizados con el análisis y diseño estructural,

para que los resultados obtenidos sean los esperados.

En lo que se refiere a la revisión de la pila, es más que nada comprobar que la

capacidad de carga del terreno es aceptable en términos de seguridad y estabilidad

para resistir las cargas transmitidas por los apoyos del puente. Cabe mencionar que

este resultado es muy favorable para poder llevar a cabo este proyecto y es en este

objetivo en el que se finaliza el desarrollo de esta memoria de cálculo.

El último objetivo particular por cumplir y en el que se plasmaran los resultados de todo

lo anterior realizado es la elaboración de los planos. En estos se presentaran

detalladamente la geometría ya definida de todos los elementos estructurales que se

analizaron. Estos contendrán además todas las especificaciones que se deben tomar

en cuenta al momento de construir la estructura.


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Al cumplir todos los objetivos particulares con una gran satisfacción, también se cumplió

con el objetivo principal, el cual es la concepción de la elaboración del proyecto

definitivo de cimentación del puente san Joseito.

La ingeniería de cimentaciones para puentes en el estado de Tabasco, enfrenta una

problemática seria, al combinarse suelos muy comprensibles y muy blandos, con las

fuerzas ambientales (inundaciones) que se han presentado últimamente en gran parte

de la entidad.

Podemos decir que el diseño de la cimentación y el tipo que se escoja de ésta

dependerá muy especialmente de las condiciones del subsuelo; éstas determinarán el

procedimiento de ejecución, que a su vez influenciará la adopción de un tipo de

cimentación dado e imprimirá el diseño las modalidades específicas que mejor se

ajusten a las necesidades propias del lugar.

También son de importancia el carácter de la superestructura, dimensiones, cargas,

número de espaciamiento de apoyos; además la disponibilidad económica de los

materiales y equipos especiales involucrados en el procedimiento de construcción. O

sea que, si se tiene la posibilidad de adoptar una entre varias soluciones igualmente

satisfactoria desde el punto de vista técnico, la selección final recaerá sobre la que

ofrezca mayor garantía respecto a adquisición oportuna de materiales y equipo

adecuado para su construcción.

Cabe mencionar que hay tener muy en cuenta el tirante del agua del cauce del rio con

respecto a la superestructura (gálibo), ya que éste nos permitirá determinar si se va

emplear el uso de los muros tipo columna en los apoyos; estos elemento permiten

tener una estructura solida, segura y nos ayudan el hacer de las pilas elementos mas

cortos para que éstas no estén expuestas a los esfuerzos de tensión y torsión que nos

causaría grandes problemas.

Por otra parte, el efecto de socavación es directamente proporcional a la velocidad de la

corriente, y que el empuje hidrodinámico en las partes expuestas a la corriente aumenta

con el cuadro de la velocidad, se concluye que debemos ubicar las subestructuras de

puentes en zonas de baja velocidad.

Los resultados obtenidos fueron satisfactorios, aunque es relevante decir que hay que

tener en cuenta otras opciones de cálculo para el solicitante, quien será el que

determine cual conviene más para el propósito del que sea requerido.

Los retos que deberá afrontar en el futuro la ingeniería de cimentaciones para puentes

en el estado de Tabasco, exigen tener presente las lecciones aprendidas a lo largo del


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tiempo en las cimentaciones construidas. Lo anterior determinado por el asentamiento

regional, principalmente, aunque debe reconocerse que no todos los efectos residen en

ese fenómeno, sino que son causados por estudios del subsuelo deficientes o

insuficientes, falta de mantenimiento en las cimentaciones, etc.


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RECOMENDACIONES

Estar informados sobre la reglamentación y normas a utilizar es muy importante para

poder efectuar un proyecto de construcción, ya que es indispensable conocer los

requisitos mínimos de diseño, que nos van permitir establecer las pautas necesarias

para poder iniciar con nuestra memoria de cálculo.

Es necesario que lo que proyecte sea construible, es decir, certificar que existe el

equipo necesario para las maniobras, que la obtención y manufactura de los materiales

de construcción sea costeable, realizar incluso planos para el procedimiento

constructivo.

También se debe considerar todas las cargas debidas a peso de materiales y equipos

requeridos durante la construcción, así como las cargas de peso propio u otras de

carácter permanente que se aplique en cada etapa del proceso constructivo.

Además la cimentación de un puente debe ser proyectada para cumplir

satisfactoriamente las condiciones impuesta por los estados límites previstos en el

proyecto, considerando todas las combinaciones de carga que puedan ser ocasionadas

durante la construcción y el uso del puente.

Es muy importante que para el cálculo de la carga viva, el solicitante sea quien

proporcione las características del vehículo de diseño a utilizar; normalmente las cargas

de diseño a utilizar son las de mayor circulación por los caminos y carreteras de la

República Mexicana.

No obstante el modelado de la estructura con la ayuda de programas es muy sencillo,

es por eso que los modelos deben hacerse lo más apegado a la realidad, hasta en el

último detalle, ya los modelos invariablemente deben hacerse en 3D para tener una

mejor visión del comportamiento de las estructuras, claro esto no trata de demeritar los

modelos sencillos de barras, estos podrían servir para dar una idea general del

comportamiento.

En cuestión con los resultados del modelo, es recomendable que se haga una revisión

final, de los elementos estructurales que fueron analizados por separados; obteniendo

de cada uno sus elementos mecánicos y así poder determinar si se hará alguna

modificación o si los resultados de esta cumple con los requisitos mínimos de diseño.


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BIBLIOGRAFÍA

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elaboracion del proyecto de cimentacion del puente san joseito

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