Elaboracion Del Proyecto de Cimentacion Del Puente San Joseito
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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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22
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.
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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
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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
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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.
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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
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
ELABORACION DEL PROYECTO DE CIMENTACION DEL PUENTE SAN JOSEITO, UBICADO EN EL CAMINO MACUSPANA-TORTUGUERO.
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.
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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
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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.
ELABORACION DEL PROYECTO DE CIMENTACION DEL PUENTE SAN JOSEITO, UBICADO EN EL CAMINO MACUSPANA-TORTUGUERO.
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.
Tabla 2. Capacidad de carga SM2.
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
* Se considera 4 metros de socavación.
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36
Tabla 3. Capacidad de carga SM3.
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
* Se considera 4 metros de socavación.
Tabla 4. Capacidad de carga SM4.
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
* Se considera 4 metros de socavación.
ELABORACION DEL PROYECTO DE CIMENTACION DEL PUENTE SAN JOSEITO, UBICADO EN EL CAMINO MACUSPANA-TORTUGUERO.
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.
ELABORACION DEL PROYECTO DE CIMENTACION DEL PUENTE SAN JOSEITO, UBICADO EN EL CAMINO MACUSPANA-TORTUGUERO.
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
ELABORACION DEL PROYECTO DE CIMENTACION DEL PUENTE SAN JOSEITO, UBICADO EN EL CAMINO MACUSPANA-TORTUGUERO.
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.
ELABORACION DEL PROYECTO DE CIMENTACION DEL PUENTE SAN JOSEITO, UBICADO EN EL CAMINO MACUSPANA-TORTUGUERO.
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)
ELABORACION DEL PROYECTO DE CIMENTACION DEL PUENTE SAN JOSEITO, UBICADO EN EL CAMINO MACUSPANA-TORTUGUERO.
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
ELABORACION DEL PROYECTO DE CIMENTACION DEL PUENTE SAN JOSEITO, UBICADO EN EL CAMINO MACUSPANA-TORTUGUERO.
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).
ELABORACION DEL PROYECTO DE CIMENTACION DEL PUENTE SAN JOSEITO, UBICADO EN EL CAMINO MACUSPANA-TORTUGUERO.
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.
ELABORACION DEL PROYECTO DE CIMENTACION DEL PUENTE SAN JOSEITO, UBICADO EN EL CAMINO MACUSPANA-TORTUGUERO.
44
CARGA VIVA 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.
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.
ELABORACION DEL PROYECTO DE CIMENTACION DEL PUENTE SAN JOSEITO, UBICADO EN EL CAMINO MACUSPANA-TORTUGUERO.
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%).
ELABORACION DEL PROYECTO DE CIMENTACION DEL PUENTE SAN JOSEITO, UBICADO EN EL CAMINO MACUSPANA-TORTUGUERO.
46
147.85TON.
43.20TON.
FUERZAS SISMICAS
EN APOYO No.2
Figura 7. ESTADO DE CARGA DEL APOYO CENTRAL No. 2: FUERZA SÍSMICA.
ELABORACION DEL PROYECTO DE CIMENTACION DEL PUENTE SAN JOSEITO, UBICADO EN EL CAMINO MACUSPANA-TORTUGUERO.
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:
ELABORACION DEL PROYECTO DE CIMENTACION DEL PUENTE SAN JOSEITO, UBICADO EN EL CAMINO MACUSPANA-TORTUGUERO.
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.
ELABORACION DEL PROYECTO DE CIMENTACION DEL PUENTE SAN JOSEITO, UBICADO EN EL CAMINO MACUSPANA-TORTUGUERO.
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).
ELABORACION DEL PROYECTO DE CIMENTACION DEL PUENTE SAN JOSEITO, UBICADO EN EL CAMINO MACUSPANA-TORTUGUERO.
50
50cm
1000cm
ZAPATA DE TRANSICION
50cm 50cm
TOPE
SISMICO
TRABE CABEZAL
TC-2 (150x140)cm
50cm
900cm
CARGA MUERTA UBICADA EN
TRABE CABEZAL TC-2
EN APOYO CENTRAL 3.
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 13. ESTADO DE CARGA DEL APOYO CENTRAL No. 3: CARGA MUERTA.
ELABORACION DEL PROYECTO DE CIMENTACION DEL PUENTE SAN JOSEITO, UBICADO EN EL CAMINO MACUSPANA-TORTUGUERO.
51
50cm
1000cm
ZAPATA DE TRANSICION
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
35.51Ton. 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 14. ESTADO DE CARGA DEL APOYO CENTRAL No. 3: CARGA VIVA.
ELABORACION DEL PROYECTO DE CIMENTACION DEL PUENTE SAN JOSEITO, UBICADO EN EL CAMINO MACUSPANA-TORTUGUERO.
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.
1.3.2.- Carga muerta en nivel 2 o altura H=14.03m
CM = Muro (0.75m x 3.16m/2 x 9.00m)(2.40ton/m3) = 25.59ton.
CM = Muro (1.25m x 2.17m/2 x 9.00m)(2.40ton/m3) = 29.30ton.
Wi = 54.89 ton.
1.3.3.- Carga muerta en nivel 1 o altura H=11.86m
CM = Muro (1.25m x 2.17m/2 x 9.00m)(2.40ton/m3) = 29.30ton.
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.
ELABORACION DEL PROYECTO DE CIMENTACION DEL PUENTE SAN JOSEITO, UBICADO EN EL CAMINO MACUSPANA-TORTUGUERO.
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%).
ELABORACION DEL PROYECTO DE CIMENTACION DEL PUENTE SAN JOSEITO, UBICADO EN EL CAMINO MACUSPANA-TORTUGUERO.
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.
ELABORACION DEL PROYECTO DE CIMENTACION DEL PUENTE SAN JOSEITO, UBICADO EN EL CAMINO MACUSPANA-TORTUGUERO.
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.
ELABORACION DEL PROYECTO DE CIMENTACION DEL PUENTE SAN JOSEITO, UBICADO EN EL CAMINO MACUSPANA-TORTUGUERO.
56
Figura 9. MODELO ESTRUCTURAL DEL APOYO CENTRAL No.2 CON
CARGA MUERTA Y VIVA.
ELABORACION DEL PROYECTO DE CIMENTACION DEL PUENTE SAN JOSEITO, UBICADO EN EL CAMINO MACUSPANA-TORTUGUERO.
57
Figura 10. MODELO ESTRUCTURAL DEL APOYO CENTRAL No.2
CON CARGA DE SISMO.
ELABORACION DEL PROYECTO DE CIMENTACION DEL PUENTE SAN JOSEITO, UBICADO EN EL CAMINO MACUSPANA-TORTUGUERO.
58
Figura 11. MODELO ESTRUCTURAL DEL APOYO CENTRAL No.2 CON CARGA DE EMPUJE PASIVO DEL SUELO.
ELABORACION DEL PROYECTO DE CIMENTACION DEL PUENTE SAN JOSEITO, UBICADO EN EL CAMINO MACUSPANA-TORTUGUERO.
59
Figura 12. MODELO ESTRUCTURAL DEL APOYO CENTRAL No.2 CON LOS ELEMENTOS EXTRUIDOS.
ELABORACION DEL PROYECTO DE CIMENTACION DEL PUENTE SAN JOSEITO, UBICADO EN EL CAMINO MACUSPANA-TORTUGUERO.
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.
ELABORACION DEL PROYECTO DE CIMENTACION DEL PUENTE SAN JOSEITO, UBICADO EN EL CAMINO MACUSPANA-TORTUGUERO.
61
Figura 17. MODELO ESTRUCTURAL DEL APOYO CENTRAL No. 3 CON CARGA MUERTA Y VIVA.
ELABORACION DEL PROYECTO DE CIMENTACION DEL PUENTE SAN JOSEITO, UBICADO EN EL CAMINO MACUSPANA-TORTUGUERO.
62
Figura 18. MODELO ESTRUCTURAL DEL APOYO CENTRAL No. 3 CON CARGA DE SISMO.
ELABORACION DEL PROYECTO DE CIMENTACION DEL PUENTE SAN JOSEITO, UBICADO EN EL CAMINO MACUSPANA-TORTUGUERO.
63
Figura 19. MODELO ESTRUCTURAL DEL APOYO CENTRAL No. 3 CON CARGA DE EMPUJE PASIVO DEL SUELO.
ELABORACION DEL PROYECTO DE CIMENTACION DEL PUENTE SAN JOSEITO, UBICADO EN EL CAMINO MACUSPANA-TORTUGUERO.
64
3.4 DISEÑO
Figura 20. MODELO ESTRUCTURAL DEL APOYO CENTRAL No. 3 CON LOS ELEMENTOS EXTRUIDOS.
ELABORACION DEL PROYECTO DE CIMENTACION DEL PUENTE SAN JOSEITO, UBICADO EN EL CAMINO MACUSPANA-TORTUGUERO.
65
REPORTE NUMÉRICO DEL APOYO CENTRAL NO. 2
Tabla 5. Reporte numérico general del apoyo central No. 2.
ELABORACION DEL PROYECTO DE CIMENTACION DEL PUENTE SAN JOSEITO, UBICADO EN EL CAMINO MACUSPANA-TORTUGUERO.
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Tabla 6. Reporte numérico general del apoyo central No. 2.
Tabla 7. Reporte numérico de estados de carga del apoyo central No. 2.
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Tabla 8. Reporte numérico de envolventes de desplazamientos nodales y de elementos
mecánicos del apoyo central No. 2.
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Tabla 9. Reporte numérico de envolvente de elementos mecánicos del apoyo central No. 2.
ELABORACION DEL PROYECTO DE CIMENTACION DEL PUENTE SAN JOSEITO, UBICADO EN EL CAMINO MACUSPANA-TORTUGUERO.
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Tabla 10. Reporte numérico de envolventes de elementos mecánicos del apoyo central No. 2.
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Tabla 11. Reporte numérico de envolventes de elementos mecánicos del apoyo central No. 2.
ELABORACION DEL PROYECTO DE CIMENTACION DEL PUENTE SAN JOSEITO, UBICADO EN EL CAMINO MACUSPANA-TORTUGUERO.
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Tabla 12. Reporte numérico de envolventes de elementos mecánicos del apoyo central No. 2.
ELABORACION DEL PROYECTO DE CIMENTACION DEL PUENTE SAN JOSEITO, UBICADO EN EL CAMINO MACUSPANA-TORTUGUERO.
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Tabla 13. Reporte numérico de envolventes de elementos mecánicos del apoyo central No. 2.
ELABORACION DEL PROYECTO DE CIMENTACION DEL PUENTE SAN JOSEITO, UBICADO EN EL CAMINO MACUSPANA-TORTUGUERO.
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Tabla 14. Reporte numérico de envolventes de elementos mecánicos, de reacciones y
desplazamientos relativos del apoyo central No. 2.
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Tabla 15. Reporte numérico de parámetros de diseño del apoyo central No. 2.
ELABORACION DEL PROYECTO DE CIMENTACION DEL PUENTE SAN JOSEITO, UBICADO EN EL CAMINO MACUSPANA-TORTUGUERO.
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Tabla 16. Reporte numérico de parámetros de diseño del apoyo central No. 2.
ELABORACION DEL PROYECTO DE CIMENTACION DEL PUENTE SAN JOSEITO, UBICADO EN EL CAMINO MACUSPANA-TORTUGUERO.
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REPORTE NUMÉRICO DEL APOYO CENTRAL NO. 3
Tabla 17. Reporte numérico general del apoyo central No. 3.
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Tabla 18. Reporte numérico general del apoyo central No. 3.
ELABORACION DEL PROYECTO DE CIMENTACION DEL PUENTE SAN JOSEITO, UBICADO EN EL CAMINO MACUSPANA-TORTUGUERO.
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Tabla 19. Reporte numérico de estados de carga del apoyo central No. 3.
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Tabla 20. Reporte numérico de estados de carga y desplazamientos nodales del apoyo central
No. 3.
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Tabla 21. Reporte numérico de envolventes de elementos mecánicos del apoyo central No. 3.
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Tabla 22. Reporte numérico de envolventes de elementos mecánicos del apoyo central No. 3.
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Tabla 23. Reporte numérico de envolventes de elementos mecánicos del apoyo central No. 3.
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Tabla 24. Reporte numérico de envolventes de elementos mecánicos del apoyo central No. 3.
ELABORACION DEL PROYECTO DE CIMENTACION DEL PUENTE SAN JOSEITO, UBICADO EN EL CAMINO MACUSPANA-TORTUGUERO.
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Tabla 25. Reporte numérico de envolventes de elementos mecánicos del apoyo central No. 3.
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Tabla 26. Reporte numérico de envolventes de elementos mecánicos del apoyo central No. 3.
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Tabla 27. Reporte numérico de envolventes de elementos mecánicos, de reacciones y
desplazamientos relativos del apoyo central No. 3.
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Tabla 28. Reporte numérico de parámetros de diseño del apoyo central No. 3.
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Tabla 29. Reporte numérico de parámetros de diseño del apoyo central No. 3.
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Figura 21. DIAGRAMA DE MOMENTOS FLEXIONANTES.
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Figura 22. DIAGRAMA DE FUERZAS CORTANTES.
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Figura 23. DIAGRAMA DE FUERZAS AXIALES.
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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.
ELABORACION DEL PROYECTO DE CIMENTACION DEL PUENTE SAN JOSEITO, UBICADO EN EL CAMINO MACUSPANA-TORTUGUERO.
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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)
ELABORACION DEL PROYECTO DE CIMENTACION DEL PUENTE SAN JOSEITO, UBICADO EN EL CAMINO MACUSPANA-TORTUGUERO.
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
ELABORACION DEL PROYECTO DE CIMENTACION DEL PUENTE SAN JOSEITO, UBICADO EN EL CAMINO MACUSPANA-TORTUGUERO.
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Tabla 31. Capacidad de carga de pilas de cimentación SM-2.
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
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Tabla 32. Capacidad de carga de pilas de cimentación SM-3.
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
ELABORACION DEL PROYECTO DE CIMENTACION DEL PUENTE SAN JOSEITO, UBICADO EN EL CAMINO MACUSPANA-TORTUGUERO.
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Tabla 33. Capacidad de carga de pilas de cimentación SM-4.
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
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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.
ELABORACION DEL PROYECTO DE CIMENTACION DEL PUENTE SAN JOSEITO, UBICADO EN EL CAMINO MACUSPANA-TORTUGUERO.
100
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.
ELABORACION DEL PROYECTO DE CIMENTACION DEL PUENTE SAN JOSEITO, UBICADO EN EL CAMINO MACUSPANA-TORTUGUERO.
101
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
ELABORACION DEL PROYECTO DE CIMENTACION DEL PUENTE SAN JOSEITO, UBICADO EN EL CAMINO MACUSPANA-TORTUGUERO.
102
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.
ELABORACION DEL PROYECTO DE CIMENTACION DEL PUENTE SAN JOSEITO, UBICADO EN EL CAMINO MACUSPANA-TORTUGUERO.
103
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.
ELABORACION DEL PROYECTO DE CIMENTACION DEL PUENTE SAN JOSEITO, UBICADO EN EL CAMINO MACUSPANA-TORTUGUERO.
104
BIBLIOGRAFÍA
Crespo Villalaz, Carlos. (1984) Vías de Comunicación “Caminos, Ferrocarriles, Aeropuertos, Puentes y Puertos”. Edit. Limusa. D.F., México. Normas Técnicas Complementarias. (2004) Diseño y Construcción de Estructuras de Concreto Armado. Instituto de Ingeniería. D.F., México. Municipio de Macuspana. (1995) Reglamento de Construcción. Macuspana, Tabasco, México. Comisión Federal de Electricidad. (1993) Diseño por Sismo del Manual de Diseño de Obras Civiles. D.F., México. Meli Piralla, Roberto. (2000) Diseño estructural. Edit. Limusa. D.F., México. Crespo Villalaz, Carlos. (2004) Mecánica de Suelos y Cimentaciones. Edit. Limusa. D.F., México. Juárez Badillo, Eulalio. (2004) Mecánica de suelos, Tomo 2. Edit. Limusa. D.F., México.