01_Intro Diseño integral de puentes

DISEÑO INTEGRAL DE DISEÑO INTEGRAL DE PUENTESPUENTES

Mayo 2006 (actualizado Diciembre Mayo 2006 (actualizado Diciembre 2008)2008)

ContenidoContenido1.1. IntroducciónIntroducción

2.2. Consideraciones para diseñar un puente.Consideraciones para diseñar un puente.

3.3. Topografía.Topografía.

4.4. Hidrología.Hidrología.

5.5. Hidráulica.Hidráulica.

6.6. Geología y Geotecnia.Geología y Geotecnia.

7.7. Diseño geométrico de los accesos.Diseño geométrico de los accesos.

8.8. Diseño estructural.Diseño estructural.

9.9. Estudios ambientales.Estudios ambientales.

IntroducciónIntroducción

► El diseño de un puente es un proceso El diseño de un puente es un proceso complejo que involucra a varias complejo que involucra a varias especialidades de la ingeniería civil.especialidades de la ingeniería civil.

► Los puentes son estructuras muy Los puentes son estructuras muy importantes que en el caso de falla importantes que en el caso de falla representan un alto costo para la representan un alto costo para la sociedad.sociedad.El costo para la sociedad se puede cuantificar como la suma del COV (Costo de Operación Vehicular) y el CTV (Costo de Tiempo de Viaje).

IntroducciónIntroducción

► Un puente esta conformado de tres Un puente esta conformado de tres partes fundamentales:partes fundamentales:

Infraestructura (apoyos a tierra).Infraestructura (apoyos a tierra). Superestructura.Superestructura. Obras complementarias y de protección.Obras complementarias y de protección.

► Obras de control hidráulico.Obras de control hidráulico.► Accesos y aproximaciones.Accesos y aproximaciones.► Señalización.Señalización.

IntroducciónIntroducciónSuperestructura

Infraestructura

N.A.M.E.

Consideraciones para el Consideraciones para el diseñodiseño

► Para poder diseñar un puente se deben Para poder diseñar un puente se deben tomar en cuenta varios aspectos:tomar en cuenta varios aspectos:

Ubicación del puente respecto del eje Ubicación del puente respecto del eje longitudinal del camino.longitudinal del camino.

Caudal de diseño.Caudal de diseño. Comportamiento hidráulico del río para el Comportamiento hidráulico del río para el

caudal de diseño.caudal de diseño. Geología y Geotecnia.Geología y Geotecnia. Diseño estructural compatible con las Diseño estructural compatible con las

practicas conocidas.practicas conocidas. Economía.Economía.

TopografíaTopografía

► Se debe realizar un levantamiento Se debe realizar un levantamiento topográfico a detalle de la zona de topográfico a detalle de la zona de emplazamiento del puente incluidas por lo emplazamiento del puente incluidas por lo menos menos 500 metros aguas arriba500 metros aguas arriba y otros y otros 500 metros aguas abajo500 metros aguas abajo..

► El El ancho de fajaancho de faja del levantamiento debe del levantamiento debe ser por lo menos de ser por lo menos de 100 metros100 metros si el si el puente es menor a 40 metros, si el puente puente es menor a 40 metros, si el puente es mayor este ancho debe incrementarse.es mayor este ancho debe incrementarse.

Ubicación del puente.

HidrologíaHidrología► Para el diseño de un puente se debe Para el diseño de un puente se debe

determinar el NAME (Nivel de Aguas determinar el NAME (Nivel de Aguas Máximas Extraordinarias) Máximas Extraordinarias) Extraordinarias Extraordinarias con el cambio climático?con el cambio climático?..

► Para determinar el NAME se debe realizar Para determinar el NAME se debe realizar un un cálculo del caudal máximocálculo del caudal máximo que que producirá la crecida máxima para un producirá la crecida máxima para un período de retorno predeterminado período de retorno predeterminado (usualmente T=50 años o T=100 años).(usualmente T=50 años o T=100 años).

► Para tal fin se debe recurrir a un modelo Para tal fin se debe recurrir a un modelo hidrológico de eventos.hidrológico de eventos.

HidrologíaHidrología

► Un modelo número que permite Un modelo número que permite estimar el caudal pico que produce un estimar el caudal pico que produce un evento lluvioso extraordinario es el evento lluvioso extraordinario es el HEC-HMS (Hydrologic Model System).HEC-HMS (Hydrologic Model System).

► El HEC-HMS requiere como datos de El HEC-HMS requiere como datos de ingreso:ingreso:

Datos de la cuenca (área, pendiente, etc.).Datos de la cuenca (área, pendiente, etc.). Tormenta de diseño.Tormenta de diseño.

Definición del área de la cuenca

ESTUDIO PUENTE THIYUMAYUCURVAS DE INTENSIDAD - DURACIÓN - FRECUENCIA

-

100

200

300

400

500

600

700

800

0 2 4 6 8 10

DURACIÓN ( h )

INT

EN

SID

AD

( m

m/h

) 500

100

50

30

25

20

10

5

T = 500 años

T = 5 años

Período de retorno

PROBABILIDAD DE PRECIPITACIONES - LEY DE MÁXIMOS EXTREMOSPROYECTO PUENTE SOBRE ELTHIYUMAYU

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

Período de retorno T (años)

Pre

cip

itac

ión

( m

m )

4 10 20 100 500 100021.33

Crecidas de diseñoPuente Thiyumayu

0

20

40

60

80

100

0 1 2 3 4 5

Tiempo (hs)

Cau

dal

(m

3/s)

T = 1000

T = 500

T = 100

T = 50

T = 25

T = 10

T = 5

Período de retorno

El caudal pico de diseño para un periodo de 100 años es de

Q = 70.4 m3/seg.

FORMATO GRAFICO DE SALIDA DEL HEC-HMS

Tormenta de Diseño

Hidrograma de crecida

HidráulicaHidráulica

► El caudal pico máximo no nos proporciona El caudal pico máximo no nos proporciona directamente el dato que estamos directamente el dato que estamos buscando que es el tirante NAME.buscando que es el tirante NAME.

AvQ

Para poder usar esta fórmula básica necesito conocer “v” (velocidad), para lo cual deberé realizar mediciones en campo.

El área “A” puede ser obtenida de los datos del levantamiento topográfico o con mediciones en campo.


► Sin embargo de lo anterior, es mucho mejor usar Sin embargo de lo anterior, es mucho mejor usar un modelo numérico que me permita calcular el un modelo numérico que me permita calcular el tirante NAME para el hidrograma de la crecida.tirante NAME para el hidrograma de la crecida.

► La enorme ventaja de usar un modelo númerico La enorme ventaja de usar un modelo númerico es que también se obtienen valores de velocidad es que también se obtienen valores de velocidad que me permiten calcular los que me permiten calcular los niveles de niveles de socavación/deposiciónsocavación/deposición que provoca la crecida. que provoca la crecida.


► Uno de estos modelos numéricos que Uno de estos modelos numéricos que permiten “modelar” hidráulicamente el permiten “modelar” hidráulicamente el comportamiento del río es el HEC-RAS.comportamiento del río es el HEC-RAS.

► HEC-River Analysis System.HEC-River Analysis System. Limitaciones:Limitaciones:

► No se obtienen resultados reales para No se obtienen resultados reales para pendientes superiores al 12%.pendientes superiores al 12%.

► No modela arrastre de sedimentos.No modela arrastre de sedimentos.► El modelo es unidimensional.El modelo es unidimensional.

FORMATO GRAFICO DE SALIDA DEL HEC-RAS


► Un modelo superior es el uso de Un modelo superior es el uso de herramientas GIS combinadas con el herramientas GIS combinadas con el programa FLO-2D.programa FLO-2D.

► Este programa permite modelar el Este programa permite modelar el flujo considerando:flujo considerando:

Solo agua.Solo agua. Agua con sedimento (fluido no Agua con sedimento (fluido no

newtoniano).newtoniano). Modelo bidimensional.Modelo bidimensional. Apropiado para simular ríos de alta Apropiado para simular ríos de alta

montaña con pendientes fuertes.montaña con pendientes fuertes.

Geología y GeotecniaGeología y Geotecnia

► Un estudio geológico y geotécnico es Un estudio geológico y geotécnico es CRUCIAL para diseñar un puente de CRUCIAL para diseñar un puente de manera adecuada.manera adecuada.

► El estudio geológico y geotécnico El estudio geológico y geotécnico puede muy fácilmente ser la parte puede muy fácilmente ser la parte más costosa del diseño de un puente.más costosa del diseño de un puente.

PUENTE COROICO (EJEMPLO DE FALLA POR MAL EMPLAZAMIENTO)

Falla de talud

PUENTE COROICO (EJEMPLO DE FALLA POR MAL EMPLAZAMIENTO)

Falla (ruptura) de las pilas

Equipo de perforación a diamantina

ESTUDIO GEOLOGICO PUENTE THIYU MAYU

Elaborado en base a sondeos de refracción sísmica SRS y perforaciones a diamantina

PERFIL GEOLOGICO PUENTE THIYU MAYU

Elaborado en base a sondeos de refracción sísmica SRS y perforaciones a diamantina

Resultados típicos de un informe geotécnico.

En este caso el informe corresponde al Puente Thiyu Mayu.

Diseño GeométricoDiseño Geométrico

► El puente no solo es la estructura El puente no solo es la estructura como tal. Los accesos o como tal. Los accesos o aproximaciones al puente también aproximaciones al puente también son parte integrante del mismo.son parte integrante del mismo.

► Se debe establecer un equilibrio Se debe establecer un equilibrio entre el costo del tipo de puente a entre el costo del tipo de puente a ser usado y el costo de los accesos.ser usado y el costo de los accesos.

Diseño GeométricoDiseño Geométrico

► Un puente mal emplazado o un diseño Un puente mal emplazado o un diseño inadecuado de la superestructura del inadecuado de la superestructura del puente puede conducir a accesos que puente puede conducir a accesos que pueden ser igual o más costosos que pueden ser igual o más costosos que el puente en si. el puente en si. (Esto es (Esto es particularmente sensible en los ríos particularmente sensible en los ríos del oriente)del oriente)..

► En los ríos del oriente boliviano los En los ríos del oriente boliviano los accesos implican la construcción de accesos implican la construcción de decenas de miles de m3 de relleno.decenas de miles de m3 de relleno.

Diseño GeométricoDiseño Geométrico► Para diseñar las aproximaciones a un Para diseñar las aproximaciones a un

puente se debe seguir lo establecido en puente se debe seguir lo establecido en la norma de diseño geométrico de la norma de diseño geométrico de carreteras:carreteras:

► En Bolivia existe desde 2007 el “Manual En Bolivia existe desde 2007 el “Manual de Diseño Geométrico de Carreteras”de Diseño Geométrico de Carreteras”

► Alternativamente puede usarse la Alternativamente puede usarse la norma AASHTO – “A policy on norma AASHTO – “A policy on geometric design of highways and geometric design of highways and streets”. streets”. GREEN BOOKGREEN BOOK..

Hay que considerar:

•Diseño geométrico vertical.

•Diseño geométrico horizontal.

•Peraltes y transiciones.

Diseño EstructuralDiseño Estructural

► Todo puente consta de dos Todo puente consta de dos componentes:componentes:

InfraestructuraInfraestructura SuperestructuraSuperestructura

► La infraestructura consta a su vez de:La infraestructura consta a su vez de:

EstribosEstribos PilasPilas Muros de contenciónMuros de contención


► La infraestructura puede apoyarse La infraestructura puede apoyarse sobre el suelo de dos maneras:sobre el suelo de dos maneras:

Fundación directa Fundación directa (Actualmente se usa (Actualmente se usa muy poco este tipo de fundación).muy poco este tipo de fundación).

Fundación profunda:Fundación profunda:► Pilotes vaciados in-situPilotes vaciados in-situ► Pilotes hincados.Pilotes hincados.


► El diseño estructural tanto de la El diseño estructural tanto de la infraestructura como de la infraestructura como de la superestructura se encuentra superestructura se encuentra normada por dos reglamentos:normada por dos reglamentos:

AASHTO LRFD Bridge Design Specifications

AASHTO Standard Specifications for Highway

BridgesEN EEUU YA NO ESTA

PERMITIDO EL USO DE ESTA NORMA EN PUENTES

NUEVOS


► El diseño de la infraestructura y El diseño de la infraestructura y superestructura debe ser realizado superestructura debe ser realizado en lo posible por un ingeniero que en lo posible por un ingeniero que cuente con experiencia en cuente con experiencia en construcción (Contratista o construcción (Contratista o Supervisor).Supervisor).

► El ingeniero proyectista debe conocer El ingeniero proyectista debe conocer la disponibilidad, limitaciones de los la disponibilidad, limitaciones de los equipos existentes en nuestro medio equipos existentes en nuestro medio así como la accesibilidad a la obra.así como la accesibilidad a la obra.

Pontón sobre el río Geneshuaya – carretera Riberalta – Cobija

(pontones de capacidad muy limitada 20 ton de carga + camión)

Pontón sobre el río Beni – carretera Riberalta – Cobija

(pontones de buena capacidad 30 ton de carga + trailer)

Pontón sobre el río Madre de Dios – carretera Riberalta – Cobija

(pontones de buena capacidad 50 ton de carga + camiones)

Pontones sobre el río Mamoré – carretera Trinidad – San Ignacio

(pontones de buena capacidad 30 ton de carga + trailer)

Pontones sobre el río Manuripi – carretera Porvenir – Chivé

(pontones de capacidad muy limitada 20 ton de carga + camión)

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