Ingeniería+Básica puentes

8/19/2019 Ingeniería+Básica puentes

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OBJETIVOS

• Conocer las definiciones y terminologías de Puentes• Conocer la Ingeniería Básica para Puentes

• Conocer las Especificaciones Técnicas paraConstrucción de Puentes

• Conocer Metodologías Constructivas• Conocer en terreno metodologías constructivas


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CONOCER LA INGENIERÍA BÁSICA PARAPUENTES

• Estudios topográficos (levantamiento de perfiles del camino,levantamiento de perfiles del cauce)

• Estudios geotécnicos (prospecciones, ensayes, mecánicade suelos)

• Estudios hidrológicos, hidráulicos y mecánica fluvial(estudios de caudales, aguas máximas, socavaciones)

• Demandas de tránsito• Otras variables (medio ambiente, logísticas)


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CONCEPTOS GENERALES

• La Ingeniería Básica corresponde a los estudios de terreno,laboratorio y gabinete, relativos a los siguientes aspectos:Geodesia y Topografía; Hidrología, Hidráulica y MecánicaFluvial; Geotécnia; Demandas y Características del Tránsito;Vientos; Ambientales y de Mitigación de Impacto.

• Estos antecedentes permiten caracterizar las condiciones dellugar donde se emplazará la estructura, los cuales debenrealizarse en forma previa al diseño. Mientras más completasea dicha información, más óptima será la estructuraproyectada.

• El costo de estos estudios representa un pequeño porcentajedel costo total de la obra por lo cual no tiene sentido hacermayores ahorros en ellos.


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GEODESIA Y TOPOGRAFÍA

• Los estudios de localización y emplazamiento se desarrollaninicialmente sobre cartas IGM (Instituto Geográfico Militar),(1:25.000 ó 1:50.000) en los estudios preliminares y cuando lostérminos de referencia así lo señalan, sobre restitucionesaerofotogramétricas con apoyo terrestre escala 1:5.000 ó

1:10.000 según la escala de la fotografía aérea existente.

• Todos los estudios quedarán referidos planimétricamente a unpunto geodésico GPS del IGM.

• En la etapa de Anteproyecto, cuando se cuenta con unalocalización aproximada, se debe ejecutar un levantamientodistanciométrico en escala 1:2.000 y, eventualmente, 1:1.000según lo definido en el estudio preliminar.


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• Plano carta IGM


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• Levantamiento topográfico


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• Dicho levantamiento abarca los tramos gu s rrib y gu sb jo del eje del propuesto para el puente para obtener

información necesaria para el diseño hidráulico. La longitud aconsiderar es:

• 250 m ≤ Lm = 5 x Am,

- Am: ancho medio del cauce entre riberas (con valores deAm hasta 500 m. Para Am mayores el especialistadetermina el valor de Lm)

• Para el estudio del emplazamiento definitivo, se realiza un

levantamiento 1:500 con curvas de nivel cada 0,5 m en toda lalongitud de la estructura, más 100 m en cada extremo cuyoancho es de 50 m a cada lado del eje.

• AGUAS ARRIBA – AGUAS ABAJO – RIBERA NORTE ODERECHA – RIBERA SUR O IZQUIERDA


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• A lo anterior, se agrega un perfil longitudinal en el eje del

puente y perfiles transversales en el sector de los estribos.

• Se requieren perfiles complementarios en las zonas donde seemplazan los estribos y las cepas (perfiles longitudinalesparalelos al longitudinal)

• Importante: dejar materializados en terreno puntos de referenciafijos y que en el futuro no sean retirados


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Í


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ASPECTOS DE HIDROLOGÍA EHIDRÁULICA PARA PUENTES

• Se debe realizar un estudio de caudales considerando lascuencas aportantes al flujo del cauce sobre el cual seemplazará la estructura.

•

Los caudales se asocian a registros de lluvias correspondientesa un cierto periodo de retorno, que en el caso de Puentescorresponde a 100 años.

Í


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ASPECTOS DE HIDROLOGÍA EHIDRÁULICA PARA PUENTES

• Para el estudio se requiere complementar el plano delevantamiento con secciones transversales, levantadasdistanciométricamente, normales al eje del cauce principal, lasque serán al menos 5 hacia aguas abajo y 5 hacia aguas arriba


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ASPECTOS DE HIDROLOGÍA E HIDRÁULICAPARA PUENTES

• Análisis y características del cauce: lo que permitirá clasificarlocomo cauce Aluvial o de Lecho Móvil, correspondiente a loscauces arenosos, o como cauce No Aluvial o de Lecho Fijo, obien, una situación mixta


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• El estudio hidráulico entrega como resultados fundamentales

para el diseño lo siguiente:

• Determinación de la sección hidráulica útil y por lo tanto laLongitud Mínima del Puente para garantizar una adecuadacapacidad hidráulica


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• Nivel de Aguas Máximas para el periodo de retorno

considerado


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• Perfil de Socavación General y Local para el periodo deretorno asociado

Socavación: erosión causada por el agua

• General: largo plazo – natural

•

Local: al pie de los elementos de la infraestructura


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• Diseño de las obra de Defensa Fluvial necesarias


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OBRAS DE DEFENSA

• Muro Guardaradier


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• Existen Estudios Preliminares, Anteproyecto yEstudios Definitivos.

• Estudios de gabinete en base a antecedentes

existentes.• Estudios en Terreno.

• Ensayes de Laboratorio.

• Estudios Geotécnicos Especiales.

ASPECTOS GEOTÉCNICOS PARA PUENTES


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•

Antes de construir cualquier obra de ingeniería se necesitainvestigar las condiciones del subsuelo, para determinar si esadecuado y establecer su capacidad para soportar la estructurapropuesta, evitando esfuerzos y deformaciones indebidas

• El objetivo de los estudios de mecánica de suelos escaracterizar el suelo donde se emplazará el puente de modo depoder recomendar el tipo de fundación más adecuada y lascapacidades del suelo admisibles tanto en condición estáticacomo sísmica

• La exploración de suelos se realiza comúnmente a través decalicatas, siempre que la profundidad de la napa de agua lopermita


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•

Cuando la napa freática es elevada o se requiera alcanzarmayores profundidades, el método común más utilizado paraexplorar tanto suelos como roca, es a través de sondajes

• El objetivo es obtener la información necesaria para el diseño y

construcción de las fundaciones, con un número suficiente desondajes y/o calicatas para establecer el perfil estratigráficolongitudinal del suelo

• No obstante, existen otros ensayes que me permiten determinar

de mejor manera el perfil estratigráfico


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ENSAYES EN SITIO


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ENSAYES EN SITIO


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EXPLORACION GEOTECNICA

SONDAJES

ROTACION CON CORONA DIAMANTADA

AQ BQ NQ HQ PQ SQ

Tipo

Diametro Ext. Corona

mm)

NQ-3 75,3

HQ-3 95,6

PQ-3 122,0

SQ-3 146,0


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Vista general sondaje geotécnico


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Equipo de sondaje

Baño

Agua

Barra de sondaje

Cabeza de Poder

Torre


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Agua para refr igeración en sondaje


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Adit ivo para sondaje (Celulos a)


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Ins talando extens ión en sondaje


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Conexión de barra a cabeza de poder


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MUESTREO

MUESTRAS REPRESENTATIVAS MUESTRAS INALTERADAS

PENETRACION ESTANDAR (SPT

BARRIL DE PARED TRIPLE

GEOBOR

TUBOS DE PARED DELGADA

(SHELBY)

• GRANULOMETRIA • RESISTENCIA

•LIMITES DE CONSISTENCIA

•DEFORMACION

• PESO ESPECIFICO PARTICULAS • CONSOLIDACION

• PESO UNITARIO • PERMABILIDAD

• RESISTENCIA DEFORMACION)


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ENSAYO DE PENETRACION ESTANDAR

ASTM D 1586-84

MARTINETE 140 lb 21 b Y CAIDA 30”

BARRAS TIPO A (DIA0 = 15/8”, DIAI = 1 1/8”)

BARRA GUIA Y CABEZA DE GOLPE

MUESTREADOR CUCHARA PARTIDA (MUESTRA REPRESENTATIVA)

CORRELACIONES:

• ANGULO DENSIDAD (COMPACIDAD, CONSISTENCIA)

• ANGULO DE FRICCION

• RESISTENCIA NO DRENADA

• DEFORMABILIDAD

•LICUACION


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Cuchara muestreado ra SPT y co rona

Corona de

Sondaje

Cuerpo

Partido

Zapata


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ENSAYOS DIRECTOS

ENSAYO PRESIOMETRICO

ENSAYOS GEOFISICOS (DOWN HOLE, CROSS HOLE, GAMMA, ETC.)

PERMEABILIDAD (LE FRANC, LUGEON)

ENSAYOS SUELOS BLANDOS (DILATOMETRO, VELETA, ETC.)


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TUBO SHELBY ASTM D 1587-83

DIAM. EXT. 2” 3” 5”

ESPESOR (mm) 1,24 1,65 3,05

LARGO (m) 0,91 0,91 1,45

• MUESTRAS “IN LTER S”

• EN LABORATORIO ENSAYES ESPECIALES


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ENSAYO PRESIOMETRICO


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Equipo Presiómetro


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Sonda Presiómetro


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Caudalimetro ensayo de permeabi l idad


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•

Se pueden obtener muestras de suelo al utilizar una “cuchara”.Este es un tubo bipartido el cual permite alojar en su interioruna muestra de suelo

• En la parte inferior de la cuchara se atornilla un segmento que

posee un canastillo. Este permite que una vez que la muestrade suelo entra en la cuchara, no caiga al retirarla delencamisado del sondaje

• En la parte superior de la cuchara se atornilla otro segmento

que posee un orificio externo y una bolita. Una vez que penetrael suelo en la cuchara, al intentar desplazarse la muestra haciaabajo, la bolita cierra el orificio asegurando que la presióninterna impida el movimiento de la muestra de suelo


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• La cuchara permite obtener muestras en los suelos arenososdensos y suelos arenosos gravosos

• Cuando se tienen suelos arcillosos y limos plásticos, se utiliza eltubo Shelby. Este debe ser trasladado lo antes posible allaboratorio ya que una vez que se seca la muestra, esta tiende apegarse

• Para realizar el proceso de ensayo es necesario inyectar aguadentro de la prospección de modo de equilibrar la presión de lanapa que puede romper la muestra de suelo al ejercer unapresión interior. Por ende, el agua dentro del tubo siempre debeestar a la misma cota que la napa

• Cuando la prospección se encuentra con un suelo duro, ya notiene sentido seguir midiendo el número de golpes, por lo cual enla parte inferior del tubo se adhiere una corona. Esta poseediamantes en su contorno lo que permite ir cortando el suelo y asíavanzar


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• Durante el proceso de hinca del tubo, se lleva registro de la cantidadde golpes necesaria para que el tubo penetre tramos de 15 cm,midiéndose lo siguiente:

N1 N2 N3

15 cm 15 cm 15 cm

N1: se desprecia porque el suelo puede verse alterado por la inyecciónde agua necesaria para realizar el sondaje

N2 + N3 = NSPT: número de golpes para el ensayo SPT el cual, a partirde correlaciones, permite estimar las propiedades de los diferentesestratos por los cuales atraviesa el sondaje


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• Este ensayo es aplicable preferentemente para arenas, donde los

resultados son muy confiables

• En el caso de suelos finos (limos y arcillas), los valores obtenidos sólodeben tomarse como referencia y se deben realizar ensayes adicionales

• Para gravas y rocas, el ensaye se realiza por rotación (sin medir elNSPT) y sólo sirve para conocer la estratigrafía del suelo y extraermuestras

• Cuando se realizan prospecciones, siempre es fundamental definircorrectamente su cota de boca en base a alguna referencia fija así comosu ubicación en planta

• El número de prospecciones a realizar depende de la cantidad deapoyos (estribos y cepas) que posea el puente. Lo óptimo será siemprematerializar una por cada apoyo


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FICHA DE SONDAJE

http://localhost/var/www/apps/conversion/tmp/scratch_2/ficha%20sondaje.pdf


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• Dependiendo de la naturaleza y longitud del puente y del grado

de conocimiento del suelo en base a estudios previos, sedeterminará el número mínimo de puntos a prospectar, teniendoen consideración la posibilidad de complementarla conprospecciones adicionales, de acuerdo a los resultados que sevayan obteniendo. Ello obliga al proyectista o al especialistageotécnico a mantener un seguimiento cercano de los avancesde la exploración con el fin de introducir oportunamente loscambios que sean pertinentes

• La profundidad de las prospecciones dependerá del tipo de

fundación a emplear:

• Fundaciones Directas: la exploración debe extenderse pordebajo del sello de fundación previsto, hasta alcanzar lasprofundidades establecidas en la lámina 3.1002.404 (1) A del

Manual de Carreteras.


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• Cuando la prospección se encuentra con un suelo duro, ya no

tiene sentido seguir midiendo el número de golpes, por lo cualen la parte inferior del tubo se adhiere una corona. Esta poseediamantes en su contorno lo que permite por rotación ircortando el suelo y así avanzar


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• Se exceptúan casos en los que a profundidades menores sealcance el suelo competente como por ejemplo roca, gravas muy

compactas, suelos con cementación, etc, en cuyo caso y siempreque se avale la continuidad en profundidad de dichos suelos, laexploración podrá detenerse al inicio de ellos

• Fundaciones Profundas: para fundaciones profundas, tales comopilotes o pilas de fundación, la exploración debe extenderse bajo

el nivel previsto para la punta de los pilotes o bajo el sello defundación de las pilas un mínimo de 7 m, ó bien 3 veces eldiámetro de la punta del pilote o 3 veces el lado menor de lafundación de la pila, utilizándose el mayor valor que resulte alaplicar ambos criterios

• Cuando la punta de los pilotes o el sello de fundación de las pilasse encuentre apoyado en roca se deberá penetrar un mínimo de 3m en ella para asegurar que no se trate de un gran clasto


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• Para grupo de pilotes o pilas de fundación la exploración se extenderá bajola punta de los pilotes o el sello de fundación de las pilas previsto para elgrupo, en una longitud mínima, De, dada por la tabla 3.10002.404 (2) A del

Manual de Carreteras, o bien hasta un mínimo de 7 m, utilizándose el valormayor que se obtenga al aplicar ambos criterios.

S/D De

≥ 4,0 3,0 D

3,0 4,5 D2,0 6,0 D

En que:

S = menor distancia entre ejes de pilotes o pilas de fundación contiguas

D = diámetro de la pilote del pilote o lado menor de la fundación de la pila

De = penetración de la exploración; si De < 7 m, usar De = 7 m


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• Tras las prospecciones, el especialista en mecánica de suelos

puede solicitar ensayes de laboratorio que permitan caracterizarcorrectamente el suelo

• Uno de ellos es el ensayo triaxial, en el cual se ensayan muestrascilíndricas dentro de una membrana delgada de caucho,

colocándolas dentro de una celda triaxial con dos tapas rígidas ypistones arriba y debajo de la muestra. La celda se llena de unfluido especial, se aplica una presión determinada sobre el fluido,la cual se transmite por éste a la muestra. Los esfuerzos decortante se aplican mediante fuerzas de compresión verticalesaccionadas por los pistones. El ensayo permite obtener los valoresde Cohesión (C) y Angulo de Fricción (ϕ)


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Existe un sin número de problemas que puede presentar el suelo

que complican los proyectos de estructuras, como por ejemplo:

• Asentamiento de terraplenes en suelos finos: dada la malacalidad del suelo, al disponer terraplenes sobre ellos, se produceun asentamiento general que afecta al acceso al puente,

incluyendo además una presión lateral sobre los pilotes quepodría hacer fallar la fundación

• Napas artesianas (a presión): cuando se presenta este tipo denapas, la presión lava el fino del hormigón de los pilotes

produciendo interrupción de ellos


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ENSAYES EN SITIO


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• Informe de Mecánica de Suelos: el informe preparado por elespecialista en mecánica de suelos debe tener el siguientecontenido:

Propiedades del suelo de fundación para cada estrato detectado enlas prospecciones:

Angulo de fricción interna ϕ Cohesión C Peso específico γ Indice de plasticidad IP Constantes de Balasto horizontales en el caso de fundaciones de

pilotes Kh

Análisis especial para suelos potencialmente licuables

Tipo de fundación recomendada y cota de fundación asociada


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Tensiones admisibles para el suelo de fundación en el caso de

fundaciones directas y cargas de punta admisibles en el casode fundación con pilotes

Especificaciones en caso de situaciones especiales: suelossalinos, suelos blandos que puedan sufrir asentamientos

importantes, etc.


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Además existen estudios del área a través de resistividad eléctrica yvelocidades de onda

Ensayos de laboratorio: permiten determinar propiedades índices,mecánicas e hidráulicas del suelo prospectado

Identificación visual: suelos granulares y suelos finos

Límites de Atterberg: contenido de humedad, Límite Líquido, LímitePlástico, Indice de Plasticidad

Granulometría

Densidad Relativa y Peso Unitario de Suelos Cohesivos

Ensayos de Compactación y CBR (California Bearing Ratio)

Ensayos de Permeabilidad Carga Constante

ASPECTOS DE DEMANDA Y


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CARACTERÍSTICAS DEL TRÁNSITO

Estos aspectos influenciarán en la selección de la seccióntransversal que se deberá adoptar para la calzada de los puentes


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VIENTOS


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VIENTOS• Mediciones in-situ

Velocidad Turbulencia Dirección de los Vientos

• Estudio con túnel de viento Estabilidad Aerodinámica Riesgo y Duración de Oscilaciones Coeficiente de Fuerza de los Vientos Modelos Aero-elásticos

MARÍTIMOS


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MARÍTIMOS

• Mareas

• Corrientes

• Olas

•

Obras

• Otros antecedentes

ASPECTOS AMBIENTALES Y DE MITIGACIÓN


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DE IMPACTO

Obras ubicadas en zonas sensibles ambientalmente (ParquesNacionales, Zonas Protegidas, etc)


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ASPECTOS LOGÍSTICOS


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ASPECTOS LOGÍSTICOS

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