Puentes Diseño estructural Tesis

(1)

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO

FACULTAD DE INGENIERÍA

ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL

“Trabajo de grado previo a la obtención del Título de Ingeniero Civil”

MODALIDAD: TESIS

TÍTULO DEL PROYECTO:

“DISEÑO ESTRUCTURAL DEL PUENTE SOBRE EL

CANAL INTERNACIONAL ECUADOR – PERÚ”

AUTOR:

BOLÍVAR IGNACIO TAPIA GONZÁLEZ

DIRECTOR DE TESIS:

ING. DIEGO JAVIER BARAHONA RIVADENEIRA

(2)

CALIFICACIÓN

Los miembros del tribunal, luego de haber receptado la Defensa del trabajo escrito, hemos determinado la siguiente calificación.

Para constancia de lo expuesto firman:

Ing. Jorge Núñez ---

PRESIDENTE Firma

Ing. Diego Barahona R. ---

DIRECTOR Firma

Ing. Ángel Paredes G. ---

(3)

DERECHO DE AUTOR

Yo, Bolívar Ignacio Tapia González soy

responsables de las ideas, doctrinas, resultados y propuestas expuestas en el presente trabajo de investigación, y los derechos de autoría pertenecen a la Universidad Nacional de Chimborazo.

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DEDICATORIA

Dedico este Trabajo de Investigación a mis Padres y hermana, gracias a los cuales he llegado a cumplir este objetivo.

(5)

AGRADECIMIENTO

Es el reconocimiento a la Facultad de Ingeniería, y al Consorcio Supervisión Internacional en especial a la Empresa Caminosca Caminos y Canales C. Ltda., por la ayuda intelectual y material recibido para la realización de la presente investigación.

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V

INDICE GENERAL

INDICE GENERAL ... V INDICE DE CUADROS ...VIII INDICE DE GRAFICOS... X RESUMEN ... XII SUMARY ...XIII INTRODUCCION ... 1 CAPÍTULOI 1. MARCO REFRENCIAL ... 3

1.1. Planteamiento del Problema ... 3

1.2. Formulación del Problema ... 4

1.3. Objetivos ... 5 1.3.1. General ... 5 1.3.2. Específicos ... 5 1.4. Justificación... 6 CAPÍTULOII 2. MARCO TEORICO ... 7 2.1. Antecedentes de la Investigación ... 7 2.2. Fundamentación Teórica... 8 2.2.1. Puentes ... 8 2.2.1.1. Introducción... 8 2.2.1.2. Tipos de Puentes ... 9

2.2.1.3. Puentes de Gran Longitud ... 14

2.2.1.4. Tipos de Cargas en Puentes y Viaductos ... 16

2.2.1.5. Componentes Básicos de los Puentes... 17

2.2.2. Manual de Diseño de Puentes... 18

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VI

2.2.2.2. Aspectos a considerar ... 19

2.2.3. Diseño de Puentes, Método LRFD AASHTO ... 24

2.2.3.1. Sobrecarga HL-93 Método LRFD ... 24

2.2.3.2. Diseño Método LRFD ... 26

2.2.3.3. Objetivos de LRFD AASHTO ... 27

2.2.3.4. Métodos Aproximados para Análisis ... 27

CAPÍTULOIII 3. MARCO METOLOGICO ... 30

3.1. Diseño de la Investigación ... 30

3.2. Técnicas e Instrumentos de Recolección de Datos... 30

3.3. Desarrollo del Trabajo ... 31

3.3.1. Antecedentes ... 31

3.3.1.1. Introducción y Generalidades ... 31

3.3.1.2. Descripción del Proyecto: ... 34

3.3.2. De la Ingeniería Básica ... 35

3.3.2.1. Estudios Topográficos... 35

3.3.2.2. Estudios Hidrológicos e Hidráulicos ... 37

3.3.2.3. Estudios Geológicos y Geotécnicos ... 54

3.3.2.4. Estudios de Impacto Ambiental ... 64

3.3.2.4.1. Línea Base Ambiental... 64

3.3.2.4.2. Identificación y caracterización de las acciones del proyecto y sus efectos sobre el medio. ... 67

3.3.2.4.3. Identificación de los factores del medio susceptibles de ser impactados por la ejecución del proyecto ... 67

3.3.2.4.4. Plan de Manejo Ambiental ... 68

3.3.2.4.5. Plan de Monitoreo Ambiental ... 69

3.3.2.5. Estudios de Trafico ... 70

3.3.2.6. Estudios Complementarios ... 71

3.3.2.6.1. Señalización y Seguridad Vial... 71

3.3.3. Diseño Estructural: Puente sobre el Canal Internacional Ecuador – Perú. ………78

(8)

VII

3.3.3.1. Diseño STANDARD AASHTO ... 78

3.3.3.2. Diseño LRFD AASHTO... 83 CAPÍTULOIV 4. RESULTADOS Y DISCUSION ... 88 4.1. Resultados Obtenidos ... 88 4.1.1. De la Ingeniería Básica ... 88 4.1.2. Metrado... 92

4.1.2.1. Diseño STANDARD AASHTO 2002... 92

4.1.2.2. Diseño LRFD AASHTO 2004 ... 99

4.1.3. Presupuesto... 106

4.1.4. Gastos Generales ... 112

4.1.5. Cronograma de Desembolsos ... 118

4.2. Técnicas de Procesamiento, Análisis y Validación de los Resultados…... 144

CAPÍTULOV 5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES... 147 5.1. Conclusiones ... 147 5.2. Recomendaciones ... 148 BIBLIOGRAFÍA. ... 149 ANEXOS ... 152

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VIII

INDICE DE TABLAS

Tabla 2.1.-

Sobrecarga HL-93 Método LRFD………. 24

Tabla 2.2.-

Alturas mínimas utilizadas tradicionalmente para superestructuras de

profundidad constante………... 26

Tabla 2.3.-.

Combinaciones de Carga y Factores de Carga……….. 26

Tabla 2.4.-

Factores de carga para cargas permanentes………... 26

Tabla 2.5.-

Superestructuras habituales según LRFD AASHTO 2004………... 27

Tabla 3.1.-

Puntos de Control – Determinación Coordenadas UTM………... 35

Tabla 3.2.-

Puntos de Control – Determinación Elevaciones……….. 36

Tabla 3.3.-

Caudal máximo instantáneo anual usando las distribuciones Normal, Log Normal, Log Pearson III y Gumbel………... 40 Tabla 3.4.-

Caudal máximo instantáneo anual usando las distribuciones Normal, Log Normal, Log Pearson III y Gumbel………... 44 Tabla 3.5.-

Parámetros geométricos de cuencas de cursos de agua que cruzan la Variante

Internacional………... 45

Tabla 3.6.-

Caudales calculados en simulación hidrológica……… 45

Tabla 3.7.-

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IX

Tabla 3.8.-

Resumen de la relación de longitudes suelo/roca en el Puente sobre el Canal Internacional, por sondaje, tipo de suelos y rocas………. 59 Tabla 3.9.-

Resumen por sondaje en el Puente sobre el Canal Internacional……….. 59

Tabla 3.10.-

Resumen de la descripción de los perfiles litológicos de los suelos de los

sondajes………. 60

Tabla 3.11.-

Resumen sobre la recuperación de testigos………... 60

Tabla 3.12.-

Resumen de los resultados de los ensayos SPT por Sondaje 1 y por ensayo. Valores de “n” golpes, clasificación SUCS (visual), consistencia,

compacidad……… 61

Tabla 3.12.-

Resumen de los resultados de los ensayos SPT por Sondaje 2 y por ensayo. Valores de “n” golpes, clasificación SUCS (visual), consistencia,

compacidad……… 62

Tabla 3.13.-

Resumen de la información sobre las cajas portatestigos………. 63

Tabla 3.13.-

Resumen sobre la compacidad y consistencia de los suelos………. 64

Tabla 3.14.-

Volumen de Tráfico desviado a la Variante Internacional……… 71

Tabla 4.1.-

BM’s Proyecto Puente sobre el Canal Internacional………. 88

Tabla 4.2.-

Resumen de la descripción de los perfiles litológicos de los suelos de los

sondajes………. 91

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X

INDICE DE GRAFICOS

Gráfico 2.1-

Puente Simplemente Apoyado ...8

Gráfico 2.2.-

Viaducto ...9

Gráfico 2.3.-

Puente con Celosía de Madera ...10

Gráfico 2.4.-

Puente con Vigas Longitudinales de Hormigón Armado ...11

Gráfico 2.5.-

Puente con Vigas de Hormigón Pretensado ...11

Gráfico 2.6.-

Puente con Vigas de Hormigón Postensado...12

Gráfico 2.7.-

Diferencia entre Vigas de Hormigón Armado y Preesforzado...12

Gráfico 2.8.-

Puente Metálico en Arco ...13

Gráfico 2.2.1.2.6.-

Análisis de Puentes Luz vs. Costo ...14

Gráfico 2.10.-

Puente de Gran Longitud con Pilas Intermedias ...14

Gráfico 2.11.-

Puente Colgante ...15

Gráfico 2.12.-

Sobrecarga AASHTO HS-20, HS-25, HL-93 ...23

Gráfico 2.13.-

Curvas Efecto Momento Cortante de Diversos Vehículos en Carreteras ...25

Gráfico 2.15.-

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XI

Gráfico 3.1.-

Influencia del Río Zarumilla en el Comportamiento Hidráulico del Canal Internacional. ...41

Gráfico 3.2.-

Ubicación de las 10 cuencas en la variante Internacional. ...43

Gráfico 3.3.-

Área de inundación del río Zarumilla, con respecto a la Carretera Panamericana, Canal Internacional y Variante Internacional...47

Gráfico 3.4.-

Sección transversal del río Zarumilla en la variante internacional. ...48

Gráfico 3.5.-

Curva de descarga del río Zarumilla en la variante internacional ...48

Gráfico 3.6.-

Perfil Hidráulico de simulaciones del río Zarumilla con caudales de condiciones normales (350m3/s), máximo caudal registrado (860m3/s) y el caudal calculado para un TR=100 años (2124m3/s). ...49

Gráfico 3.7.-

Funcionamiento Hidráulico de obras de drenaje en el Río Zarumilla. ...50

Gráfico 3.8.-

Esquema de disposición de la quebrada Zarumilla y la variante internacional...51

Gráfico 3.9.-

Sección transversal de la quebrada Zarumilla 1 – Km. 1+070...52

Gráfico 3.10.-

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XII

RESUMEN

Actualmente existe un incremento en el intercambio comercial y de turismo entre Ecuador y Perú como consecuencia de la firma del acuerdo de paz. Durante el periodo 2000-2004 la tasa de crecimiento anual promedio para la entrada de extranjeros al Perú por el control fronterizo de Aguas Verdes fue del 54%, habiendo sido la tasa de salida de nacionales hacia el Ecuador de 12.4%, para el mismo período.

El proyecto de la nueva Variante Internacional se encuentra ubicado sobre el Eje Vial Nº 1, carretera Panamericana, en la zona fronteriza entre Perú y Ecuador, en el departamento de Tumbes.

Se ha determinado la proyección de una estructura de cruce entre el Canal Internacional y la Variante Internacional CEBAF Perú - Ecuador un Puente de luz 83,60 m, se ha considerado esta longitud no solo para permitir pasar el flujo que discurre por el canal, también permitirá pasar los caminos laterales que van paralelos al canal para que el transito en esta zona no sea interrumpido.

Mediante el Análisis Comparativo entre las Normas STANDARD AASHTO, publicadas en el 2002, y las Especificaciones LRFD AASHTO, publicadas en el 2004, la bondad, seguridad, eficiencia y reducción de costo mediante el uso de la Especificaciones LRFD AASHTO para el Diseño de Puentes, logrando un 15, 06 % de reducción en el Rubro: Acero de Refuerzo fy = 4200 Kg./cm2, con lo cual se alcanza un mejora sustancial en lo que respecta a metrado (Volumen de Obra), además de dar confiabilidad debido al incremento de la Carga del Camión de Diseño y de los factores de reducción de capacidad de material.

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XIII

SUMARY

At the moment an increment exists in the commercial exchange and of tourism between Ecuador and Peru like consequence of the signature of the agreement of peace. During the period 2000-2004 the rate of growth annual average for the entrance of foreigners to Peru for the border control of Waters Greens was of 54%, having been the exit rate of national toward Ecuador of 12.4%, for the same period.

The project of the International new Variant is located on the Axis Vial Nº 1, Pan-American Highway, in the border area between Peru and Ecuador, in the department of you Knock down.

The projection of a crossing structure has been determined between the International Channel and the International Variant CEBAF Peru - Ecuador a Bridge of light 83. 60 m, it has been considered this non alone longitude to allow the flow that reflects for the channel, to happen it will also allow the lateral roads that you/they go to happen parallel to the channel so that the one traffics in this area it is not interrupted.

By means of the Comparative Analysis among the STANDARD Norms AASHTO, published in the 2002, and the Specifications LRFD AASHTO, published in the 2004, the kindness, security, efficiency and mediating cost reduction the use of the Specifications LRFD AASHTO for the Design of Bridges, achieving a 15, 06 % reduction in the Item: I steel of Reinforcement fy = 4200 Kg./cm2, with that which is reached an it improves substantial in what concerns to metrado (Volume of Work), besides giving dependability due to the increment of the Load of the Truck of Design and of the factors of reduction of material capacity

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1

INTRODUCCION

La Nueva Variante Internacional, CEBAF Perú y Variante Internacional CEBAF Ecuador son parte del acuerdo entre las Cancillerías de Ecuador y Perú, cuyo propósito principal es descongestionar el paso actual de frontera entre las ciudades de Huaquillas, en Ecuador; y, Aguas Verdes en Perú. Esta Variante considera la construcción de un Nuevo Puente Internacional.

El eje del Canal Internacional es un hito fronterizo entre Perú y Ecuador. Tiene su inicio en la Bocatoma La Palma ubicado en el Río Zarumilla y termina en la desembocadura en el mar. El trazo del Canal Internacional discurre por la margen derecha de la terraza baja del valle Zarumilla, existiendo quebradas del lado Ecuatoriano que vierten sus aguas al canal.

Con la construcción de las obras proyectadas entre las que se contempla el Puente sobre el Canal Internacional Ecuador – Perú se logra una importante mejora en las comunicaciones por carretera entre ambos países, que además ha sido diseñada para soportar los posibles riesgos que ocasionaría una nueva aparición del Fenómeno del Niño.

Tradicionalmente el diseño estructural de Puentes se lo ha desarrollado mediante el uso de las Normas STÁNDARD ESPECIFICATIONS FOR HIGHWAY BRIDGES, adoptado por la AMERICAN ASSOCIATION OF STATE HIGHWAY AND TRANSPORTATION OFFICIAL (AASHTO).

Sin embargo las variaciones en las cargas, y en las propiedades de los materiales de las Normas LOAD AND RESISTANCE FACTOR DESIGN (LRFD) ESPECIFICATIONS FOR HIGHWAY BRIDGES, adoptado por la AMERICAN ASSOCIATION OF STATE HIGHWAY AND TRANSPORTATION OFFICIAL (AASHTO), permite una mejor bondad, seguridad, eficiencia, reducción de costo en el Diseño de Puentes.

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CAPITULO I.

1. MARCO REFRENCIAL

1.1. Planteamiento del Problema

La Nueva Variante Internacional, CEBAF Perú y Variante Internacional CEBAF Ecuador son parte del acuerdo entre las Cancillerías de Ecuador y Perú, cuyo propósito principal es descongestionar el paso actual de frontera entre las ciudades de Huaquillas, en Ecuador; y, Aguas Verdes en Perú. Esta Variante considera la construcción de un Nuevo Puente Internacional.

El eje del Canal Internacional es un hito fronterizo entre Perú y Ecuador. Tiene su inicio en la Bocatoma La Palma ubicado en el Río Zarumilla y termina en la desembocadura en el mar.

El trazo del Canal Internacional discurre por la margen derecha de la terraza baja del valle Zarumilla, existiendo quebradas del lado Ecuatoriano que vierten sus aguas al canal.

Con la construcción de las obras proyectadas entre las que se contempla el Puente sobre el Canal Internacional Ecuador – Perú se logra una importante mejora en las comunicaciones por carretera entre ambos países, que además ha sido diseñada para soportar los posibles riesgos que ocasionaría una nueva aparición del Fenómeno del Niño.

Con Contrato de Ejecución de Obra Nº 22-2007-MTC/20 de fecha 09 de febrero de 2007 se inició la construcción del Nuevo Puente sobre el Canal Internacional Ecuador – Perú, a cargo de la Empresa Contratista CONSORCIO “HIDALGO E HIDALGO”, en base a los estudios y diseños de la Empresa Consultora del

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3

Proyecto Apoyo a la Integración Física Regional Eje Vial 1 Ecuador – Perú, TÉCNICA Y PROYECTOS S.A. TYPSA.

Con fecha 25 de junio de 2008, el Contratista CONSORCIO “HIDALGO e HIDALGO”, manifestó a la Entidad Contratante (MTC-Perú), su decisión de no reiniciar los trabajos, por lo que solicitaba la Resolución Definitiva del Contrato, en base a motivos de fuerza mayor y seguridad

A lo cual con fecha 15 de julio el Ministerio de Transporte y Comunicaciones del Perú, Entidad contratante, con Resolución Directorial Nº 1789-2008-MTC/20, resolvió la Resolución del Contrato con la Empresa Contratista, el Rediseño y Actualización del Presupuesto del Proyecto: Apoyo a la Integración Física Regional Eje Vial 1 Ecuador-Perú – Lote 1 – Construcción del Puente sobre el Canal Internacional, el mismo que tendrá como base los estudios previos realizados por la Empresa TYPSA, y será llevado a cabo por la Empresa a cargo de la Asistencia Técnica Internacional para la Supervisión de Obras Binacionales Ecuador – Perú, CONSORCIO SUPERVISIÓN INTERNACIONAL “CAMINOSCA CAMINOS Y CANALES C. LTDA., VERA & MORENO S.A., CLOTHOS, SCOTT WILSON, APPLUS NORCONTROL”.

Tradicionalmente el diseño estructural de Puentes se lo ha desarrollado mediante el uso de las Normas STÁNDARD ESPECIFICATIONS FOR HIGHWAY BRIDGES, adoptado por la AMERICAN ASSOCIATION OF STATE HIGHWAY AND TRANSPORTATION OFFICIAL (AASHTO).

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1.2. Formulación del Problema

Actualmente existe un incremento en el intercambio comercial y de turismo entre Ecuador y Perú como consecuencia de la firma del acuerdo de paz. Durante el periodo 2000-2004 la tasa de crecimiento anual promedio para la entrada de extranjeros al Perú por el control fronterizo de Aguas Verdes fue del 54%, habiendo sido la tasa de salida de nacionales hacia el Ecuador de 12.4%, para el mismo período.

En cuanto a exportaciones e importaciones hacia Ecuador desde el Perú por la aduana de Tumbes existe un mayor crecimiento de las primeras sobre las segundas, tanto en su volumen como en valores. El mayor porcentaje de las importaciones provenientes del Ecuador se realiza por vía marítima, dado el bajo porcentaje de las importaciones por vía terrestre.

En relación al intercambio comercial entre Perú y Ecuador, éste se ha incrementando constantemente desde los Acuerdos de Paz de 1998, estimándose para el año 2004 cerca de USD 900 millones, hasta cuatro veces más desde que se establecieron mejores condiciones de comercio bilateral.

De lo expuesto anteriormente se desprende que la balanza comercial binacional a través de este paso fronterizo es deficitaria para Ecuador.

El proyecto de la nueva Variante Internacional se encuentra ubicado sobre el Eje Vial Nº 1, carretera Panamericana, en la zona fronteriza entre Perú y Ecuador, en el departamento de Tumbes. En las proximidades del nuevo paso fronterizo se ha diseñado el complejo de edificaciones correspondientes al lado Perú del Centro Binacional de Atención Fronteriza (CEBAF), similar al diseñado en el Sector-Ecuador, que va a permitir ordenar y agilizar todos los trámites aduaneros y de inmigración entre el Perú y Ecuador.

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5

El Eje Vial Nº 1 forma parte de la Carretera Panamericana y como tal tiene una importancia de carácter continental, uniendo al Perú y Ecuador con otros países sudamericanos como Colombia y Venezuela, por lo que ha sido considerado prioritario como eje IIRSA (Iniciativa para la Integración de la Infraestructura Regional Suramericana).

Da continuidad a las comunicaciones de ciudades principales del Perú, tales como su capital Lima y otras importantes ciudades de la costa como Chimbote, Trujillo, Chiclayo, Piura y Tumbes con ciudades del vecino país del Ecuador, como Huaquillas, Santa Rosa, Machala, Guayaquil y Quito.

Con la construcción de las obras proyectadas se logra una importante mejora en las comunicaciones por carretera entre ambos países, que además ha sido diseñada para soportar los posibles riesgos que ocasionaría una nueva aparición del Fenómeno del Niño.

1.3. Objetivos

1.3.1. General

Proveer el Diseño Estructural del Puente sobre el Canal Internacional Ecuador – Perú, para el Proyecto Apoyo a la Integración Física Regional Eje Vial 1, con el fin de dar continuidad a las variantes internacionales del lado Ecuador y lado Perú.

1.3.2. Específicos

Identificar y verificar los estudios básicos de Ingeniería del Puente sobre el Canal Internacional Ecuador – Perú, elaborados por la Empresa Técnica y Proyectos S.A. TYPSA, Consultora de los Estudios del Proyecto Eje Vial 1.

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Obtener los Diseños de la Infraestructura y Superestructura del Puente sobre el Canal Internacional Ecuador – Perú mediante es uso de las Especificaciones LRFD - AASHTO para el Diseño de Puentes

Elaborar los diseños definitivos, memoria de cálculo, cantidades de obra y presupuesto referencial para la construcción del Puente sobre el Canal Internacional Ecuador – Perú.

Demostrar la seguridad, eficiencia y reducción de costo mediante el uso de la Especificaciones AASHTO LRFD para el Diseño de Puentes

1.4. Justificación

En relación al intercambio comercial entre Perú y Ecuador, éste se ha incrementando constantemente desde los Acuerdos de Paz de 1998, estimándose para el año 2004 cerca de USD 900 millones, hasta cuatro veces más desde que se establecieron mejores condiciones de comercio bilateral.

En cuanto a exportaciones e importaciones hacia Ecuador desde el Perú por la aduana de Tumbes existe un mayor crecimiento de las primeras sobre las segundas, tanto en su volumen como en valores.

El mayor porcentaje de las importaciones provenientes del Ecuador se realiza por vía marítima, dado el bajo porcentaje de las importaciones por vía terrestre, con la construcción de las obras proyectadas se logra una importante mejora en las comunicaciones por carretera entre ambos países, que además ha sido diseñada para soportar los posibles riesgos que ocasionaría una nueva aparición del Fenómeno del Niño.

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CAPITULO II

2. MARCO TEORICO

2.1. Antecedentes de la Investigación

El Canal Internacional es un hito fronterizo entre Perú y Ecuador. Tiene su inicio en la Bocatoma La Palma ubicado en el Río Zarumilla y termina en la desembocadura en el mar.

El trazo del Canal Internacional discurre por la margen derecha de la terraza baja del valle Zarumilla, existiendo quebradas del lado Ecuatoriano que vierten sus aguas al canal.

Con la construcción de las obras proyectadas entre las que se contempla el Puente sobre el Canal Internacional Ecuador – Perú se logra una importante mejora en las comunicaciones por carretera entre ambos países, que además ha sido diseñada para soportar los posibles riesgos que ocasionaría una nueva aparición del Fenómeno del Niño.

Con fecha 25 de junio de 2008, el Contratista CONSORCIO “HIDALGO E HIDALGO”, manifestó a la Entidad Contratante (MTC-Perú), su decisión de no reiniciar los trabajos, por lo que solicitaba la Resolución Definitiva del Contrato, en base a motivos de fuerza mayor y seguridad

A lo cual con fecha 15 de julio el Ministerio de Transporte y Comunicaciones del Perú, Entidad contratante, con Resolución Directorial Nº 1789-2008-MTC/20, resolvió la Resolución del Contrato con la Empresa Contratista, el Rediseño y Actualización del Presupuesto del Proyecto: Apoyo a la Integración Física Regional Eje Vial 1 Ecuador-Perú – Lote 1 – Construcción del Puente sobre el Canal Internacional, el mismo que tendrá como base los estudios previos

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realizados por la Empresa TYPSA, y será llevado a cabo por la Empresa a cargo de la Asistencia Técnica Internacional para la Supervisión de Obras Binacionales Ecuador – Perú, CONSORCIO SUPERVISIÓN INTERNACIONAL “CAMINOSCA CAMINOS Y CANALES C. LTDA., VERA &MORENO S.A., CLOTHOS, SCOTT WILSON, APPLUS NORCONTROL”.

Tradicionalmente el diseño estructural de Puentes se lo ha desarrollado mediante el uso de las STÁNDARD ESPECIFICATIONS FOR HIGHWAY BRIDGES, adoptado por la AMERICAN ASSOCIATION OF STATE HIGHWAY AND TRANSPORTATION OFFICIAL (AASHTO).

2.2. Fundamentación Teórica

2.2.1. Puentes

2.2.1.1. Introducción

La gran irregularidad topográfica de Ecuador y Perú, y el rápido desarrollo de los centros urbanos han determinado que las vías de comunicación requieran con gran frecuencia de la construcción de puentes y viaductos.

Gráfico 2.1- Puente Simplemente Apoyado1

1

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9

Por lo general, el término puente se utiliza para describir a las estructuras viales, con trazado por encima de la superficie, que permiten vencer obstáculos naturales como ríos, quebradas, hondonadas, canales, entrantes de mar, estrechos de mar, lagos, etc.

Por su parte, el término viaducto está generalmente reservado para el caso en que esas estructuras viales se construyan por necesidades urbanas o industriales (como los pasos elevados dentro de las ciudades o de los complejos industriales), o para evitar el cruce con otras vías de comunicación (como los intercambiadores de tránsito en las autopistas).

Gráfico 2.2.- Viaducto 2

2.2.1.2. Tipos de Puentes

Tradicionalmente en el Ecuador se han diseñado y construido puentes de mampostería de piedra, de madera, de hormigón armado, de acero, de hormigón preesforzado y de estructura mixta. Las luces que se pueden vencer con este tipo de puentes van de pequeñas a medianas.

Puentes mampostería de piedra en arco:

Son los puentes de mayor antigüedad en el mundo. En Europa se pueden encontrar puentes de mampostería de piedra en arco (como parte de acueductos romanos), construidos hace más de 2000 años. Aprovechan las características beneficiosas de la geometría en arco (trabajan fundamentalmente a compresión y limitan o eliminan totalmente el efecto de la flexión), y pueden ser utilizados para

2

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10

vencer luces de hasta 10 m. Algunas de las vías más antiguas del país, cuyo trazado todavía se mantiene como alterno, aún conservan viejos puentes de piedra en arco los mismos que se construyeron antes de la conquista española denominados “CHACAS”. Prácticamente ya no se construyen más puentes de este tipo pues no existe la mano de obra calificada para este tipo de obras.

Puentes de madera:

Los puentes de madera se han utilizado eficientemente, con luces de hasta 20 m, en caminos de poca circulación, con vehículos livianos. La gran ventaja de este tipo de puentes es la reducción de costos al utilizar materiales y mano de obra de la misma zona.

Gráfico 2.3.- Puente con Celosía de Madera3

La mayor parte de puentes de madera construidos en el país son pequeñas estructuras rústicas en caminos de segundo, tercer orden y vecinales. El principal problema de los puentes de madera es la necesidad de proporcionarles un adecuado mantenimiento para tener un tiempo de vida aceptable, caso contrario, en lugar de constituir una solución se convierten en un riesgo.

Puentes de concreto reforzado:

Los puentes de concreto reforzado, en carreteras de primero y segundo orden, han tenido éxito en el Ecuador con luces de hasta 25 m. Luces superiores son inconvenientes para este tipo de puentes por el incremento desmedido de su peso

3

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11

y de su costo. La gran experiencia que se tiene con el manejo del concreto reforzado, que se traduce en mano de obra y dirección técnica relativamente calificadas, y también en disponibilidad de los materiales, ha permitido su construcción en todas las regiones del país.

Gráfico 2.4.- Puente con Vigas Longitudinales de Hormigón Armado4 El principal problema constructivo constituyen los encofrados que, en su configuración tradicional, solamente pueden ser utilizados en cauces de ríos poco profundos y poco caudalosos. En ríos de cauces profundos se suele construir un encofrado tipo arco para no provocar un incremento excesivo de costos de construcción (se construye un puente provisional de madera que sirve de encofrado para el puente definitivo de concreto).

Puentes tradicionales de concreto preesforzado:

La tecnología del concreto preesforzado (pretensado y postensado) tradicional permitió superar parcialmente las limitaciones de los puentes de concreto reforzado, llegándose a implementar soluciones viables en puentes de hasta 45 m de luz. Generalmente se han utilizado dos variantes constructivas de esta tecnología consistentes en la fundición y tensado (tesado) in situ, o la fundición y tensado previo, y el lanzamiento posterior de las vigas.

Gráfico 2.5.- Puente con Vigas de Hormigón Pretensado5

4

ALVARADO, César. Diseño de Puentes con AASHTO LRFD pp. 52.

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12

Gráfico 2.6.- Puente con Vigas de Hormigón Postensado6

La reducción en el peso de la estructura es el efecto más importante en los puentes de concreto preesforzado. Una viga de puente de 20 m. de longitud (con 4 vigas para 2 carriles), que en concreto reforzado requeriría una altura aproximada de 2.00 m. y un ancho de 0.50 m., en concreto postensado podría tener 1.40 m. de altura, y un ancho variable entre 0.50 m. y 0.20 m., reduciéndose su peso aproximadamente a la mitad.

Gráfico 2.7.- Diferencia entre Vigas de Hormigón Armado y Preesforzado

Fuente: ALVARADO, César. Diseño de Puentes con AASHTO LRFD pp. 55

6

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Puentes de acero:

Los puentes de acero construidos en el país han permitido alcanzar luces importantes.

Los puentes sobre vigas metálicas pueden vencer luces de hasta 45 m (similar al preesforzado tradicional), mientras que con puentes metálicos en celosías se ha alcanzado los 80 m, y con puentes metálicos en arco se ha llegado hasta 100 m, constituyendo luces importantes.

Gráfico 2.8.- Puente Metálico en Arco7

Los puentes metálicos tienen dos tipos de limitantes: su costo por utilizar materiales importados, y la necesidad de un mantenimiento considerable.

Un tipo muy importante de puentes metálicos constituyen los Puentes de Circunstancia, que se los utilizan por su rapidez de construcción (los más pequeños pueden ser armados en 24 horas).

El más conocido en esta categoría es el Puente Bailey.

7

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14

Gráfico 2.2.1.2.6.- Análisis de Puentes Luz vs. Costo

Fuente: ALVARADO, César. Diseño de Puentes con AASHTO LRFD pp. 60

2.2.1.3. Puentes de Gran Longitud

Los diseños modernos de carreteras y autopistas imponen condiciones muy exigentes de pendiente, curvatura, y altura sobre los cauces, lo que unido a las condiciones topográficas y fluviales del país define la necesidad de diseñar y construir puentes de gran longitud.

En estos casos, la colocación de un sinnúmero pilas intermedias para reducir las luces, puede resolver el problema de la presencia de grandes longitudes, como en el caso del Puente sobre el Río Guayas. En otras ocasiones este tipo de solución puede traer grandes complicaciones, como la necesidad de construir muchas pilas esbeltas con longitudes del orden de los 100 m o más, en la Sierra; o la construcción de pilas en sitios donde los ríos tienen un comportamiento impredecible, en la Costa y Oriente.

Gráfico 2.10.- Puente de Gran Longitud con Pilas Intermedias8

8

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15

La construcción de pilas de gran longitud no es en sí el problema más importante, pero un número exagerado de las mismas volvería poco práctico, desde el punto de vista técnico-económico, un proyecto de puente.

En muchos casos no es posible evitar el diseño y construcción de puentes con grandes luces por lo que la única alternativa válida consiste en buscar otros métodos de diseño y construcción, como los puentes colgantes (cable-suspended bridges / suspension bridges), los puentes atirantados mediante cables (cable-stayed bridges / cable-supported bridges), o los puentes de hormigón preesforzado en volados sucesivos.

Gráfico 2.11.- Puente Colgante9

Los puentes preesforzados en volados sucesivos, para tráfico vehicular, son técnica y económicamente convenientes para luces comprendidas entre 80 m y 220 m. Los puentes atirantados son competitivos con luces entre 150 m y 400 m. Los puentes colgantes, por su parte, pueden ser convenientes para luces superiores a los 250 m.

Dependiendo de las condiciones particulares del país y de la zona en que se va a construir el puente (disponibilidad de equipamiento, de materiales, de mano de obra y de personal técnico, además del correspondiente marco legal y los costos), estos criterios generales pueden sufrir variaciones.

9

(30)

16

2.2.1.4. Tipos de Cargas en Puentes y Viaductos

Los puentes y viaductos son diseñados para soportar una diversidad de cargas, entre los que se cuentan:

• Carga Permanente: Constituida por el peso propio de la estructura, el peso

de la capa de rodadura, el peso de las instalaciones.

• Carga Viva Móvil: Generalmente especificada mediante camiones y trenes

de carga idealizados, o cargas distribuidas equivalentes con eje de cargas concentradas.

• Carga Sísmica: Modelada como equivalente estático y como efecto

dinámico

• Carga de Viento: Modelada como equivalente estático y como efecto

dinámico

• Empuje de Tierras

• Empuje Hidrodinámico del Agua: Proveniente de la velocidad con que

circula el agua por los cauces de río o de la velocidad con que impacta el agua de mar

• Flotación: Provocada por el sumergimiento en agua de parte de los

componentes del puente, como las pilas centrales

• Cambios de Temperatura

• Impacto por Cargas Vivas Móviles: Debido a la velocidad con que

circulan los vehículos sobre el puente

• Frenado

• Palizadas: Provocadas por la acumulación de restos vegetales en épocas

de máximo caudal, la que actúa sobre determinados componentes del puente como pilas y estribos.

• Fuerza Centrífuga: Presente en puentes con curvatura en planta

(31)

17

Los estados de carga críticos dependen del tipo de puente diseñado, su geometría, de los materiales de construcción y del sitio en que se va a construir la estructura, pues no todas las cargas son importantes para todos los puentes, así:

• Las cargas dinámicas de viento son importantes en puentes de gran longitud con poca rigidez, como los puentes colgantes, mientras la presión estática equivalente al viento es importante en puentes metálicos en celosía

• El flujo plástico del material es importante en puentes preesforzados

• La fuerza centrífuga es importante en puentes de eje curvo

• La presión hidrodinámica es importante en puentes sobre ríos correntosos, con pilas intermedias

• Las palizadas son importantes en puentes con pilas intermedias ubicadas a distancias pequeñas entre sí, etc.

2.2.1.5. Componentes Básicos de los Puentes

Los componentes de los puentes caen en 2 categorías: componentes de la superestructura y componentes de la subestructura.

Superestructura: Es la parte del puente en donde actúa la carga móvil, y está constituida por:

• Losa del tablero

• Vigas longitudinales y transversales

• Aceras y pasamanos

• Capa de rodadura

(32)

18

Subestructura: Es la parte del puente que se encarga de transmitir las solicitaciones al suelo de cimentación, y está constituida por:

• Estribos

• Pilas

• Muros de ala

2.2.2. Manual de Diseño de Puentes.

2.2.2.1. Descripción

El Manual de Diseño de Puentes consta básicamente de cuatro partes:

DEL TITULO PRELIMINAR

Es una introducción al manual en el que se precisa que en este documento precisa requisitos mínimos para el análisis y diseños de puentes carreteros así como pautas para el diseño de puentes peatonales , dejando claramente expreso a criterio del usuario utilizar límites más estrictos o complementar estas especificaciones en lo que resulte pertinente. Asimismo, se especifica que el manual está basado en las Especificaciones AASHTO LRFD para el diseño de Puentes Carreteros del American Association of State Highway and Transportation Officials, con su respectiva sobrecarga de diseño, la denominada HL-93.

TITULO I: DE LA INGENIERÍA BÁSICA

Se refiere a los aspectos que incluyen los estudios topográficos, hidrológicos e hidráulicos, geológicos, geotécnicos, de riesgo sísmico, impacto ambiental, tráfico, alternativas de diseño vial, alternativas de anteproyecto y factibilidad; 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 la geografía y los desastres naturales.

(33)

19

TITULO II: DEL PROYECTO DE INGENIERÍA

El Manual es, en la mayor parte de los aspectos de diseño a los que se refiere el Título II, una adaptación de las Especificaciones de la American Association of State Highway and Transportation Officials (AASHTO), que han sido tradicionalmente las más utilizadas por los profesionales peruanos dedicados al diseño y a la construcción de puentes.

Para facilitar el trabajo del proyectista, se ha incluido también un anexo que resume las versiones más recientes de métodos simplificados de análisis y diseño propuestos por la AASHTO.

APÉNDICES

En este capítulo, se alcanzan el Mapa de Distribución de Isoaceleraciones, para el cálculo del coeficiente de aceleración, y de manera informativa, Recomendaciones del AASHTO para la Distribución de Cargas, así como para la Estimación de Empujes sobre Muros de Contención.

2.2.2.2. Aspectos a considerar

Se hará una breve revisión a dos aspectos relevantes en el manual:

1.- Filosofía del Diseño 2.- Sobrecarga de diseño 3.- Análisis Sísmico

1.- FILOSOFÍA DEL DISEÑO

Los puentes deberán ser diseñados teniendo en cuenta los Estados Límite que se especificarán, para cumplir con los objetivos de constructibilidad, seguridad y

(34)

20

serviciabilidad, así como con la debida consideración en lo que se refiere a inspección, economía y estética.

La ecuación. (1) deberá cumplirse para todos los efectos de fuerza y combinaciones especificadas sin tener en cuenta el tipo de análisis usado.

En muchos casos las Resistencias de Componentes y Conexiones son determinados teniendo en cuenta el comportamiento inelástico, aunque los efectos de las fuerzas son calculados usando análisis elástico.

Esta inconsistencia es común en la mayoría de las especificaciones vigentes de puentes debido a la falta de conocimiento del análisis inelástico en estructuras.

Estados Límite

Las componentes y conexiones deberán satisfacer la ecuación (1) para cada estado límite a menos que se especifique otra cosa.

Para el estado límite de servicio y el estado límite de evento extremo, los factores de resistencia serán tomados como ecuación (1). Todos los estados límite serán considerados de igual importancia.

Rr

Rn

i

n

.

Σ

γ

.

ϕ

≤

φ

.

=

(1) Para lo cual:

95 .

0 .

.

>

=

n

D

n

R

n

I

n

Donde:

i

γ

= factor de carga (es un multiplicador obtenido estadísticamente que se aplica a los efectos de la fuerza).

φ

= factor de resistencia (es un multiplicador obtenido estadísticamente que se aplica a la resistencia nominal de acuerdo al material y/o elemento como se específica en el Art. 2.9

n

= factor que relaciona a la ductilidad, redundancia e importancia operativa. D

n

=factor que se refiere a la ductilidad como se especifica en el Art. 2.3.2.2

R

(35)

21 I

n

= factor que se refiere a la importancia operacional como se especifica en el Art. 2.3.2.4

Qi = efectos de fuerza

Rn = resistencia nominal

Rr = resistencia factorizada:

φ

.

Rn

La ecuación (1) es la base del método LRFD.

El factor de resistencia

φ

=1.0 asignados a todos los estados límite menos al estado límite de resistencia es una medida provisional ya que se están llevando a cabo trabajos de investigación acerca de este tema. La ductilidad, la redundancia y la importancia operacional son aspectos significantes que afectan el margen de seguridad de los puentes. Los dos primeros aspectos relacionan directamente a la resistencia física, el último aspecto se refiere a las consecuencias que ocurren cuando un puente está fuera de servicio. Como se ve, estos aspectos referentes a las cargas son arbitrarios. Sin embargo, esto constituye un primer esfuerzo de codificación.

Una aproximación subjetiva, debido a la ausencia de información más precisa es que cada efecto, excepto para fatiga y fractura. Es estimado como un ± 5% geométricamente acumulado. Con el tiempo una cuantificación mejorada de estos aspectos y su interacción y la sinergia del sistema podrían ser alcanzadas.

Posiblemente esto conducirá a un arreglo de la ecuación (1), en el cual esos efectos podrían aparecer sobre uno de los lados o en ambos lados de la ecuación.

Estado Límite de Servicio

El estado límite de servicio será tomado en cuenta como una restricción sobre los esfuerzos, deformaciones y ancho de grietas bajo condiciones regulares de servicio. El estado límite de servicio da experiencia segura relacionada a

(36)

22

provisiones, los cuales no pueden ser siempre derivados solamente de resistencia o consideraciones estadísticas.

Estados Límite de Fatiga y Fractura

El estado límite de fatiga será tomado en cuenta como un juego de restricciones en el rango de esfuerzos causados por un solo camión de Diseño que ocurre en el número esperado de ciclos correspondientes a ese rango de esfuerzos.

El estado límite de fractura será tomado en cuenta como un juego de requerimientos de tenacidad del material.

El estado límite de fatiga asegura limitar el desarrollo de grietas bajo cargas repetitivas para prevenir la rotura durante la vida de diseño de puentes.

Estado Límite de Resistencia

El estado límite de resistencia será tomado en cuenta para asegurar la resistencia y estabilidad. Ambas, local y global son dadas para resistir las combinaciones especificadas de carga que se espera que un puente experimente durante su vida de diseño.

Bajo el estado límite de resistencia podría ocurrir daño estructural y frecuente sufrimiento, pero la integridad completa de la estructura se espera que se mantenga.

Estado Límite de Evento Extremo

El estado límite de evento extremo será tomado en cuenta para asegurar la supervivencia estructural de un puente durante un sismo importante o durante inundaciones o cuando es chocado por un buque, vehículos o flujos & hielo, posiblemente ocurridos bajo condiciones m) especiales.

(37)

23

Se considera que el Estado Limite de Evento Extremo ocurrirá una sola vez con un período de retorno que puede ser significativamente más grande que el de la vida de diseño del puente.

2.- SOBRECARGA DE DISEÑO

A continuación se presenta una comparación de las diferentes tipos de sobrecarga

AASHTO Standard. HS20, HS25 AASHTO LRFD: HL-93 Reglamento Francés: Sistema A, C-30 Reglamento Nacional de Vehículos (Perú): T3S3, C4 Reglamento Nacional de Vehículos (Ecuador): HS-MOP

Gráfico 2.12.- Sobrecarga AASHTO HS-20, HS-25, HL-93

(38)

24

2.2.3. Diseño de Puentes, Método LRFD AASHTO

2.2.3.1. Sobrecarga HL-93 Método LRFD

A menos que se especifique lo contrario, la solicitación extrema se deberá tomar como el mayor de los siguientes valores:

• _{La solicitación debida al tándem de diseño combinada con la solicitación}

debida a la carga del carril de diseño, o

• La solicitación debida a un camión de diseño con la separación variable entre ejes combinada con la solicitación debida a la carga del carril de diseño, y

• _{Tanto para momento negativo entre puntos de contraflexión bajo una carga}

uniforme en todos los tramos como para reacción en pilas interiores solamente, 90 por ciento de la solicitación debida a dos camiones de diseño separados como mínimo 15 m entre el eje delantero de un camión y el eje trasero del otro, combinada con 90 por ciento de la solicitación debida a la carga del carril de diseño. La distancia entre los ejes de 145 kN. de cada camión se deberá tomar como 4.3 m

Tabla 2.1.- Sobrecarga HL-93 Método LRFD.

(39)

25

Justificación para la Nueva Carga HL-93

La carga simula el efecto de momento y cortante de un grupo de vehículos que transita rutinariamente las carreteras estatales, ver Gráfico 2.13

Gráfico 2.13.- Curvas Efecto Momento Cortante de Diversos Vehículos en Carreteras Fuente: FAGUDO, Fernando. Especificaciones AASHTO LRFD para el Diseño de Puentes. pp. 18

La carga produce momentos y cortantes mayores a los producidos por la carga HS-20, particularmente para luces largas, ver Gráfico 2.15

Gráfico 2.15.- Análisis Comparativo HS-20 vs. HL-93

(40)

26

2.2.3.2. Diseño Método LRFD

Tabla 2.2.- Alturas mínimas utilizadas tradicionalmente para superestructuras de profundidad constante.

Fuente: Tabla 2.5.2.6.3-1 LRFD AASHTO Bridge Design Specifications, 2004.

Tabla 2.3.- Combinaciones de Carga y Factores de Carga

(41)

27

Tabla 2.4.- Factores de carga para cargas permanentes.

Fuente: Tabla 3.4.1-2 LRFD AASHTO Bridge Design Specifications, 2004

2.2.3.3. Objetivos de LRFD AASHTO

Desarrollar factores de seguridad estadísticamente consistentes para todos los componentes de un diseño a nivel de capacidad

Factores de seguridad toman en consideración las posibles variaciones en cargas en sistemas de puentes y resistencia de componentes

Calibrar las especificaciones para obtener factores de confiabilidad consistentes para todos los materiales disponibles (Probabilidad de falla aceptable)

2.2.3.4. Métodos Aproximados para Análisis

Limitaciones Generales:

• _{Losa de espesor y ancho uniforme} • Número de Vigas ≥ 4

• _{Vigas paralelas y de rigidez uniforme} • Voladizo ≤ 3 pies

(42)

28

Tabla 2.5.- Superestructuras habituales según LRFD AASHTO 2004.

ELEMENTOS DE APOYO TIPO DE TABLERO SECCIÓN TRANSVERSAL TIPICA

Vigas de Acero. Losa de hormigón colada in situ, losa de hormigón prefabricada, emparrillado de acero, paneles encolados / clavados, madera tesada. Vigas cajón cerradas de acero

u hormigón prefabricado.

Losa de hormigón colada in situ.

Vigas cajón abiertas de acero u hormigón prefabricado.

Losa de hormigón colada in situ, losa de tablero de hormigón prefabricado. Vigas cajón de múltiples

células de hormigón colado in situ

Hormigón monolítico

Viga Te de hormigón colado in situ

Hormigón monolítico

Vigas cajón prefabricadas de

hormigón macizas,

alivianadas o celulares con conectores de corte

Sobrecapa de hormigón colado in situ

Vigas cajón prefabricadas de

hormigón macizas,

alivianadas o celulares con conectores de corte y con o sin postensado transversal

(43)

29 Secciones tipo canal de

hormigón prefabricado con conectores de corte

Sobrecapa de hormigón colado in situ

Sección doble Te de hormigón prefabricado con conectores de corte y con o sin postensado transversal

Hormigón integral

Sección Te de hormigón prefabricado con conectores de corte y con o sin postensado transversal

Hormigón integral

Sección doble Te o Te con nervio de hormigón prefabricado

Hormigón colado in situ, hormigón prefabricado

Vigas de Madera Hormigón colado in situ o tablones, paneles encolados / clavados o madera tesada.

(44)

30

CAPITULO III

3. MARCO METOLOGICO

3.1. Diseño de la Investigación

Para la realización de nuestra investigación utilizaremos el método analítico, el mismo que consiste en el análisis de hechos, fenómenos y casos. Se sitúa en el presente, pero no se limita a la simple recolección y tabulación de datos, sino que hace la interpretación y el análisis imparcial de los mismos con una finalidad pre-establecida.

El proceso que utiliza este método es el siguiente:

1. Identificación y delimitación precisa del problema 2. Recolección de datos

3. Elaboración de los datos (organización, clasificación, comparación e interpretación de los mismos)

4. Extracción de conclusiones 5. Redacción del informe final

Nivel de la investigación: Descriptivo - Evaluativo

Tipo de estudio: Bibliográfico De campo.

3.2. Técnicas e Instrumentos de Recolección de Datos

La metodología analítica requiere descomponer en partes algo complejo, en desintegrar un hecho o una idea en sus fragmentos, para mostrarlas, describirlas,

(45)

31

numerarlas y para explicar las causas de los hechos o fenómenos que constituyen el problema en si, dándole solución a este.

Para realizar este tipo de análisis, partiendo de los estudios Topográficos, Hidrológicos e Hidráulicos, Geológicos y Geotécnicos, Riesgo Sísmico, Impacto Ambiental, Tráfico, Complementarios y Trazados de la Vía de la Consultaría realizada por TÉCNICA Y PROYECTOS S.A. TYPSA, utilizaremos textos, folletos y memorias técnicas en las que consten el análisis y diseño de Puentes.

3.3. Desarrollo del Trabajo

3.3.1. Antecedentes

3.3.1.1. Introducción y Generalidades

Suscrito el Tratado de Paz el 26 de octubre de 1998 entre los Gobiernos de Perú y Ecuador, los objetivos de ambos países han estado orientados al logro de una integración real de los pueblos ubicados en el área de influencia de la zona fronteriza, para los que la infraestructura vial es la base del desarrollo de los sectores productivos.

En ese sentido, con ocasión de la reunión del Grupo Consultivo “Perú – Ecuador” celebrada el 23 de marzo de 2000, en Nueva Orleáns, la Comisión Europea se comprometió a financiar la rehabilitación y modernización del Eje Vial Nº 1 que une las ciudades de Piura (Perú) y Guayaquil (Ecuador). A tal efecto el Convenio de Financiación entre la Comunidad Europea y las repúblicas de Ecuador y Perú fue firmado a finales del año 2001. Posteriormente en Agosto / Septiembre de 2003 fue firmado el Addendum Nº 1 al Convenio en el que se modificaron algunos artículos del mismo.

Para tal efecto, la Comisión Europea convocó la licitación EUROPEAID/116357/C/SV/PE para seleccionar al consultor que se encargue de

(46)

32

realizar los Estudios Definitivos de Ingeniería de la Carretera Piura-Guayaquil / Perú-Ecuador comprendida en el Eje Vial Nº 1.

Como resultado del mencionado Concurso, la Empresa española TÉCNICA Y PROYECTOS S.A. (TYPSA) fue seleccionada el 9 de febrero de 2004 para realizar los Estudios de Diseño para la rehabilitación de la Carretera Piura-Guayaquil / Perú-Ecuador comprendida en el Eje Vial Nº 1.

El Contrato de Servicios entre las Comunidades Europeas y Técnica y Proyectos S.A. (TYPSA), ALA/2004/080-680, se firmó el 22 de Marzo de 2004 en Lima y el 29 de Marzo de 2004 en Madrid. Posteriormente se sustituyeron algunas cláusulas de dicho contrato mediante la firma del Addendum Nº 1 en octubre de 2004.

El 19 de abril de 2004, se efectuó la reunión de apertura de acciones del proyecto en la Delegación de la Comunidad Europea en Perú (DELPER).

De acuerdo a los Términos de Referencia, los estudios que realizaría la Consultora abarcaban las siguientes obras:

• _{Puente Internacional.}

• _{Variante de acceso peruano al Puente Internacional, incluido 2}

puentes.

• _{Variante de acceso ecuatoriano al Puente Internacional.}

• _{Dos Centros Binacionales de atención fronteriza CEBAF, en el lado}

peruano y en el ecuatoriano, respectivamente.

• _{14 puentes entre Tumbes y Piura.}

• _{Actualización de los estudios existentes para la rehabilitación de la}

carretera Santa Rosa – Huaquillas, aprobados por el MOP de Ecuador en el año 2001.

(47)

33

Durante el desarrollo del Contrato de Servicios, el Ministerio de Transportes y Comunicaciones del Perú, según Oficio Nº 735-2004-MTC/20 de 17 de agosto de 2004, y el Ministerio de Obras Públicas de Ecuador, según Oficio Nº 009-CE de 13 de septiembre de 2004, han solicitado, a la Comunidad Europea, desarrollar los estudios de un conjunto de actuaciones en siete puntos críticos entre Piura y Tumbes, que permitirán disminuir los riesgos de la vía ante la aparición de un eventual Fenómeno del Niño, en el primer caso, y obtener un corredor vial homogéneo entre Santa Rosa y Huaquillas realizando los estudios de ampliación de la vía a cuatro carriles en sus tramos intermedios, en el segundo caso.

Estas actuaciones no están comprendidas en el Contrato de Servicios de Asistencia Técnica firmado entre la Comunidad Europea y el Consultor TYPSA, por lo que dieron origen al Addendum ya mencionado.

En consecuencia, los estudios que realizó la Consultora comprenden:

• Puente Internacional (Binacional).

• _{Variante de acceso peruano al Puente Internacional, incluido 4}

puentes (Perú).

• Variante de acceso ecuatoriano al Puente Internacional (Ecuador).

• Dos Centros Binacionales de atención fronteriza CEBAF, en el lado peruano y en el ecuatoriano, respectivamente.

• _{14 puentes entre Tumbes y Piura (Perú).}

• _{7 nuevas actuaciones en puntos críticos entre Piura y Tumbes (Perú).} • _{Estudios definitivos de la vía Huaquillas – Santa Rosa con sección de}

cuatro carriles (Ecuador).

En el mes de junio de 2006 el Gobierno Peruano solicitó la reestructuración del proyecto en el Sector Binacional – Perú.

(48)

34

3.3.1.2. Descripción del Proyecto:

El Puente Internacional se ha emplazado sobre el Canal Internacional que es el límite fronterizo entre ambos países. El punto de cruce con el canal, se ha delimitado por la definición del trazado de la Variante que está obligada a pasar por una serie de puntos que ya estaban definidos en los estudios y que a su vez obliga a ser éste el punto de cruce.

En trazado en alzado del puente debe salvar por un lado, el canal internacional existente, así como los caminos laterales que acompañan al mismo a todo lo largo del canal que se proyectan con el galibo de 5.50 metros para paso de vehículos. La rasante proyectada en el tramo del puente está formada por una pendiente del 0.50%.

El puente se ubica en un tramo de alineación recta de la variante, bajo el que discurren el canal internacional existente, así como los caminos laterales que acompañan al mismo, uno en cada país.

Sus características principales son:

Longitud del puente : 83.60 metros Ancho de cada tablero : 11.20 metros Nº de calzadas : 2

Nº de vías : 2

Ancho de calzada : 7.35 metros Ancho de bermas exteriores : 2.25 metros Ancho de bermas interiores : 0.80 metros

Se ha proyectado un pavimento, formado por una capa de 5 cm, de concreto asfáltico sobre la losa de concreto hidráulico.

(49)

35 3.3.2. De la Ingeniería Básica

3.3.2.1. Estudios Topográficos

Entre las progresivas 8+822 y 8+902 de la Variante Internacional se realizó el levantamiento topográfico de la zona del Canal Internacional. Se levantó topográficamente una franja de ancho variable (100 a 200 m) a lo largo del eje de la Variante, así como 300 m longitudinales a lo largo del canal (150 m hacia aguas abajo y 150 m hacia aguas arriba). Se colectó toda la información topográfica existente del relieve del terreno incluyendo los puntos de relleno que permitieron generar curvas de nivel. (Plano 327-EST.BAS 02)

Enlace de los Trabajos de Topografía

Todos los trabajos de topografía de la variante, los CEBAF en Perú y Ecuador, así como de las líneas de servicio de agua potable y saneamiento, han sido enlazados con los BMs y Puntos Geodésicos oficiales de la ciudad de Zarumilla, y por lo mismo, sus respectivos planos, coordenadas y elevaciones están referidas al mismo sistema coordenado y de elevaciones.

a) Puntos de control para determinar coordenadas UTM

Para la determinación de las coordenadas UTM, se utilizó el punto Geodésico Oficial del IGN ubicado en la cumbre del Pozo de Zarumilla, en Perú. A partir de dicho punto, y mediante GPS de precisión milimétrica se establecieron las coordenadas en el sistema WGS-84 de los siguientes puntos de control:

Tabla 3.1.- Puntos de Control – Determinación Coordenadas UTM

Nombre Este Norte

Pozo 581,110.67 9,612,187.67 BM-1 577,887.20 9,612,200.63 BM-9 581,460.44 9,611,290.58

(50)

36

b) Puntos de control para determinar elevaciones

Para el control de la elevación de los trabajos de topografía, se realizo una nivelación cerrada a lo largo del trazo de la variante, teniendo como punto de partida el BM oficial del IGN ubicado en la Plaza de Armas de Zarumilla, en Perú. Para el efecto se monumentaron BMs adicionales colocando hitos de concreto cada 500m a lo largo del trazo de la variante, los mismos que fueron enlazados mediante circuitos de nivelación cerrada.

Tabla 3.2.- Puntos de Control – Determinación Elevaciones

Progresiva Nombre Este Norte Elevacion

0+000 BM-1 577.887,20 9.612.200,63 14,149 0+500 BM-2 578.345,56 9.612.162,93 14,049 1+000 BM-3 578.681,32 9.611.818,97 10,323 1+500 BM-4 578.979,17 9.611.493,40 15,184 2+000 BM-5 579.462,63 9.611.192,45 16,553 2+500 BM-6 579.986,07 9.611.142,42 16,750 3+000 BM-7 580.454,43 9.611.101,89 19,116 3+500 BM-8 580.958,06 9.611.189,79 20,089 4+000 BM-9 581.460,44 9.611.290,58 15,653 4+500 BM-10 581.917,07 9.611.433,53 17,830 5+000 BM-11 582.473,90 9.611.540,96 16,830 5+500 BM-12 582.963,77 9.611.636,95 17,132 6+000 BM-13 583.445,26 9.611.860,31 15,550 6+500 BM-14 583.732,42 9.612.203,31 9,057 7+000 BM-15 583.940,60 9.612.692,85 12,770 7+500 BM-16 584.216,36 9.613.044,23 7,011 8+000 BM-17 584.653,78 9.613.272,24 6,251 8+500 BM-18 585.177,73 9.613.345,16 7,167 9+000 BM-19 585.652,54 9.613.442,62 6,295 9+500 BM-20 586.175,39 9.613.422,68 7,370 10+000 BM-21 586.665,33 9.613.451,94 10,465 10+500 BM-22 587.135,30 9.613.495,34 12,576 11+000 BM-23 587.653,87 9.613.495,16 14,763 11+500 BM-24 588.110,83 9.613.411,60 15,391

Relacion de BMs Establecidos - Variante Internacional

(51)

37

3.3.2.2. Estudios Hidrológicos e Hidráulicos

El Instituto Nacional de Desarrollo, Proyecto Especial Binacional Puyango – Tumbes, ha realizado el Estudio Definitivo Bocatoma La Palma, Canal Internacional y Defensas Ribereñas del Río Zarumilla, donde se ha proyectado rehabilitar y /o reconstruir el Canal Internacional Zarumilla entre las progresivas Km. 0+000, en la bocatoma la Palma hasta la progresiva Km. 17+907 en el empalme con el Puente Internacional existente.

El Canal Internacional Zarumilla existente, en su mayor longitud es de sección trapezoidal simple entre las progresivas Km. 0+095 al Km. 15+670 presentando en su tramo final a partir de la progresiva Km. 15+670 una sección trapezoidal compuesta.

El Canal Internacional Zarumilla, actualmente se encuentra en plena rehabilitación y, las pendientes en el canal están definidas manteniéndose en lo posible las cotas existentes en el fondo del canal con ligeros ensanchamientos. La nueva sección a ejecutarse en el cruce del Canal Internacional con el Puente Internacional tiene las siguientes características:

Tirante D = 1.45 m Ancho en la base = 0.75 m Ancho en la parte superior = 5.00 m Bermas antes del camino = 1.20 m

Revestimiento del canal H: V, 1.5: 1 con concreto poroso Caminos de mantenimiento laterales ancho = 4.00 m

A continuación de los caminos el Proyecto del Canal Internacional prevé la ejecución de Bordos de protección con relleno sin compactar y/o banco de escombros, a manera de diques con 0.60 m de altura, ancho en la corona de 1.00 m y considerando taludes de H: V, 1.5: 1

(52)

38

Análisis

El canal internacional es una obra realizada con fines limítrofes. El caudal que pasa por este canal está ligado al que se deriva en la bocatoma La Palma, y en su recorrido sirve de drenaje en áreas aledañas a la cuenca del río Zarumilla.

En el cruce con el eje de la nueva Variante Internacional, el canal internacional es parte del área de inundación del Río Zarumilla.

La sección de cruce entre el Canal Internacional y el Puente Internacional, debe mantener en lo posible la sección propuesta en el Proyecto inicial, con la única diferencia que, si en el Proyecto inicial los caminos existentes pasaban entre los pilares y el estribo, es decir después de los 30.00 m de luz; en esta nueva sección propuesta los caminos pasarán dentro de esta luz, tal y como se puede apreciar en el plano adjunto, manteniéndose los niveles actuales existentes y con la sección del canal según proyecto inicial, y así mantener en lo posible la misma área hidráulica.

El nuevo Proyecto de la Bocatoma La Palma, regula el caudal a escurrir en el Canal Internacional hasta 4.00 m3/seg. En un primer tramo del 0+00 al 15+670, pudiendo este llegar en caso fortuito por mala operación de la Bocatoma La Palma y en un tramo comprendido entre el inicio y el Km. 2+864 como evacuador para un caudal de Q = 8.00 m3/seg. Que al final prevé un aliviadero lateral hacia el cauce existente de Dos Bocas. Un segundo tramo final a partir del Km. 15+670 el caudal se incrementa a 12 m3/seg. Por aportes pluviales.

El INADE, a través del Proyecto Puyango-Tumbes, licitará en el mes de Agosto la Protección de las riberas en el río Zarumilla, en una longitud de 15 kilómetros, donde se ha podido apreciar que, las secciones transversales indican la ejecución de diques de encauzamiento con elevaciones que van de los 3.00 a los 7.00 m de altura y de acuerdo a las pendientes existentes.