Proyecto de grado

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(1)ESCUELA MILITAR DE INGENIERÍA MCAL. ANTONIO JOSÉ DE SUCRE “BOLIVIA”. TRABAJO DE GRADO. “PROYECTO DEL PUENTE VEHICULAR CRESPO MAYU”. CAP. INF. JAVIER HUAYNOCA ROMERO. COCHABAMBA, 2013.

(2) ESCUELA MILITAR DE INGENIERÍA MCAL. ANTONIO JOSÉ DE SUCRE BOLIVIA. TRABAJO DE GRADO. “PROYECTO DEL PUENTE VEHICULAR CRESPO MAYU”. CAP. INF. JAVIER HUAYNOCA ROMERO. Trabajo de Grado modalidad Proyecto de Grado presentado como requisito parcial para optar al título de Licenciatura en Ingeniería Civil.. TUTOR: ING. RONALD CESAR GÓMEZ JOHNSON. COCHABAMBA, 2013.

(3) INDICE DE CONTENIDO 1.. GENERALIDADES ...................................................................... 12. 1.1. INTRODUCCIÓN ......................................................................... 12. 1.2. ANTECEDENTES ........................................................................ 14. 1.3. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA .......................................... 14. 1.3.1. Identificación del Problema .......................................................... 14. 1.3.2. Formulación del Problema ........................................................... 15. 1.4. OBJETIVOS ................................................................................. 15. 1.4.1. Objetivo General .......................................................................... 15. 1.4.2. Objetivos Específicos y actividades del proyecto......................... 15. 1.5. JUSTIFICACIÓN .......................................................................... 17. 1.5.1. Justificación Técnica .................................................................... 17. 1.5.2. Justificación Económica ............................................................... 17. 1.6. ALCANCE .................................................................................... 17. 1.6.1. Alcance temático.......................................................................... 18. 1.7. PROGRAMA DE ACTIVIDADES ................................................. 20. 2.. MARCO TEORICO ...................................................................... 21. 2.1. CONCEPTOS GENERALES ....................................................... 21. 2.1.1. Estudios básicos de ingeniería para puentes............................... 21. 2.1.2. Obras de arte especiales ............................................................. 21. 2.1.3. Especificaciones generales.......................................................... 21. 2.1.4. Especificaciones particulares ....................................................... 22. 2.1.5. Especificaciones complementarias .............................................. 22. 2.2. ELABORACION DE PROYECTOS PARA PUENTES ................. 22 i.

(4) 2.3. ESTUDIO TOPOGRÁFICO.......................................................... 23. 2.3.1. Levantamiento topográfico ........................................................... 23. 2.4. ESTUDIO GEOTÉCNICO. ........................................................... 23. 2.4.1. Perfil estratigráfico ....................................................................... 23. 2.4.2. Presión lateral del suelo ............................................................... 23. 2.4.3. Capacidad de carga ..................................................................... 24. 2.4.4. Ensayos exploratorios “in situ” ..................................................... 24. 2.4.5. Ensayos de laboratorio ................................................................ 24. 2.4.6. Ensayo de penetración estándar (SPT) ASTM D-1568-98 .......... 24. 2.4.7. Ensayo de porcentaje de humedad natural AASHTO T-256........ 31. 2.4.8. Granulometría de suelos (método por tamizado) ASTM-D-422 ... 31. 2.4.9. Ensayo de límites de consistencia (Límites Atterberg) ................ 32. 2.4.10. Clasificación del suelo.................................................................. 32. 2.4.11. Análisis de la información geotécnica .......................................... 34. 2.5. ESTUDIO HIDROLÓGICO E HIDRÁULICO ................................ 34. 2.5.1. Consideraciones para el diseño ................................................... 35. 2.5.2. Precipitaciones máximas diarias .................................................. 35. 2.5.3. Determinación de la cuenca de drenaje ....................................... 36. 2.5.4. Tiempo de concentración: ............................................................ 37. 2.5.5. Determinación de los valores de CN para complejos hidrológicos de suelo cobertura. ........................................................................... 40. 2.5.6. Efectos del uso de suelos en la hidrología ................................... 42. 2.5.7. Determinación del caudal de diseño ............................................ 42. 2.5.8. Coeficiente de rugosidad de Manning para canales abiertos y diferentes revestimientos............................................................. 44. 2.5.9. Calculo de socavaciones en el cauce del rio. .............................. 44 ii.

(5) 2.6. PUENTES DE HORMIGÓN PRETENSADO ............................... 54. 2.6.1. Alternativas de puentes................................................................ 54. 2.6.2. Puentes. ....................................................................................... 61. 2.6.3. Hormigón armado ........................................................................ 94. 2.6.4. Hormigón preesforzado.............................................................. 115. 2.6.5. Métodos y sistemas constructivos. ............................................ 140. 2.7. FORMULACIÓN Y EVALUACION DE PROYECTOS ................ 141. 2.7.1. Cómputos métricos .................................................................... 141. 2.7.2. Precios unitarios ........................................................................ 143. 3.. MARCO PRÁCTICO .................................................................. 155. 3.1. INFORMACIÓN DE CAMPO ..................................................... 155. 3.1.1. Levantamiento topográfico ......................................................... 155. 3.1.2. Estudio geotécnico ..................................................................... 159. 3.1.3. Descripción del estudios geotécnico actual ............................... 161. 3.1.4. Estudio hidrológico e hidráulico ................................................. 168. 3.2. ESTUDIO DEL TIPO DE PUENTE ............................................ 188. 3.2.1. Cuadro comparativo de alternativas: ......................................... 190. 3.2.2. Cuantías en diseño de puentes ................................................. 191. 3.2.3. Resultado ................................................................................... 191. 3.3. DISEÑO GEOMÉTRICO DEL PUENTE .................................... 191. 3.3.1. Geometría general y proyecto geométrico ................................. 191. 3.3.2. Geometría en detalle ................................................................. 192. 3.4. DISEÑO Y CÁLCULO ESTRUCTURAL DEL PUENTE ............. 194. 3.4.1. Consideraciones generales........................................................ 195. 3.4.2. Diseño de la superestructura ..................................................... 388. 3.4.3. Diseño de la infraestructura ....................................................... 388 iii.

(6) 3.5. DOCUMENTACIÓN DEL PROYECTO ...................................... 389. 3.5.1. Elaboración del pliego de especificaciones técnicas ................. 389. 3.5.2. Cómputos métricos .................................................................... 390. 3.5.3. Análisis de los precios unitarios ................................................. 390. 3.5.4. Cronograma de actividades ....................................................... 392. 4.. EVALUACIÓN ........................................................................... 393. 4.1. EVALUACIÓN TÉCNICA ........................................................... 393. 4.2. EVALUACIÓN ECONÓMICA ..................................................... 395. 5.. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ............................. 397. 5.1. CONCLUSIONES ...................................................................... 397. 5.2. RECOMENDACIONES .............................................................. 397. BIBLIOGRAFÍA ........................................................................................ 398 ANEXOS .................................................................................................. 398. iv.

(7) ÍNDICE DE FIGURAS Figura 1-1. Ubicación geográfica del Puente Crespo Mayu ............................... 13. Figura 2-2. Coeficiente de contracción entre columnas (Aguirre, 1980) ............. 46. Figura 2-3. Valores de β en función de la probabilidad de ocurrencia ................ 47. Figura 2-4. Valores de x para suelos cohesivos y no cohesivos (Aguirre, 1980) 47. Figura 2-5. Coeficiente ψ en función de (Aguirre, 1980) .................................... 48. Figura 2-6. Coeficiente de Artamonov (Aguirre, 1980) ....................................... 50. Figura 2-7. Estribos que se prolongan hasta el cauce principal y no existe flujo en la zona de inundación (Aguirre, 1980).............................................. 50. Figura 2-10 Tramos simples o múltiples isostáticos ............................................ 58 Figura 2-11 Tramos múltiples isostáticos con Losas de continuidad ................... 58 Figura 2-12 Vigas tipo Gerber o en Cantilever .................................................... 59 Figura 2-13 Vigas continuas ................................................................................ 59 Figura 2-14 Puente de vigas simplemente apoyadas .......................................... 59 Figura 2-16 Filosofía de diseño ........................................................................... 62 Figura 2-17 Camión de diseño LRFD HL-93 ....................................................... 65 Figura 2-18 Tren de carga, camión de diseño HL-93 LRFD ................................ 66 Figura 2-19 Tren de carga, tándem de diseño LRFD .......................................... 67 Figura 2-20 Carril de diseño LRFD ...................................................................... 67 Figura 2-21 Incremento de la carga viva por efectos dinámicos ......................... 67 Figura 2-22 Posicionamiento de la carga de eje para el diseño del tablero de losa ......................................................................................................... 73 Figura 2-24 Sección transversal de un puente .................................................... 77 v.

(8) Figura 2-27 Baranda Tipo P-3 SNC..................................................................... 79 Figura 2-28 Aceras en puentes ........................................................................... 80 Figura 2-29 Vigas Tipo AASHTO......................................................................... 82 Figura 2-30 Tipos de estribos .............................................................................. 85 Figura 2-32 Simbología para el empuje activo de Coulomb ................................ 91 Figura 2-33 Aplicación de las teorías de Coulomb .............................................. 91 Figura 2-34 Aplicación de las teorías de Rankine y b) coulomb para el diseño de muros de sostenimiento ................................................................... 92 Figura 2-35 Distribución de esfuerzos en el concreto en compresión de la viga . 95 Figura 2-36 Altura útil en vigas rectangulares ..................................................... 96 Figura 2-40 Atado de barras opuestas con distancias mayores a los 15 cm..... 110 Figura 2-41 Fabricación de un elemento Postensado tesado de un extremo (método Freyssinet) ....................................................................... 115 Figura 2-42 Secciones transversales típicas para vigas de puentes ................. 116 Figura 2-43 Sección transversal de una sección I ............................................. 116 Figura 2-44 Las tensiones admisibles en el concreto no deben ser superadas en las distintas secciones de la viga para la etapa inicial (preesfuerzo + peso propio) ................................................................................... 120 Figura 2-45 Sección I Compuesta ..................................................................... 122 Figura 2-46 Homogenización de los esfuerzos en la sección compuesta ......... 123 Figura 2-47 Las tensiones admisibles en el concreto no deben ser superadas 123 Figura 2-48 Etapa inicial de carga ..................................................................... 125 Figura 2-38 Propiedades del torón de 7 alambres sin revestimiento (G-270) ... 127 Figura 2-51 Esquema de la disminución de la fuerza de preesfuerzo ............... 129 vi.

(9) Figura 2-52 Disminución longitudinal de la fuerza de preesfuerzo en el tendón debido a las pérdidas de preesfuerzo por la fricción entre el tendón y la vaina ........................................................................................... 132 Figura 2-53 Distribución real del esfuerzo longitudinal en el tendón con pérdidas por fricción y pérdidas por hundimiento de anclajes....................... 133 Figura 2-54 Pérdida de tensión de preesfuerzo por hundimiento de anclajes ... 133 Figura 2-55 Porcentaje de Humedad según tipo de clima ................................. 136 Figura 2-56 Distribución del preesfuerzo efectivo en un tendón postensado después de las pérdidas instantáneas y diferidas .......................... 138 Figura 3-1. Ubicación de los BMs-Crespo Mayu .............................................. 155. Figura 3-2. Levantamiento topográfico-Crespo Mayu....................................... 156. Figura 3-3. Perfiles longitudinales y transversales del área de proyecto .......... 157. Figura 3-4. Plano geo referenciado del área de proyecto................................. 158. Figura 3-5. Sección transversal en el eje del puente ........................................ 159. Figura 3-6. Vista en planta de la ubicación del puente ..................................... 159. Figura 3-7. Ubicación del ensayo SPT ............................................................. 160. Figura 3-8. Ensayo SPT en el centro del río Crespo Mayu .............................. 160. Figura 3-9. Ensayo SPT en el centro del río Crespo Mayu .............................. 161. Figura 3-10 Análisis de la planilla granulométrica ............................................. 162 Figura 3-11 Clasificación por el método unificado ............................................. 164 Figura 3-12 Análisis de la planilla de compactación .......................................... 164 Figura 3-13 Análisis de la planilla de penetración estándar .............................. 166 Figura 3-14 Ubicación del puente Crespo Mayu ............................................... 169 Figura 3-15 Determinación de la cuenca hidrográfica ....................................... 170 vii.

(10) Figura 3-16 Determinación de los valores CN de uso de suelos por el método SCS. ....................................................................................................... 175 Figura 3-17 Determinación de la intensidad para el tiempo de concentración .. 177 Figura 3-18 Caudales de diseño según del tiempo de retorno .......................... 179 Figura 3-19 Modelación hidráulica con un puente alcantarilla ........................... 180 Figura 3-20 Modelación hidráulica con el puente tradicional ............................. 181 Figura 3-21 Sección transversal del puente, resultado de la modelación en HECRas ................................................................................................. 182 Figura 3-22 Diseño aproximado del puente....................................................... 182 Figura 3-23 Diseño a socavaciones .................................................................. 188 Figura 3-25 Parámetros de análisis ................................................................... 189 Figura 3-26 Geometría general del proyecto ..................................................... 192. viii.

(11) ÍNDICE DE TABLAS Tabla 1-1. Objetivos específicos - Actividades .................................................. 16. Tabla 1-2. Alcance temático .............................................................................. 18. Tabla 2-1. Relaciones aproximadas, para el número N de la prueba de penetración en arenas...................................................................... 25. Tabla 2-2. Valores aproximados del ángulo de fricción interna, para ciertos tipos de suelo............................................................................................ 25. Tabla 2-3. Corrección por profundidad .............................................................. 27. Tabla 2-4. Corrección por muestreo .................................................................. 27. Tabla 2-5. Corrección por diámetro de perforación ........................................... 27. Tabla 2-6. Valores empíricos para ф, Dr γ, basados en el ensayo SPT............ 28. Tabla 2-7. Factores de carga según Terzaghi por el ángulo de fricción interna del suelo................................................................................................. 31. Tabla 2-8. Factores de forma según Terzaghi .................................................. 31. Tabla 2-9. Pesos volumétricos en kg/m3 ........................................................... 31. Tabla 2-10. Símbolo de grupos para el método USCS ....................................... 32. Tabla 2-11. Sistema de Clasificación de Suelos Unificado "U.S.C.S." ................ 33. Tabla 2-12. Periodos de retorno .......................................................................... 40. Tabla 2-13. Valores de CN para el método SCS – Escorrentía Condición II....... 41. Tabla 2-14. Coeficiente de rugosidad de Manning .............................................. 44. Tabla 2-15. Coeficiente en función de la forma de la pila (Aguirre, 1980) ........... 52. Tabla 2-16. Coeficiente K L 2 en función del ángulo de incidencia (Aguirre, 1980) ......................................................................................................... 53. ix.

(12) Tabla 2-17. La constante K para algunos materiales tiene los siguientes valores ......................................................................................................... 53. Tabla 2-18. Rango de luces de puentes.............................................................. 57. Tabla 2-19. Factores de presencia múltiple (m) .................................................. 64. Tabla 2-20. Superestructuras habituales............................................................. 68. Tabla 2-21. Factores de modificación de carga η................................................ 73. Tabla 2-22. Combinación de cargas y factores de carga .................................... 74. Tabla 2-23. Factores de carga para cargas permanentes................................... 74. Tabla 2-24. Fajas Equivalentes ........................................................................... 81. Tabla 2-25. Propiedades geométricas para vigas AASHTO ............................... 83. Tabla 2-26. Distribución de sobrecargas por carril para momento en vigas longitudinales exteriores................................................................... 83. Tabla 2-27. Distribución de la sobrecarga por carril para corte en vigas interiores ......................................................................................................... 84. Tabla 2-28. Distribución de la sobrecarga por carril para corte en vigas exteriores ......................................................................................................... 84. Tabla 2-29 Altura de suelo equivalente para carga vehicular sobre estribos perpendiculares al tráfico ................................................................. 86 Tabla 2-30. Presiones básicas del viento, para diferentes ángulos de ataque –> V=160 km/h ...................................................................................... 86. Tabla 2-31. Componentes del viento sobre la sobrecarga viva ........................... 87. Tabla 2-33. Recubrimiento en armaduras principales no protegidas (mm) ........ 96. Tabla 2-33. Esfuerzos admisibles en el concreto .............................................. 117. Tabla 2-34. Esfuerzos admisibles en el acero de preesfuerzo .......................... 118. Tabla 2-36. Propiedades de los cables y barras de pretensado ....................... 127 x.

(13) Tabla 2-37. Pérdidas dependientes del tiempo en Mpa [AASHTO 5.9.5.3-1] ... 130. Tabla 2-38. Tipo de pérdidas de preesfuerzo y etapas de ocurrencia............... 130. Tabla 2-39. Coeficientes de fricción para tendones de postesado .................... 132. Tabla 2-40. Estimación de las pérdidas totales ................................................. 138. Tabla 2-40. Aportes sociales – Nueva Ley de Pensiones ................................. 150. Tabla 2-41. Incidencia por inactividad ............................................................... 151. Tabla 2-42. Incidencia de subsidios .................................................................. 152. Tabla 2-43. Seguridad industrial e higiene ........................................................ 152. Tabla 3-1. Capacidad de carga última (Terzagui) – Lado Norte ...................... 167. Tabla 3-2. Capacidad de carga última (Terzagui) – Lado Sur ......................... 167. Tabla 3-3. Capacidad de carga última (Terzagui) – Centro del puente ........... 167. Tabla 3-4. Intensidades para distintas duraciones en la cuenca Crespo Mayu174. Tabla 3-5. Resultados de la modelación del puente alcantarilla por HEC-Ras 180. Tabla 3-6. Resultados de la modelación de puente tradicional por HEC-Ras . 181. Tabla 3-9. Cuadro de parámetros comparativos entre puente simplemente apoyado y uno tipo integral ............................................................ 190. Tabla 3-8. Cuantías de hormigón y acero de armar en puentes ..................... 191. Tabla 4-1. Disponibilidad de recursos ............................................................. 393. Tabla 4-2. Elementos constructivos ................................................................ 393. xi.

(14) 1. GENERALIDADES 1.1. INTRODUCCIÓN. Villa de San Pedro de Sacaba o simplemente Sacaba, es el municipio capital de la provincia del Chapare, y es el segundo municipio con una población considerable de 165.000 habitantes 1. El clima de este municipio es templado, similar al de Cochabamba y durante el invierno, las temperaturas van de 1ºC a 24ºC y precipitaciones escasas. Durante la época de verano, las temperaturas van a partir del 10ºC a 19ºC con precipitaciones más constantes. Sacaba presenta un periodo lluvioso en los meses de Octubre a Marzo, produciéndose las precipitaciones más intensas de Diciembre a Febrero, con una precipitación media anual de 653.1 [mm]. Presenta varias vías de comunicación importantes, y es parte de la Red Vial Fundamental por la Ruta F4, que conecta las ciudades de La Paz, Oruro y Cochabamba con Santa Cruz, así como otros ramales considerables, como la ruta entre Sacaba por el Cantón de Lava Lava hacia el Sur hasta la Ruta F7 que llega hacia La Angostura, Tolata, Cliza, Punata y Tiraque hasta la parte Sud Este de nuestro territorio. El cantón de Lava Lava perteneciente es este municipio, se encuentra a 16 kilómetros de Cochabamba y a 2.5 kilómetros de Sacaba en dirección Sud Este. Tiene como población representativa a las comunidades de Tuska Pujllo Alto, Canal Pata Central, Mullucota, Kerani, Pacana, Curi Huma y Jatun Orkha.. 1. Población total proyectada, por año calendario según área y departamento – Datos INE (2013).. 12 - 209.

(15) La población de las comunidades, así como los distritos circundantes tienen como base la economía de producción agrícola, con una producción tradicional de subsistencia y se esfuerzan por lograr incorporarse al impulso de producción comercial y beneficiarse de los réditos económicos que genera la misma. Por todo lo anteriormente expuesto, definimos que el presente trabajo tiene por objeto de estudio la ruta del Municipio de Sacaba al cantón de Lava Lava. ç. Figura 1-1 Ubicación geográfica del Puente Crespo Mayu. Fuente: Concejo departamental de competitividad de Cochabamba, Google Eart y Google Maps - 2013. 13 - 399.

(16) 1.2. ANTECEDENTES. Son antecedentes del presente trabajo: •. Levantamiento topográfico del Instituto Geográfico Militar, actualizado hasta el 2012 (Adjunto en archivo digital en CD-Tesis). •. Estudio de geotécnico para fundaciones del Puente Crespo Mayu, proporcionado por la Unidad de Pre-inversión del Gobierno Autónomo del Departamento de Cochabamba (Anexo II). •. Datos hidrológicos proporcionados por el Servicio Nacional de Meteorología e Hidrología SENAMHI (Anexo III). •. Estudio hidrológico del Rio Rocha realizado por el Servicio Departamental de Cuencas y el Ministerio de Medio Ambiente para el manejo integrado de la cuenca del Rio Rocha – 2012. 1.3. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA. 1.3.1 Identificación del Problema El Rio Crespo Mayu paralelo al Rio Jatun Mayu presenta incremento de su caudal en épocas de lluvia, aproximadamente de 88.31 [m3/s] en un evento extremo, con un NAME. de 1.69 [m], dificultando el tránsito peatonal y vehicular de acuerdo a las características hidrológicas de la zona. Las características topográficas entre la ruta Sacaba-Lava Lava y el Rio Crespo Mayu, presenta un nivel de rasante a 2718 m.s.n.m. y una depresión variable hasta el lecho del rio de 2712.33 m.s.n.m. (5.37 [m] aproximadamente). Existe un obstáculo horizontal a nivel de rasante de la vía de 97 [m], por el considerable ancho del rio, a causa del régimen hidrológico ocasionando un corte meándrico en crecidas extraordinarias sin data histórico, pero observable y apreciable a simple vista.. 14 - 399.

(17) El cantón de Lava Lava, plantea la necesidad de un acceso entre sus comunidades agropecuarias a los centros de comercialización más cercana, que los conectaría con la ciudad de Cochabamba y el Departamento de Santa Cruz. La ausencia de una ruta segura y continua sobre el Rio Crespo Mayu, retarda los tiempos de tránsito, sean estos normales o con fines comerciales y/o urgentes por necesidades médicas por falta de centros de salud en estas comunidades. Incluso con problemas en el mismo municipio de Sacaba por carencias en sus hospitales de segundo nivel. 1.3.2 Formulación del Problema Por lo expuesto anteriormente, “Las comunidades del Cantón Lava Lava requiere la conexión vial sobre el rio Crespo-Mayu para permitir el tránsito seguro y cómodo, a fin de contribuir a su desarrollo económico y social” 1.4. OBJETIVOS. 1.4.1 Objetivo General Realizar el proyecto del puente Crespo-Mayu con el propósito de lograr la vinculación caminera a lo largo del tramo que contempla el Municipio de Sacaba con las comunidades del Cantón de Lava Lava. 1.4.2 Objetivos Específicos y actividades del proyecto •. Recopilar la información de campo. •. Establecer las alternativas del tipo de puente. •. Diseñar la geometría del puente. •. Diseñar y calcular la estructura del puente. •. Elaborar la documentación del proyecto. 15 - 399.

(18) Tabla 1-1 Objetivos específicos - Actividades OBJETIVOS. ACTIVIDADES. ESPECÍFICOS. Realizar el levantamiento topográfico •. Levantamiento topográfico del área de proyecto. •. Presentación de los resultados. Realizar el estudio geotécnico. Recopilar la información de campo. •. Ubicación de los ensayos geotécnicos. •. Descripción del estudio geotécnicos proporcionados. •. Descripción del estudio geotécnico actual. •. Valoración de los resultados y análisis. •. Conclusiones de los estudios realizados. •. Análisis de la información geotécnica proporcionada. Realizar el estudio hidrológico e hidráulico •. Descripción del área de estudio. •. Determinación de la cuenca Crespo Mayu. •. Obtención de registros pluviométricos. •. Recopilación de información geográfica y topográfica. •. Estudio hidrológico. •. Modelación hidráulica. •. Cálculo de las socavaciones. Estudio de tráfico. Establecer las alternativas del puente. Diseñar la geometría del puente. Diseñar y cálculo estructural del puente. •. Determinar el TPDA (Tráfico promedio diario anual). •. Análisis de los parámetros técnicos. •. Análisis de los parámetros económicos. •. Análisis de los parámetros constructivos. •. Diseñar el cuadro comparativo. •. Presentación del resultado. •. Diseño de la geometría general. •. Diseño de la geometría en detalle. •. Consideraciones generales. •. Diseño de la superestructura. •. Diseño de la infraestructura. 16 - 399.

(19) Elaborar la documentación complementaria del proyecto. •. Elaborar el pliego de especificaciones técnicas. •. Elaborar los cómputos métricos. •. Análisis de los precios unitarios. •. Diseñar el cronograma de actividades. Fuente: Elaboración propia. 1.5. JUSTIFICACIÓN. 1.5.1 Justificación Técnica El presente trabajo se justifica técnicamente por pertenecer al campo de estructuras de ingeniería civil y el estudio de alternativas para una solución. 1.5.2 Justificación Económica Permitirá la vinculación sin desvíos o retrasos, la posibilidad de acceso a otros bienes, reducir los tiempos del servicio de transporte, desarrollo del comercio de acuerdo a sus capacidades agrícolas y pecuarias, reducir sus precios y hacerlos más competitivos, mejorando sus actuales índices de producción y por ende la calidad de vida. 1.6. ALCANCE. El presente proyecto del Puente Crespo Mayu será a diseño preliminar, previo estudio de campo, elección de alternativas, diseño geométrico, cálculo estructural y el desarrollo de la información complementaria, que será respaldado técnicamente, de manera de permitir la ejecución de las obras utilizando técnicas o metodologías que garanticen la implementación del proyecto en el plazo proyectado, cumpliendo los estándares de ingeniería, donde todo cálculo, aseveración, proyección o dato será justificado conceptual y analíticamente. Se realizará: • Los estudios geotécnicos correspondientes identificando sus características propias de los suelos de fundación 17 - 399.

(20) • El estudio de las condiciones hidrológicas e hidráulicas, para evaluar el caudal máximo de diseño en base a la información disponible; determinar la influencia de las socavaciones y definir los niveles de cimentación seguros. • El estudio de alternativas, en base a parámetros técnicos, económicos y constructivos. • Diseño de la geometría general y en detalle del puente. • El cálculo estructural de la superestructura e infraestructura, para un puente simplemente apoyado, con vigas postensadas tipo AASHTO, de acuerdo a las especificaciones de la American Association of State Highway and Trasnportatión Officials (AASHTO LRFD 2004), cumpliendo con las exigencias de durabilidad y servicio requeridas de acuerdo a sus funciones e importancia. • Presentación del pliego de especificaciones técnicas • Presentación del cronograma de ejecución en un diagrama de barras Gantt, apreciando las rutas críticas y el tiempo requerido para la ejecución de cada una de las actividades del proyecto y los procesos de construcción. • Resumen de la información financiera, balance general, análisis de los precios unitarios con el detalle de desglose cumpliendo con las leyes sociales y tributarias vigentes. 1.6.1 Alcance temático Para la realización del proyecto de diseño del puente Crespo-Mayu en el Municipio de Sacaba, los temas que se van a emplear de la Ingeniería Civil son los siguientes: Tabla 1-2 Alcance temático Geotecnia y mecánica de suelos. • Propiedades y características de los suelos • Resistencias y deformaciones de suelos • Capacidad de soporte. Topografía. • Georeferenciación • Levantamiento topográfico.. 18 - 399.

(21) • Características físicas de la cuenca. Hidrología e hidráulica. • Evolución meteorológica • Precipitación • Infiltración • Escorrentía • Socavaciones en el cauce del rio • Obras hidráulicas en canales. Obras hidráulicas. • Obras de protección • Cálculo de secciones a flexión. Hormigón armado. • Verificación de secciones a esfuerzo cortante • Torsión • Fundaciones • Cálculo y diseño de los elementos estructurales de HºAº y HºPº • Normalización de plano. Dibujo técnico. • Proyecciones ortogonales – cotas y notas • Vistas auxiliares • Vistas de sección o en corte • Simbología en planos • Diseño de planos de cortes (transversal y longitudinal) • Diseño de planos con detalles constructivos Formulación. y. evaluación. de. • Cronograma de actividades.. proyectos Puentes. • Puentes de hormigón armado • Esquemas estáticos y cálculo de esfuerzos • Diseño y cálculo de puentes. Maquinaria y equipos. • Selección del equipo • Desarrollo del pliego de especificaciones técnicas Fuente: Elaboración propia. 19 - 399.

(22) 1.7. PROGRAMA DE ACTIVIDADES DISEÑO PUENTE CRESPO MAYU RECOPILACION DE LA INFORMACION DE CAMPO Estudios geotécnicos. Estudios topográficos. Validación informacion. • Planos topográficos • Vista de planta • Vista de perfil longitudinal. ELECCIÓN DE LA ALTERNATIVA DE PUENTE. ELABORAR LA DOCUMENTACION COMPLEMENTARIA. • • • • • •. Volúmenes de excavación De los estribos De los pilotes Acero Hormigón Juntas, etc. • Por Items • En Bs.. • General • Dimensiones superestructura • Dimensiones subestructura • Vigas • Aceros • Estribos • Pilas • Pilotes • Estribos • Perfil longitudinal • Obras de protección. Cómputos métricos. Análisis de precios unitarios. DISEÑO DE LA GEOMETRIA DEL PUENTE. Diseño de la sección transversal. Estudios hidrológicos e hidráulica Determinar de la información hidrológica. • Datos hidrológicos SENAMHI • AASANA. Determinar: • Características físicas de la cuenca • Relaciones hidrológicas • Periodo de retorno • Tormenta de diseño • Tiempo de concentración • Escorrentía total • Precipitación de diseño. • Análisis previo de posibilidades • Selección del tipo de puente • Parámetros técnicos • Parámetros económicos • Estudios previos • Disponibilidad de materiales • Condiciones de construcción. • • • • • • • •. • • • • • • • • • • •. Factores de seguridad. Economía Aspectos constructivos Geometría del puente Superficie de emplazamiento Funcionalidad Estética del puente Mantenimiento Factibilidad de construcción Luz del puente Luz de cálculo. Ancho de la calzada Número y separación de vigas Número de carriles Espesor de la losa Altura de la super estructura Espesor de la losa en voladizo Espesor de la capa de rodadura Estructura superior. • • • •. Presupuesto del proyecto DISEÑO Y CALCULO DE LA ESTRUCTURA DEL PUENTE. Determinación de cargas y combinaciones de cargas. DOCUMENTACIÓN DEL PROYECTO Diseño de la estructura superior. Diseño y cálculo del puente. Diseño y cálculo de los estribos. Diseño y cálculo de las pilas y pilotes PROYECTO FINAL. 20 - 399. • • • •. Factores y combinación de cargas Cargas permanentes Empuje de suelos Cargas transitorias (Viva, presencia múltiple, de impacto, de fatiga, de frenado. Peatonales Viento Sobrecarga viva estribos Barandados. • • • •. Cálculo pasamanos Postes de barandado Cálculo acera Cálculo del bordillo. • Análisis transversal y longitudinal • Diseño y cálculo de la sección transversal • Diseño y cálculo de la sección longitudinal • Diseño y cálculo de las pilas • Diseño y cálculo de los pilotes. • Determinación del método • Determinación del sistema constructivo • Determinación del procedimiento.

(23) 2. MARCO TEORICO 2.1. CONCEPTOS GENERALES. 2.1.1 Estudios básicos de ingeniería para puentes Es el conjunto de estudios para obtener los datos necesarios para la elaboración de los antecedentes, los documentos necesarios dependiendo de la magnitud y complejidad de la obra, entre las cuales se pueden considerar: (Ingeniería y gestión, 2010) •. Estudios topográficos. •. Estudios hidrológicos e hidráulicos. •. Estudios geotécnicos. •. Estudios de tráfico. •. Estudios complementarios. 2.1.2 Obras de arte especiales Es el conjunto de obras tales como: puentes, viaductos, pasarelas, túneles, muros de gran tamaño y otras obras de gran magnitud, tal que, por sus proporciones y características, requieren proyectos específicos desarrollados por ingenieros calificados, construidos bajo la responsabilidad de profesionales de experiencia y con la supervisión constante y adecuada en todas las fases de la construcción 2.1.3 Especificaciones generales Aquellas instrucciones que definen las características de los materiales y los equipos a emplear, determinan los procedimientos constructivos, los métodos de control de calidad y los criterios para la aceptación o el rechazo de los materiales o de la construcción, fijan la modalidad de elaboración de la valorización y el cronograma de pagos. Son válidas para las obras o para un grupo de obras del organismo de contrate.. 21 - 399.

(24) 2.1.4 Especificaciones particulares Aquellas instrucciones que modifican las especificaciones generales, debido a las condiciones especiales de un proyecto determinado, deben ser justificadas por el autor del proyecto y aprobadas por el organismo contratante y son válidas solamente para el proyecto específico. 2.1.5 Especificaciones complementarias Son instrucciones referidas a obras particulares, establecen procedimientos y especificaciones sobre métodos de ensayo no previstos en las normas nacionales vigentes ni en las instrucciones generales. 2.2. ELABORACION DE PROYECTOS PARA PUENTES. Antes de proceder con el diseño del proyecto de un puente, es indispensable realizar los estudios básicos que permitan tomar conocimiento pleno de la zona, que redunde en la generación de información básica necesaria y suficiente que concluya en el planteamiento de soluciones satisfactorias plasmadas primero en anteproyectos y luego en proyectos definitivos reales, y ejecutables. El proyectista deberá informarse adecuadamente de las dificultades y bondades que le caracterizan a la zona antes de definir el emplazamiento del puente. Emplazamiento que deberá ser fruto de un estudio comparativo de varias alternativas, y que sea la mejor respuesta dentro las limitaciones (generación de información) y variaciones de comportamiento de los cambios naturales y provocados de la naturaleza. •. Datos de las condiciones naturales del lugar donde se requiere construir el puente (Hidrología, topografía, geotécnica, hidráulica y sísmica). •. Datos de las condiciones funcionales (Datos geométricos, datos de carga viva y otros). •. Datos socio económicos. 22 - 399.

(25) •. Geometría (Perfiles longitudinales, transversales, socavaciones. defensivos, protecciones, etc.). 2.3. ESTUDIO TOPOGRÁFICO. El estudio topográfico es un conjunto de procedimientos para determinar la posición de un punto sobre la superficie terrestre, por medio de mediciones según los tres elementos del espacio: dos distancias y una elevación o una distancia, una elevación y una dirección. 2.3.1 Levantamiento topográfico “Se entiende por levantamiento topográfico al conjunto de actividades que se realizan en el campo con el objeto de capturar la información necesaria que permita determinar las coordenadas rectangulares de los puntos del terreno, ya sea directamente o mediante un proceso” 2. 2.4. ESTUDIO GEOTÉCNICO.. El estudio geotécnico debe establecer las características geotécnicas, como la estratigrafía, identificación de las propiedades físicas y mecánicas de los suelos para el diseño de cimentaciones estables. (Ingeniería y gestión, 2010) 2.4.1 Perfil estratigráfico Es el que se realiza a partir de datos de perforaciones, o bien de cortes naturales o artificiales del terreno que muestran las rocas que conforman la columna estratigráfica. 2.4.2 Presión lateral del suelo La presión lateral del suelo es la presión que ejerce la tierra horizontalmente.. 2. PANCHAS L, Raquel. Levantamiento topográfico; Uso del GPS y Estación Total. Trujillo, Venezuela,. 2009. 23 - 399.

(26) 2.4.3 Capacidad de carga La capacidad de carga es la capacidad de la tierra en torno a una estructura para soportar las cargas aplicadas. “Para grandes proyectos de construcción, los valores presupuestos de los reglamentos deben usarse únicamente como guías” 3 2.4.4 Ensayos exploratorios “in situ” Son necesarios para obtener los parámetros de resistencia y deformación de los suelos o rocas de fundación así como el perfil estratigráfico en función a la longitud del puente, número de estribos, pilares y longitud de accesos. Enmarcan las pruebas de penetración y los métodos geofísicos. • Ensayos de penetración estándar (SPT) • Ensayos de cono estático (CPT) • Ensayo de refracción sísmica Para el presente proyecto solamente se considerara el ensayo SPT. 2.4.5 Ensayos de laboratorio • Contenido de humedad • Granulometría • Límites de consistencia de Atterberg • Clasificación del suelo 2.4.6 Ensayo de penetración estándar (SPT) ASTM D-1568-98 El ensayo S.P.T. corresponde con las siglas en inglés (Standard Penetration Test) o (Ensayo de penetración estándar), y es el ensayo más extendido de los que se. 3. BRAJA M. Das, Principios de ingenierías de cimentaciones, Pp. 267 24 - 399.

(27) realiza en el interior de un sondeo geotécnico en suelos o roca. (Administradora Boliviana de Caminos, 2010) Este ensayo consiste en medir el número de golpes necesario para que se introduzca una determinada profundidad una cuchara (cilíndrica y hueca) muy robusta (diámetro exterior de 51 milímetros e interior de 35 milímetros, lo que supone una relación de áreas superior a 100), que permite tomar una muestra, naturalmente alterada, en su interior. El peso de la masa está normalizado, así como la altura de caída libre, siendo de 63.5 kg y 76 centímetros respectivamente. 2.4.6.1 Relaciones aproximadas. a) Para el número N de la prueba de penetración en arenas. Tabla 2-1 Relaciones aproximadas, para el número N de la prueba de penetración en arenas. Fuente: Carlos Crespo – Mecánica de suelos y cimentaciones. Cuando no se cuenta con pruebas de laboratorio que sirvan, para determinar la cohesión y el ángulo de fricción interna de los suelos, se podría emplear los valores siguientes (aproximados): b) Valores aproximados del ángulo de fricción interna, para ciertos tipos de suelo. Tabla 2-2 Valores aproximados del ángulo de fricción interna, para ciertos tipos de suelo. 25 - 399.

(28) Fuente: Carlos Crespo – Mecánica de suelos y cimentaciones. c) Proceso de cálculo del Ensayo de Penetración Estándar (SPT). 1). Numero de campo. Es el resultado del ensayo realizado en cada estrato de suelo, normalmente realizado a cada metro, donde los resultado de golpes en tres niveles, cada uno de 15 [cm], solo se suma los dos últimos. 2). Corrección de N70. El valor de N (Número de campo) que se obtuvo, puede ser corregido a N70 mediante la siguiente ecuación. N’70 = CN NF η1 η2 η3 η4. Ecuación 2-1. Donde: • N’70 = Valor de SPT corregido • CN. = Ajuste por presión de sobrecarga [Ecuación 2-2]. • η1. = Eficiencia del martillo [Ecuación 2-3]. • η2. = Corrección por profundidad [Tabla 2-3]. • η3. = Corrección por muestreo [Tabla 2-4]. • η4. = Corrección por diámetro de perforación [Tabla 2-5]. • NF. = Valor de SPT obtenido en campo Ecuación 2-2. 𝑝𝑝′. 𝐶𝐶𝑁𝑁 = �𝑝𝑝2′ 1. Donde:. 26 - 399.

(29) • p’1. = Esfuerzo vertical efectivo estándar = 95.76 [kPa]. • p’2. = Esfuerzo vertical efectivo en el lugar de ensayo ”estrato del suelo*0.3* metro” 𝐸𝐸. η1 = 70𝑟𝑟 • Er. Ecuación 2-3. = Energía del martillo (depende del tipo de martillo y su sistema de golpe) Tabla 2-3 Corrección por profundidad. Fuente: Libro Mecánica de Suelos – Mauricio Salinas – UMSS – 1998. Tabla 2-4 Corrección por muestreo. Fuente: Libro Mecánica de Suelos – Mauricio Salinas – UMSS - 1998. Tabla 2-5 Corrección por diámetro de perforación. Fuente: Libro Mecánica de Suelos – Mauricio Salinas – UMSS - 1998. Para convertir el número de golpes a otro con diferente energía se tiene la siguiente ecuación: 𝑁𝑁𝐸𝐸′ = Donde:. 70 ′ 𝑁𝑁70 𝐸𝐸. Ecuación 2-4. 27 - 399.

(30) • E 3). = Energía del ensayo de penetración estándar Valores empíricos para ф, Dr γ, basados en el ensayo SPT. En la [Tabla 2-6 Valores empíricos para ф, Dr γ, basados en el ensayo SPT] se presenta valores empíricos para ф, Dr y peso unitario de suelos granulares basados en el SPT, hasta una profundidad de 6 metros y suelos normalmente consolidados. Tabla 2-6 Valores empíricos para ф, Dr γ, basados en el ensayo SPT. Fuente: Libro Mecánica de Suelos – Mauricio Salinas – UMSS - 1998. 4). Resistencia al corte no drenado Cu cu = 29 NF0,72. Ecuación 2-5. (kPa). Donde: • NF 5). =. Número de penetración estándar en campo. Densidad relativa Dr. Marcuson y Bieganousky, proporcionaron la relación empírica para obtener la densidad relativa: (Bowles, 1997) Dr (%) =11,7 + 0,76 (222 NF + 1600 – 53 𝜎𝜎𝑃𝑃′ − 50𝑐𝑐𝑢𝑢2 )0,5. Donde:. • Dr = Densidad relativa • NF = Número de penetración estándar en el campo 28 - 399. Ecuación 2-6.

(31) • 𝜎𝜎𝑃𝑃′ = Esfuerzo efectivo vertical. 6). Ángulo de fricción. Peck, Hanson y Thornburn, proporcionan la siguiente correlación: (Coduto, 2001) ф = 27,1 + 0,3 N’ – 0,00054 N’2. Ecuación 2-7. Donde: • ф = Angulo de fricción pico del suelo • N’ = Número de penetración estándar corregido Schmertmann, da la siguiente correlación:. ф=. tan-1. �. 𝑁𝑁𝐹𝐹. 𝑡𝑡. �. 𝜎𝜎 12,2+20,3 � 𝑣𝑣 � 𝑝𝑝𝑎𝑎. 0,34. Ecuación 2-8. Donde: • NF = Número de penetración estándar en el campo • 𝜎𝜎𝑣𝑣𝑡𝑡 = Esfuerzo efectivo vertical. • pa = Presión atmosférica en iguales unidades que 𝜎𝜎𝑣𝑣𝑡𝑡. Recientemente Hatanaka y Ucida dan la siguiente ecuación para hallar el ángulo de fricción: ф = √20 𝑁𝑁′ + 20. Ecuación 2-9. • Nt = Número de penetración estándar corregido 2.4.6.2 Capacidad de carga (Teoría de Terzagui) Terzaghi considera la resistencia al esfuerzo cortante solamente abajo del nivel de desplante de la cimentación, despreciando la resistencia por encima de dicho nivel.. 29 - 399.

(32) Supone que el terreno sobre la base del cimiento solo produce un efecto que puede representarse mediante una sobrecarga q = γ Df actuante precisamente en un plano horizontal que pasa por la base del cimiento. La ecuación general de Terzaghi es: qult= C*NC*SC + γ1 *Df*Nq+0.5*γ2*B*Nγ*Sγ. Ecuación 2-10. Para suelos cohesivo, se tiene como condición crítica el ángulo de fricción igual a cero, (ϕ=0), y para suelos con presencia predominante de grava y arena, se toma la cohesión (c=0). Para el cálculo de la capacidad admisible de apoyo, es necesario conocer la geometría de la fundación, la cohesión del suelo, el peso específico natural del suelo y la profundidad de fundación. Al mismo esta ecuación puede extenderse para fundaciones rectangulares como: qult= (1+0.2*B/L)*c`*N´C*SC + γ1 *Df*N`q+(1-0.2*B/L)*0.5*γ2*B*N`γ*Sγ Ecuación 2-11. Donde: • Df = Nivel de desplante [m] • γ1 = Peso volumétrico del suelo arriba del nivel de desplante [Tn/m3] • γ2 = Peso volumétrico del suelo abajo del nivel de desplante [Tn/m3] • Φ. = Ángulo de fricción interna del suelo. • C. = Cohesión del suelo [Tn/m2]. • NC = Muestra la influencia de la cohesión • Nq = Muestra de influencia de la sobrecarga • B. = Ancho del cimiento [m]. • L. = Longitud del cimiento [m]. • Nγ = Factor de carga • Sγ = Factor de forma •. 30 - 399.

(33) Tabla 2-7 Factores de carga según Terzaghi por el ángulo de fricción interna del suelo. Fuente: Libro Mecánica de Suelos – Mauricio Salinas – UMSS - 1998. Tabla 2-8 Factores de forma según Terzaghi. Fuente: Libro Mecánica de Suelos – Mauricio Salinas – UMSS - 1998. Tabla 2-9 Pesos volumétricos en kg/m3. Fuente: Manual de Constructor de CEMEX Concretos - 2008. 2.4.7 Ensayo de porcentaje de humedad natural AASHTO T-256 Para determinar contenido de agua y la cantidad de aire, que representa una de las características más importantes para explicar el comportamiento del suelo (especialmente en aquellos de textura más fina), como por ejemplo cambios de volumen, cohesión, estabilidad mecánica. 2.4.8 Granulometría de suelos (método por tamizado) ASTM-D-422 Este método permite, mediante el tamizado, determinar la distribución por tamaños de las partículas mayores que 0.075 mm, de una muestra de suelo. (Administradora Boliviana de Caminos, 2010) 31 - 399.

(34) 2.4.9 Ensayo de límites de consistencia (Límites Atterberg) Los límites se basan en el concepto de que en un suelo de grano fino solo pueden existir cuatro estados de consistencia según su humedad. Así, un suelo se encuentra en estado sólido, cuando está seco. Al agregársele agua poco a poco va pasando sucesivamente a los estados de semisólido, plástico, y finalmente líquido. Los contenidos de humedad en los puntos de transición de un estado al otro son los denominados límites de Atterberg. 2.4.10 Clasificación del suelo Debido a contar con un estudio geotécnico a analizar, realizaremos la clasificación por el método AASHTO y por el método USCS (Sistema Unificado de Clasificación de Suelos) 2.4.10.1 Método USCS (Unificado) El Sistema Unificado de Clasificación de Suelos (Unified Soil Classification System (USCS)) es un sistema de clasificación de suelos usado en ingeniería y geología para describir la textura y el tamaño de las partículas de un suelo. Se representa mediante un símbolo con dos letras. Cada letra es descrita debajo (con la excepción de Pt). Para clasificar el suelo hay que realizar previamente una granulometría del suelo mediante tamizado.. Tabla 2-10 Símbolo de grupos para el método USCS. Fuente: Manual de carreteras – España- 1990. 32 - 399.

(35) Tabla 2-11 Sistema de Clasificación de Suelos Unificado "U.S.C.S." DIVISIONES PRINCIPALES Gravas lím pias (sin o con pocos finos). SUELOS DE GRANO GRUESO Más de la mitad del material retenido en el tamiz número 200. GRAVAS Más de la mitad de la fracción gruesa es Gravas retenida por el tamiz número 4 con finos (apreciable (4,76 mm) cantidad de finos). Arenas lím pias (pocos o sin finos). ARENAS Más de la mitad de la fracción gruesa pasa por el tamiz Arenas número 4 (4,76 con finos mm) (apreciable cantidad de finos). Símbolos del NOMBRES TÍPICOS grupo. IDENTIFICACIÓN DE LABORATORIO. GW. Gravas, bien graduadas, mezclas grava-arena, pocos finos o sin finos.. Cc=(D30)2/D10xD60 entre 1 y 3. GP. Gravas mal graduadas, mezclas grava-arena, pocos finos o sin finos.. No cumplen con especificaciones granulometría para GW.. GM. Gravas limosas, mezclas grava-arena-limo.. GC. Gravas mezclas arcilla.. SW. Arenas bien graduadas, arenas con grava, pocos finos o sin finos.. SP. Arenas mal graduadas, arenas con grava, pocos finos o sin finos.. SM. Arenas limosas, mezclas de arena y limo.. SC. Arenas arcillosas, mezclas arena-arcilla.. arcillosas, grava-arena-. Cu=D60/D10>4. Determinar porcentaje de grava y arena en la curva granulométrica. Según el porcentaje de finos (fracción inferior al tamiz número 200). Los suelos de grano grueso se clasifican como sigue: <5%>GW,GP,SW,SP. >12%>GM,GC,SM,SC. 5 al 12%->casos límite que requieren usar doble símbolo.. las de. Límites de Atterberg debajo de la línea A o IP<4.. Encima de línea A con IP entre 4 y 7 son casos límite Límites de Atterberg sobre la que requieren línea A con IP>7. doble símbolo.. Cu=D 60/D10>6 Cc=(D30)2/D10xD60 entre 1 y 3 Cuando no se cumplen simultáneamente las condiciones para SW. Los límites situados en la zona rayada con IP entre 4 y Límites de 7 son casos Atterberg sobre la intermedios línea A con IP>7. que precisan Límites de Atterberg debajo de la línea A o IP<4.. Fuente: Fundamentos de ingeniería geotécnica – Braja M. Das – 2001. 1). Grupos GP y GM. (De acuerdo al estudio proporcionado). Material prácticamente limpio de finos, mal graduado. Símbolo P (poorly graded). Son de apariencia uniforme o presentan predominio de un tamaño o de un margen de tamaños, faltando algunos intermedios; deben satisfacer los requisitos señalados, en lo referente al contenido de partículas finas (máximo 5%), pero no cumplen los requisitos de graduación indicados para su consideración como bien graduados. Dentro de esos grupos están comprendidas las gravas uniformes, tales como las que se depositan en los lechos de los ríos, las arenas uniformes, de meandros y playas y las mezclas de gravas y arenas finas, provenientes de estratos diferentes obtenidas durante un proceso de excavación.. 33 - 399.

(36) 2.4.11 Análisis de la información geotécnica Para analizar el estudio geotécnico, se debe corroborar y comprobar los resultados presentados, para lo cual debemos considerar desde los lugares de perforación, toma de muestras, los ensayos de penetración dinámica, las características del equipo SPT., los registros y los ensayos de laboratorios realizados. Asimismo la comprobación de la determinación de la capacidad de carga admisible, para fundaciones profundas y/o superficiales. 2.5. ESTUDIO HIDROLÓGICO E HIDRÁULICO. “La hidrología es uno de los aspectos indispensables para el estudio de diseño de un puente vehicular, y con el fin de determinar el máximo valor del caudal instantáneo con un periodo de retorno 4”. Que posteriormente permitirá determinar en N.A.M.E. (Nivel de aguas máximas extraordinarias) para dicho periodo, para que la estructura no sea afectada por una creciente con un determinado periodo de retorno, para lo cual se planea la realización de un estudio hidrológico y una evaluación hidráulica del Rio Crespo Mayu en la intersección de su cauce con el camino Sacaba-Lava Lava. También debemos considerar que en “la determinación de esos eventos, los resultados. son. normalmente. estimaciones,. que. en. muchos. casos. aproximaciones limitadas 5”. Este estudio debe permitir establecer: • • • •. La ubicación óptima del cruce. Caudal máximo de diseño hasta la ubicación del cruce Comportamiento hidráulico del rio en el tramo que comprende el cruce Área de flujo a ser confinada por el puente. 4. Manual de diseño de puentes, MACRO EIRL., Perú, 2010, pp 28. 5. VILLON, Máximo. Texto Hidrología, Instituto Técnico de Costa Rica, 2005. Pp. 19. 34 - 399. son.

(37) • • • •. Nivel máximo del agua extraordinaria (NAME) en la ubicación del puente Nivel mínimo recomendable para el tablero del puente Profundidades de socavación general, por contracción y local. Profundidad mínima recomendable para la ubicación de la cimentación, según el tipo de cimentación. • Obras de protección necesarias. 2.5.1 Consideraciones para el diseño Para puentes ubicados en el cruce de un curso de agua deben ser diseñados de modo que las alteraciones u obstáculos que estos representan sean previstos y pueden ser admitidos en el desempeño de la estructura a lo largo de su vida útil o se tomen medidas preventivas. Debiendo considerarse los fenómenos de socavación, así como la posibilidad de ocurrencia de derrumbes, deslizamientos e inundaciones. (Ingeniería y gestión, 2010) 2.5.2 Precipitaciones máximas diarias “La precipitación incluye la lluvia, la nieve y otros procesos mediante los cuales el agua cae a la superficie terrestre, tales como granizo y nevisca 6” Estas precipitaciones diarias son obtenidas a partir de registros en estaciones pluviográficas, mediante un procesamiento estadístico que proporciona una idea de las intensidades para diferentes duraciones.. 6. CHOW, Ven Te, MAIDMENT David R., MAYS Larry W, Hidrología aplicada, 1994, Pp. 165. 35 - 399.

(38) 2.5.3 Determinación de la cuenca de drenaje 2.5.3.1 Cuenca “Es una zona de la superficie terrestre en donde las gotas de lluvia que caen sobre ella tienden a ser drenadas por el sistema de corrientes hacia un mismo punto de salida 7” 2.5.3.2 Cuenca hidrográfica “Espacio. geográfico. cuyos. aportes. hídricos. naturales. son. alimentados. exclusivamente por las precipitaciones y cuyos excedentes en agua o en materias sólidas transportadas por el agua forman, en un punto espacial único, una desembocadura 8”. 2.5.3.3 Determinación manual de cuencas Para la determinación de las unidades hidrográficas, se considera las siguientes reglas: • Primera: Se identifica la red de drenaje o corrientes superficiales, y se realiza un esbozo muy general de la delimitación. • Segunda: Invariablemente, la divisoria corta perpendicularmente a las curvas de. nivel y pasa estrictamente, por los puntos de mayor nivel topográfico. • Tercera: Cuando la divisoria va aumentando su altitud, corta a las curvas de nivel por su parte convexa. • Cuarta: Cuando la altitud de la divisoria va decreciendo, corta a las curvas de nivel por la parte cóncava.. 7. APARICIO M. Francisco, Fundamentos de hidrología de superficie, México, 1992, pp. 19. 8. Texto de hidrología, UMSS, 2009, pp. 46. 36 - 399.

(39) • Quinta: Como comprobación, la divisoria nunca corta una quebrada o rio, sea que. éste haya sido graficado o no en el mapa, excepto en el punto de interés de la cuenca (salida). 2.5.3.4 Características físicas de la cuenca. Mediante esta descripción se busca mostrar de forma global la situación general de la cuenca, asimismo estas deben considerar las características fisiográficas e hidrológicas de la cuenca. a) Pendiente media del rio Utilizando la siguiente fórmula: 𝑆𝑆 = Dónde:. 𝐻𝐻𝐻𝐻𝐻𝐻𝐻𝐻 − 𝐻𝐻𝐻𝐻𝐻𝐻𝐻𝐻 ∗ 100 𝐿𝐿. Ecuación 2-12. • S. : Pendiente media del rio (m/m). • L. : longitud total del río (m/m). • Hmáx : Altura máxima (m) • Hmín : Altura mínima (m) 2.5.4 Tiempo de concentración: Es el tiempo transcurrido desde que una gota de agua cae, en el punto más alejado de la cuenca hasta que llega a la salida de esta. Existe en la literatura muchos métodos para estimar este tiempo de concentración, uno de los más utilizados es la ecuación de Kirpich: 0.385. Dónde: • Tc. 𝐿𝐿3 𝑇𝑇𝑇𝑇 = 0.9545 � � 𝐻𝐻. : Tiempo de concentración (horas) 37 - 399. Ecuación 2-13.

(40) • L. : Progresiva (km). • H. : Diferencia de cotas (m). 2.5.4.1 Determinación de la relación precipitación duración frecuencia (PDF) de la estación. Partiendo de los datos de precipitación máximas diarias anuales en 24 h, se obtendrán las relaciones intensidad, precipitación, duración y frecuencia; las mismas que se pueden ajustar mediante Gumbel por ser reconocidas en el comportamiento con datos de lluvia extremas. a) Distribución de valores extremos de Gumbel “La distribución de Valores Tipo I conocida como Distribución Gumbel, tiene como función de distribución de probabilidades mediante un análisis de registro de intensidades, mediante las siguientes relaciones 9”: ∝=. √6 ∗ 𝑠𝑠 𝜋𝜋. Ecuación 2-14. 𝑢𝑢 = 𝑥𝑥 − 0.5772 ∗∝. Ecuación 2-15. Ecuación 2-17. Donde:. 𝑇𝑇 𝑦𝑦𝑇𝑇 = −𝑙𝑙𝑙𝑙 �𝑙𝑙𝑙𝑙 � �� 𝑇𝑇 − 1. • Α. :. Parámetro de escala. • xT. :. Es la intensidad (mm/hr) para un determinado periodo de retorno.. • x. :. Es una posición estadística conocida como la moda. 𝑥𝑥𝑇𝑇 = 𝑢𝑢+∝∗ 𝑦𝑦𝑇𝑇. Ecuación 2-16. 9. Manual de hidrología, hidráulica y drenaje, Ministerio de Transporte y Comunicaciones - Perú, 2008, pp. 29. 38 - 399.

(41) • xs :. Promedio de los registros de intensidad. • s. :. Es la desviación standard de los registros de intensidad. • T. :. Es el periodo de retorno en años. Para luego utilizar coeficientes o factores de desagregación referidas al área de proyecto, normalmente proporcionados por instituciones gubernamentales que llevan estos tipos de estudio. b) Determinación de las curvas IDF y PDF. Podemos detallar: •. Curvas PDF: Las curvas Precipitación – Duración – Frecuencia (PDF), son representación producto de la correlación entre la altura de agua de lluvia sucedida en un intervalo de tiempo definido y un periodo de retorno establecido.. •. Curvas IDF: Las curvas Intensidad – Duración – Frecuencia (IDF), son curvas que resultan de unir los puntos representativos de la intensidad media en intervalos de diferente duración, y correspondientes todos ellos, a una misma frecuencia o periodo de retorno.. •. Intensidad de precipitación: Es la intensidad máxima de lluvia, para una duración conocida y una frecuencia o periodo de retorno específico para cada tipo de proyección.. c) Periodo de retorno “Es el tiempo promedio, en años, en que el valor del caudal pico o precipitación, es igualado o superado una vez cada “t” años10”. Para el presente proyecto el periodo de retorno a adoptarse será mediante a presente cuadro la cual es el resultado de una serie de estudios llevados a cabo.. 10. Manual de hidrología, hidráulica y drenaje, Ministerio de Transporte y Comunicaciones - Perú, 2008, pp. 221. 39 - 399.

(42) Tabla 2-12 Periodos de retorno PERIODO DE TIPO DE ESTRUCTURA. RETORNO. ELV. (AÑOS). PUENTES DE CARRETERAS Sistema secundario Sistema primario. 10-50 50-100. …. ….. Fuente: Curso de Hidrología Aplicada, UPB. 2.5.5 Determinación de los valores de CN para complejos hidrológicos de suelo cobertura. Su principal aplicación es la estimación de las cantidades de escurrimiento en el estudio de avenidas máximas. (Universidad Mayor de San Simón, 2009) Para la determinación del número de curva (CN) para diferentes condiciones hidrológicas y grupo hidrológicos de suelos, se tiene una tabla de la SCS (Servicio de conservación de suelos) para condiciones promedio. a) Condición hidrológica: 11 • Condición I: Suelo seco; No aplicable a crecida de proyecto; Caudales chicos. Los suelos en la cuenca están secos, pero no hasta el punto de marchitamiento, cuando se aran o se cultivan bien. Esta condición no se considera aplicable al cálculo para determinar la avenida de proyecto porque resulta caudales chicos. • Condición II: Suelo medio; Asociado a crecidas anuales o promedios. Los suelos en la cuenca, se encuentran en estado de humedad normal. • Condición III: Suelo húmedo; Crecidas máximas; Caudales grandes. Los suelos en la cuenca se encuentran en estado muy húmedo, esto se presenta cuando ha llovido mucho o poco y han ocurrido bajas temperaturas durante los cinco días anteriores a la tormenta, y el suelo está casi saturado; Los números de curva han. 11. Texto de hidrología, UMSS, 2009, pp. 204 40 - 399.

(43) sido tabulados por el Servicio de Conservación de Suelos en base al tipo y uso de suelo. En función del tipo de suelo se definen cuatro grupos: • Grupo A: Arena profunda, suelos profundos depositados por el viento y limos agregados. • Grupo B: Suelos poco profundos depositados por el viento y marga arenosa. • Grupo C: Margas arcillosas, margas arenosas poco profundas, suelos con bajo contenido orgánico y suelos con altos contenidos de arcilla. • Grupo D: Suelos que se expanden significativamente cuando se mojan, arcillas altamente plásticas y ciertos suelos salinos.. Los valores de CN para varios tipos de usos de suelos se dan en la [Tabla 2-13] Tabla 2-13 Valores de CN para el método SCS – Escorrentía Condición II Numero de curva (CN) - V. Chow-D. Maidment-L. Mays, 2000, Hidrologia Aplicada, Nomos S.A., Bogotá, 154. GRUPO HIDROLOGICO DEL SUELO DESCRIPCION DEL USO DE LA TIERRA Tierra cultivada Condiciones Pobres Condiciones optimas Pastizales Condiciones Pobres Condiciones optimas Vegas de ríos Condiciones optimas Bosques: Cubierta pobre Cubierta buena Aéreas abiertas Cubierta 75% Cubierta del 50 a 75% Comerciales Áreas comerciales 85% impermeables Industriales Distritos Industriales (72% impermeables) Lotes Tamaño Promedio del lote. A. B. C. D. 72 62 68 39 30 45 25 39 49 89 81 77. 81 71 79 61 58 66 55 61 69 92 88 85. 88 78 86 74 71 77 70 74 79 94 91 90. 91 81 89 80 78 83 77 80 84 95 93 92. Fuente: Hidrología aplicada – V. Chow. 41 - 399.

(44) 2.5.6 Efectos del uso de suelos en la hidrología 2.5.6.1 Uso de suelos Los usos del suelo son muy variados, dependen de su grado de desarrollo y de sus características; los principales usos de los suelos son: Suelos forestales, pastizales, suelos agrícolas y suelos improductivos. 2.5.6.2 Efectos “Los impactos de los cambios de usos de suelo, como la sustitución de áreas de bosque por pastizales o cultivos sobre la dinámica del ciclo, puede derivar en impactos sobre la hidrología en distintas temporalidades, alterando el balance entre la precipitación, evaporación y escurrimiento. 12” 2.5.7 Determinación del caudal de diseño 2.5.7.1 Método del SCS La parte medular del método propuesto por el SCS (Servicio de conservación de suelos), es la utilización del uso de suelos, para determinar las intensidades, duraciones y cantidades de lluvia que deben ser empleadas al calcular el gasto de pico de una avenida de determinado periodo de retorno. El proceso para el cálculo del caudal máximo utilizando la metodología del SCS, utiliza la fórmula: 𝐴𝐴 𝑚𝑚3 𝑞𝑞𝑝𝑝 = 𝐶𝐶 ∗ ( ∗ 𝑐𝑐𝑐𝑐) 𝑇𝑇𝑇𝑇 𝑠𝑠. Ecuación 2-18. 1. Ecuación 2-19. ∆𝑡𝑡 = 2 ∗ 𝑡𝑡𝑡𝑡 2. 12. MUÑOZ V. Lissette, Retos de la investigación del agua en México, Efectos del uso de suelos en la hidrología de cuencas del centro oriente de México, 2001, pp. 95. 42 - 399.

(45) 𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡 = 0.6 ∗ 𝑡𝑡𝑡𝑡. Ecuación 2-20. 𝛥𝛥𝛥𝛥 + 𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡 2. Ecuación 2-21. 𝐴𝐴 � 𝑇𝑇𝑇𝑇. Ecuación 2-23. 𝑇𝑇𝑇𝑇 =. 𝑃𝑃𝑜𝑜 = 0.2 ∗ �. 25400 − 254� 𝐶𝐶𝐶𝐶. 𝑞𝑞𝑃𝑃 = 𝐶𝐶 ∗ �. Ecuación 2-22. 𝑄𝑄𝑄𝑄 = 𝑞𝑞𝑃𝑃 ∗ 𝑃𝑃𝑃𝑃. Ecuación 2-24. Donde: • A. : Área de la cuenca (km2). • C. : Constante de conversión igual a 2.08 en el Sistema Internacional. • Tp. : Tiempo al pico (Tp=∆t/2+tlag). • Tlag : Tiempo de retardo (Diferencia en tiempo entre el centro de masa del exceso de precipitación y el pico del Hidrograma unitario) tlag = 0.6 * tc • Tb. : Es el tiempo base y se expresa como tb = 2.67 * Tp ≈ 5 * tc Se determina la duración del exceso de precipitación el ∆t (hrs). • ∆t. = 2 (tc)1/2 Considerando un tiempo de concentración en horas. El caudal pico se determina a través de la siguiente fórmula:. •. Pe. :. 𝑚𝑚3 𝑄𝑄𝑃𝑃 = 𝑞𝑞𝑝𝑝 ∗ 𝑃𝑃𝑃𝑃 ( ) 𝑠𝑠. Ecuación 2-25. Precipitación efectiva en cm.. La abstracción inicial o umbral de escorrentía – Po (mm) por el método es:. 43 - 399.