propuesta de cimentación de un puente
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Documento donde se detalla la propuesta para la cimentación de un puente. Contiene- Objetivos- Alcance- Características del lugar y la estructura- Trabajos realizados- Análisis y diseño de la cimentación propuesta- Procedimientos de construcciónTRANSCRIPT
INFORME GEOTÉCNICO NUEVO PUENTE
PROPUESTA CIMENTACIÓN
1. OBJETIVO
Elaboración de una propuesta de diseño geotécnico de la cimentación del puente, con las
propiedades físico-mecánicas obtenidas a partir de los ensayos de laboratorio realizados
por la firma consultora.
Es importante aclarar que este informe está hecho con la primera campaña de sondeos
realizada y de la cual se han tomado los diferentes datos de partida para la elaboración
de los cálculos para la cimentación profunda. Para estos sondeos se han realizado
ensayos SPT, los cuales han arrojado mejores resultados que los ejecutados en los
primeros sondeos, mejorando las propiedades y la resistencia a la tensión de los estratos
donde se cimentará. Por esta razón se ha dejado la cimentación con los resultados más
desfavorables, también entendiendo que los últimos sondeos fueron de campaña de
comprobación.
2. ALCANCE
El alcance de este informe que se anotan a continuación, se orienta a dar las
conclusiones y recomendaciones geotécnicas respecto a la propuesta de cimentación del
puente:
A partir de la información geotécnica determinar los parámetros necesarios para
elaborar la propuesta del diseño de la cimentación del nuevo puente y obras
complementarias.
Proponer un diseño de la cimentación del puente en los dos flancos.
Realizar un análisis de la estabilidad de taludes en los dos flancos con y sin
cargas, estática y pseudo estáticamente, y dar las recomendaciones necesarias de
obras del tipo preventivas y de control.
Dar las recomendaciones para la implementación de la cimentación propuesta,
teniendo en cuenta que la presión máxima de contacto sobre el terreno sea inferior
a la capacidad portante del suelo existente, que no se presentan grandes
asentamientos y que sea la más económica; con lo que se garantiza el
funcionamiento y la estabilidad de la estructura bajo la solicitud de las cargas de
trabajo suministradas del puente.
Recomendar procesos constructivos específicos de la obra.
3. CARACTERÍSTICAS DEL LUGAR Y DE LA ESTRUCTURA
Se proyecta diseñar y construir una estructura para un puente vehicular de 71,2 metros de
luz aproximadamente, colocada sobre dos apoyos en los extremos. El ancho del tablero
sería de 14.50 metros, distribuidos en tres carriles y un andén peatonal.
Dada la altura a la cual se encuentra la estructura del puente y su cimentación con
relación al cause del río, estas no se verán afectadas por el fenómeno de socavación. Así
también lo manifiesta el estudio de socavaciones.
La estructura del puente estará conformada fundamentalmente por pilares, estribo, muros
ala, vigas longitudinales y losa de tablero de concreto reforzado.
4. TRABAJOS REALIZADOS
SONDEOS MECÁNICOS
PRIMERA CAMPAÑA
Se han perforado dos (2) sondeos mecánicos a rotación con extracción de testigo
continuo con el fin de poder realizar ensayos de penetración dinámica (S.P.T). El PR-01 y
el PR-2-2.
La profundidad de los sondeos ha sido de 20m en cada uno de ellos.
Se han efectuado un total de 18 ensayos S.P.T.
En la siguiente tabla se recogen la profundidad a la que se han realizado los ensayos, los
índices de golpeo obtenidos, y la consistencia-compactación con la que se corresponden:
SONDEO
No
ENSAYO No
PROFUNDIDAD
GOLPEO
SPT
No
SPT
COMPACIDAD
CONSISTENCIA
SD-1
SPT-1 2.00 – 2.50 1 / 2 / 3 5 Suelto
SPT-2 2.50 – 3.00 2 / 2 / 2 4 Suelto
SPT-3 3.00 – 3.50 3 / 3 / 3 6 Suelto
SPT-4 3.50 – 4.00 3 / 3 / 3 6 Suelto
SPT-5 4.00 – 4.50 3 / 3 / 3 6 Media
SPT-6 4.50 – 5.00 3 / 3 / 2 5 Media
SPT-7 5.00 – 5.50 6 / 8 / 8 16 Moderadamente
denso
SPT-8 5.50 – 6.00 8 / 8 / 8 16 Moderadamente
denso
SPT-9 6.00 – 6.50 3 / 4 / 6 10 Firme
SPT-10 6.50 – 7.00 3 / 4 / 4 8 Firme
SPT-11 7.00 – 7.50 4 / 6 / 15 21 Moderadamente
denso
SPT-12 8.00 – 8.50 10 / 10 / 7 17 Moderadamente
denso
SPT-13 9.00 – 9.50 10 / 10 / 11 21 Moderadamente
denso
SONDEO
No
ENSAYO No
PROFUNDIDAD
GOLPEO
SPT
No
SPT
COMPACIDAD
CONSISTENCIA
SD-2
SPT-1 1.00 – 1.50 8 / 9 / 10 19 Moderadamente
denso
SPT-2 2.00 – 2.50 5 / 3 / 4 7 suelto
SPT-3 3.00 – 3.50 9 / 10 / 15 25 Moderadamente
denso
SPT-4 4.00 – 4.50 9 / 12 / 15 27 Moderadamente
denso
SPT-5 6.00 – 6.50 6 / 10 / 14 24 Moderadamente
denso
SEGUNDA CAMPAÑA
Como se ha comentado anteriormente, a petición del MTOP se realizaron don sondeos
nuevos que han arrojado mejores resultados que la primera campaña. Estos sondeos se
han perforado a 8,5m de la plataforma de cimentación que está a -5m con respecto a la
cota rasante del terreno. Sondeo P-1 y sondeo P-2.
Los perfiles de perforación son los siguientes
SONDEO No
ENSAYO No PROFUNDIDAD
No SPT
COMPACIDAD CONSISTENCIA
P-1
SPT-1 1.00 7 Suelto
SPT-2 2.00 8 Suelto
SPT-3 3.00 20 Moderadamente denso
SPT-4 4.00 15 Moderadamente denso
SPT-5 5.00 55 Denso
SPT-6 6.00 27 Moderadamente denso
SPT-7 7.00 R Muy denso
SPT-8 8.00 R Muy denso
SONDEO No
ENSAYO No PROFUNDIDAD
No SPT
COMPACIDAD CONSISTENCIA
P-2
SPT-1 1.00 44 Denso
SPT-2 2.00 R Muy denso
SPT-3 3.00 R Muy denso
SPT-4 4.00 R Muy denso
SPT-5 5.00 R Muy denso
Los registros de perforación de la primera campaña han sido:
Los registros de perforación de la segunda campaña son:
Para el uso de la información geotécnica y especialmente la referente al ensayo de
penetración estándar, SPT obtenido en el campo (campaña 1), se realizan las
correcciones como por longitud de la tubería, tipo y diámetro y presión efectiva de
sobrecarga. Se ha adoptado corregir los valores den ensayo de penetración estándar
para obtener el N60, es decir al 60% de la energía aplicada por el ensayo. A
continuación se anota el procedimiento y en la tabla 5 los resultados:
N60 = N(ER/60)A, donde:
N60, Valor de penetración estándar al 60 % de la energía aplicada
N, es la penetración estándar de campo
ER, eficiencia del ensayo, valor adoptado de 0.50 y
A, Valor que depende de la longitud de la tubería
Los valores corregidos de penetración estándar adoptados para esta propuesta se
anotan en la tabla 5:
5. ANÁLISIS Y DISEÑO DE LA CIMENTACIÓN PROPUESTA
A partir del suministro de las cargas de trabajo, por parte del Ingeniero estructural, se
procede a diseñar un sistema de pilares de fundación pre-excavados en el sitio y
vaciados con concreto reforzado, que trabajarán esencialmente por la punta. El hecho
de ser pre-excavados no se generaría una fricción lateral significativa y no se tendrá
en cuenta en el diseño geotécnico.
CARGAS DE TRABAJO SUMINISTRADAS:
Viga 1: Carga muerta + carga viva= 421.6t
Viga 2: Carga muerta + carga viva= 437.7t
Peso propio de un pilar (después de iterarlo)=34.6t
CARGA TOTAL POR ESTRIBO (Incluye peso propio de 4 pilares)=997.7t.
CÁLCULO DE LOS PILARES FUNDACIÓN
La capacidad portante de un pilar de fundación en un suelo friccionante (c=0),
teniendo en cuenta la penetración estándar corregida, viene dada por la expresión:
donde:
: es la carga última
: es el esfuerzo efectivo vertical en la punta del pilar
: es el factor de capacidad de carga, obtenido a parir de y este a partir del N
corregido
En las siguientes figuras, se muestran los cálculos.
LADO DERECHO
LADO IZQUIERDO:
A petición del ministerio se han realizado los cálculos de capacidad de los pilotes con los nuevos
sondeos de comprobación.
Para estos cálculos se ha hecho también la corrección de los ensayos SPT para un 60% de la
energía N60, usando la misma formulación de cálculo para determinar los factores Nc y N60
usados en los cálculos anterior.
Así pues se tendría:
NOTA: Se toma como carga la más desfavorable, siendo esta 310,92 Tn
SONDEO
No
No SPT
(golpes/pie)
Peso
unitario
(ton/m3)
Presión
efectiva
(ton/m2)
CN N60
Longitud Tipo Diámetro
SPT-1 1,00 7 0,75 1 1 1,60 1,60 1,61 7,00
SPT-2 2,00 8 0,75 1 1 1,60 3,20 1,38 6,00
SPT-3 3,00 20 0,75 1 1 1,65 4,85 1,24 15,00
SPT-4 4,00 15 0,81 1 1 1,65 6,50 1,15 11,00
SPT-5 5,00 55 0,87 1 1 1,65 8,15 1,07 42,00
SPT-6 6,00 27 0,91 1 1 1,65 9,80 1,01 20,00
SPT-7 7,00 60 0,95 1 1 1,65 11,45 0,96 45,00
SPT-8 8,00 60 0,95 1 1 1,75 13,20 0,91 43,00
φ= ((20*N60) 0̂,5)+20
φ= ((20*43) 0̂,5)+20
φ= 49
Ql= 5.1*Ap*Nq*tgφ
Ql= 5,1*((0,75 2̂)*3,141516)*900*tg49
Ql= 9327,651866
FS=3 310,92 Tn
ENSAYO NoPROFUNDIDAD
(m)
P-1
Factores de correción
SONDEO
No
No SPT
(golpes/pie)
Peso
unitario
(ton/m3)
Presión
efectiva
(ton/m2)
CN N60
Longitud Tipo Diámetro
SPT-1 1,00 44 0,75 1 1 1,65 1,65 1,60 44,00
SPT-2 2,00 60 0,75 1 1 1,65 3,30 1,37 51,00
SPT-3 3,00 60 0,75 1 1 1,65 4,95 1,24 46,00
SPT-4 4,00 60 0,81 1 1 1,65 6,60 1,14 46,00
SPT-5 5,00 60 0,87 1 1 1,75 8,35 1,06 46,00
φ= ((20*N60) 0̂,5)+20
φ= ((20*43) 0̂,5)+20
φ= 50
Ql= 5.1*Ap*Nq*tgφ
Ql= 5,1*((0,75 2̂)*3,141516)*900*tg49
Ql= 9652,091931
FS=3 321,74 Tn
ENSAYO NoPROFUNDIDAD
(m)
Factores de correción
P-1
DISTRIBUCIÓN DE LOS PILARES
De común acuerdo con el Ingeniero de estructuras, la distribución de los pilares en
corte y en planta, será tal como se indica en la siguiente figura, que se muestra en
seguida:
PROPUESTA INICIAL PLANTA ESTRIBOS
6. PROCEDIMIENTOS DE CONSTRUCCIÓN DE LOS PILARES DE FUNDACIÓN
EQUIPO DE PERFORACIÓN. Mediante el uso de equipo de perforación que tenga la
capacidad suficiente para la obra, como la selección apropiada de la herramienta de
ataque. Una buena construcción de pilares implica excavar el hueco en el menor
tiempo posible y colocar enseguida el concreto. La demora en este proceso puede
causar relajamiento de esfuerzos en el sitio, lo que permitiría cierto desplazamiento
del suelo hacia el pozo, con la consiguiente disminución de la resistencia al corte y
mal comportamiento posterior del pilar.
CAJONES INDIOS EN CONCRETO
Los cajones indios en concreto serán de sección circular con un diámetros de 1.50m
que se hincan en el terreno por su propio peso a medida que se excava en su interior,
mientras se van superponiendo, proceso que continúa hasta alcanzar una profundidad
de la cimentación requerida.
Procedimiento de construcción:
1. Localización de los pilares de acuerdo a las coordenadas suministradas en el
plano o con la ayuda de un GPS.
2. Excavar el hueco a mano e ir colocando los anillos uno tras otro hasta la
profundidad requerida.
3. Realizar pruebas complementarias de penetración estándar, para verificar la
calidad del estrato resistente y esté acorde con el diseño geotécnico.
4. Vaciado del concreto. Este debe ser continuo para evitar la formación de juntas
frías.
5. Se recomienda calcular el volumen teórico de concreto necesario para llenar el
agujero para la pila y compararlo con el volumen real colocado. Esto con el fin
de controlar la presencia de cárcavas.
6. Continuar con la construcción de la viga cabezal.
PILARES DE CIMENTACIÓN PRE-EXCAVADOS REVESTIDOS CON ANILLOS DE
CONCRETO
Los pilares de concreto pre-excavados serán de sección circular con un diámetros de
1.50m, para ambos flancos o estribos del puente que se construirán manualmente
excavando metro a metro y entibando mediante el uso de una formaleta cónica de
madera o metal hasta alcanzar la profundidad de excavación. El procedimiento de
constructivo, una vez se localicen los pilares de acuerdo a sus coordenadas con
ayuda de GPS, será como se indica en los esquemas siguientes (figura 10):
7. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
CIMENTACIÓN.
Según las características del puente vehicular de 71.2 metros de luz con un ancho de
tablero de 14.50 m distribuidos en tres carriles y un andén, y las propiedades físico-
mecánicas del suelo que va a soportar las cargas, se recomienda fundar la
superestructura del puente sobre un sistema de pilares anclados, circulares, pre-
excavados y en concreto reforzado que servirán de apoyo al puente y colocados
sobre los flancos al lado y lado de las coronas de los taludes del río.
Características de los pilares:
Lado Derecho
Diámetro: 1.50 m
Profundidad: 8.50 m
Material: concreto reforzado
Ubicación y distribución: Ver lámina 2, 4 y 5 de los planos.
Lado Izquierdo
Diámetro: 1.50 m
Profundidad: 6.50 m
Material: concreto reforzado
Ubicación y distribución: Ver lámina 2, 4 y 5 de los planos
Los pilares deben ir empotrados en la viga cabezal.
MÉTODO CONSTRUCTIVO DE LOS PILARES.
Este será seleccionado por el contratista de los propuestos en este informe acorde
con la interventoría. Ver el apartado 6. PROCEDIMIENTOS DE CONSTRUCCIÓN DE
LOS PILARES DE FUNDACIÓN. De todas maneras será aquel que garantice
verticalidad en la excavación, una continuidad en el concreto y no se presenten
hormigoneras al momento de fundir. Un aspecto de gran relevancia se refiere a la
estabilidad que pueden presentar las paredes de la perforación durante su ejecución,
debiendo decidir por ello si deben o no ser protegidas para evitar derrumbes o
cerramiento.
Por otro lado no se ha detectado cota de nivel freático, con lo cual facilitará la
construcción de las excavaciones de los pilares.
Conviene que el método de los pilares pre-excavados metro a metro ya que estos
alteran muy poco las propiedades de los suelos del sector y además se puede abrir
varios frentes, esto último permite avanzar y ser comparables con una máquina
perforadora.
OBRAS PREVENTIAS COMPLEMENTARIAS
OBRAS DE DRENAJE:
Dado que una de las principales causas de inestabilidad en un talud que se va a
intervenir, es el agua meteórica producto del invierno en la región y el mal manejo de
las mismas; con el fin de evitar que estas aguas entren al cuerpo del talud y generen
inestabilidad, se recomienda realizar la construcción de diferentes obras de drenajes
tipo cunetas de coronación u obras de captación como las que se ya contemplan en el
proyecto en la parte de hidrología e hidráulica.
Si al realizar la excavación para la cimentación del sistema de pilares, se presenta
una estratigrafía diferente a la anotada en el estudio geotécnico suministrado por el
consultor, se debe informar inmediatamente al ingeniero de suelos para hacer las
pruebas complementarias y hacer ajustes en los parámetros de diseño
recomendados, si a eso diere lugar y que eventualmente pueden conducir a un
chequeo del tipo de cimentación diseñado.
De todas maneras, una vez se tenga la profundidad de las excavaciones de los
pilares, se deben realizar pruebas de verificación de las propiedades físico-mecánicas
del estrato de fundación de cada uno de los pilares.