XI CONGRESO INTERNACIONAL OBRAS DE INFRAESTRUCTURA VIAL

OBRAS DE DESVÍO EN LA CONSTRUCCIÓN DE PUENTES

Jaime Casafranca Medina1

1 MSc. Ingeniería Hidráulica, Ingeniero Civil CIP 71594, Consultor en Hidrología e Hidráulica,

1. INTRODUCCION En el planeamiento de construcción de puentes sobre ríos y quebradas es importante definir las obras de desvío con la finalidad de lograr una adecuada construcción de la subestructura. Por esta razón los aspectos de hidrología, hidráulica fluvial y calidad de materiales a utilizar desempeñan un rol importante en el dimensionamiento y ubicación de la obras de desvío evitando inundaciones y sobretodo evitando daños y colapso de la subestructura durante la construcción. La experiencia en la construcción de la carretera Interoceánica Sur tramo 2, en sierra y ceja de selva, nos permitió mejorar las consideraciones de intervención en los ríos y quebradas, ya que la construcción de puentes se realizaba en periodos de lluvia y de estiaje por temas contractuales. En la presente ponencia se describen casos, consideraciones y recomendaciones de las obras de desvío, como la ubicación, dimensiones, aspectos hidrológicos e hidráulicos posición, a fin de lograr el objetivo común entre Cliente y constructor, que es la puesta en servicio del puente y de la carretera.

2. DESARROLLO 2.1 Obras de desvío

Las obras de desvío son estructuras que nos permiten construir con las menores interferencias posibles, como tráfico vehicular y del flujo existente en los cauces de ríos y quebradas. Frecuentemente son considerados como parte del proceso constructivo de las excavaciones y en la mayoría de casos no son costeados, por lo que no se toma interés al tratarse como obra provisional. Sin embargo es muy importante pues el colapso de estos desvíos produce también la inundación y colapso de la subestructura, y como consecuencia pérdidas de tiempo, calidad y costo, sobre todo generando reprocesos que pueden ser evitados. En términos generales se pueden distinguir tres tipos:

Obras existentes Obras de cierre de cauce Obras para protección de excavaciones

2.1.1 Obras existentes

 

 

 

 

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En carreteras existentes, como parte de la rehabilitación o carretera nueva se proyectan puentes nuevos paralelos a los puentes o pontones existentes, entonces se utilizan los antiguos para proporcionar continuidad del tránsito vehicular, como se muestra en la foto Nº 2.1.1.1. El trabajo a realizar entonces se enfoca en el reforzamiento y conservación de la estructura existente, es decir realizar estudios estructurales que consideren el incremento de frecuencia de tránsito de vehículos livianos y pesados.

Foto Nº 2.1.1.1. Puente Manire existente, se construirá un puente paralelo de mayores dimensiones.

En el caso de que el puente colapsara debido a temas estructurales, incremento de carga, o socavación de estribos, se construirá un pase provisional en el cauce del río, restringiendo el tránsito sobre todo en época de lluvia, pues las avenidas se presentan repentinamente, hasta construir una estructura provisional, de forma que no se afecte la circulación vehicular.

2.1.2 Obras de cierre de cauce Generalmente el trazo y el alineamiento de carreteras cruzan cauces de ríos y quebradas, y se proyectan puentes de acuerdo al ancho de los cauces. En la construcción entonces se hace necesaria el cierre de todo el cauce a fin de proporcionar acceso para los vehículos. Esta obra provisional puede ser un dique, plataforma con alcantarillas en quebradas o badén en ríos. El manejo de flujo en época de estiaje es más eficiente que en el periodo húmedo. En las fotos Nº 2.1.2.1, 2.1.2.2 y 2.1.2.3 se muestran los tipos mencionados

 

 

 

 

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El dimensionamiento de esta estructura entonces está sometida a cálculos hidrológicos, hidráulicos y geotécnicos, para logar un adecuado manejo del flujo y nos permita la construcción de la subestructura del puente. La ubicación es importante ya que podría generar problemas de constructabilidad.

Foto Nº 2.1.2.1. Desvío con dique y alcantarilla en quebrada

Foto Nº 2.1.2.2. Desvío mediante badén río arriba para construcción del Puente Cadena

 

 

 

 

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Foto Nº 2.1.2.3. Desvío mediante plataforma con alcantarilla pontón km 200+000

2.1.3 Obras para protección de excavaciones En ríos amplios donde no se puedan realizar cierres de cauce, se limita una protección de excavación de estribos mediante el desvío del río de forma localizada. Estas protecciones requieren de un estudio hidrológico e hidráulico con la finalidad de dimensionar una estructura eficaz y resistente. Mediante estas estructuras logramos espacio para la construcción de la subestructura. En las fotos Nº 2.1.3.1 y 2.1.3.2 se muestran la práctica de las protecciones.

Foto Nº 2.1.3.1. Protección de estribo derecho puente La Oroya

 

 

 

 

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Foto Nº 2.1.3.2. Protección de estribo izquierdo puente Manire

3. RESULTADOS 3.1 Consideraciones de diseño de obras de desvío

En la etapa de construcción, donde todos los estudios ya fueron realizados, se deja de lado las verificaciones y por temas de plazo contractual no se dimensionan adecuadamente las obras de desvío. Sin embargo por la importancia de las obras de desvío de flujo de los cauces en la construcción de puentes, se reporta las siguientes consideraciones de diseño para el caso de intervenciones en ríos:

Criterios de diseño hidrológico Criterios de diseño hidráulico Crietrios de diseño geotécnico

3.1.1 Criterios de diseño hidrológico

En construcción de puentes se dispone del Expediente técnico o la ingeniería de detalle que incluye el estudio hidrológico. Aquí se encuentra identificados los periodos de lluvia, las precipitaciones, el caudal de diseño para diferentes periodos de retorno. Para fines de diseño hidrológico se debe realizar los siguientes trabajos:

Revisión y verificación del estudio hidrológico. Seleccionar el caudal de diseño para un tiempo de retorno de 10 años, si se

construye en periodo de estiaje, y de 20 años en periodo húmedo. Adquisición de los últimos registros de precipitaciones o caudales para fines de

monitoreo con respecto a los datos del estudio de ingeniería. Revisión de las características de la cuenca, cobertura y tipo de suelo.

En las figuras Nº 3.1.1.1 y 3.1.1.2 se muestran la comparación de caudales y verificación de caudales respectivamente.

 

 

 

 

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Figura Nº 3.1.1.1. Comparación de caudales generados considerando la estación Quincemil Figura Nº 3.1.1.2. Verificación de caudales generados para el puente Fortaleza

3.1.2 Criterios de diseño hidráulico De forma similar al paso anterior, se deberán realizar los siguientes trabajos:

Revisión en campo del cauce 500 m río arriba y 200 m río abajo del eje del puente a construir.

Verificación del tipo de río, pendientes, sólidos de arrastre, otros.

 

 

 

 

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Marcas de niveles de agua ocurridos con anterioridad Revisión del cálculo de niveles de avenidas para el caudal de diseño en la

topografía actual. Verificación de niveles de avenida para el tiempo de retorno de 10 y 20 años Ubicación de desvío siempre río arriba, la distancia necesaria que permita la

construcción del puente. Dimensionamiento de altura de dique Dimensionamiento de conducto de evacuación y cantidad de conductos. Dimensionamiento de obras de protección, como enrocados.

En la figura Nº 3.1.2.1 se muestra la verificación de niveles en HEC RAS y en la foto Nº 3.1.2.1 se muestra el enrocado de protección para cimentación de estribos.

Figura Nº 3.1.2.1 Verificación de niveles para el puente Cadena

Figura Nº 3.1.2.2 Protección con enrocados de la excavación del estribo del puente La Oroya.

3.1.3 Criterios de diseño geotécnico

 

 

 

 

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Los lineamientos geotécnicos se refieren a los siguientes trabajos:

Selección del tipo de materiales a utilizar Dimensionamiento del ancho de vía sobre el desvío, para un carril o varios,

dependiendo de la finalidad de su construcción. Análisis de estabilidad de los taludes del desvío Análisis de filtraciones en el cuerpo Control de filtraciones con geotextiles o geomembranas

En las figuras Nº 3.1.3.1 y 3.1.3.2 se muestran simulaciones de terraplenes de desvío de filtraciones y de estabilidad y deformaciones respectivamente.

Figura Nº 3.1.3.1 Simulación de líneas de flujo y filtraciones

Figura Nº 3.1.3.2 Simulación de desplazamiento y deformación de los taludes del terraplén de desvío.

 

 

 

 

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4. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

Las obras de desvío son importantes en la construcción de puentes, ya que

permiten la excavación y construcción de la subestructura de forma eficiente. La ausencia de ingeniería en esta obra produce su colapso y con ello la afectación

de la construcción de los estribos, pérdidas económicas para el constructor y reprocesos innecesarios.

Se proporcionaron lineamientos y criterios de diseño hidrológico, hidráulico y geotécnico, para la construcción de las obras de desvío como intervenciones en el cauce del río o quebrada.

Se tiene obras de desvío y protección de excavaciones Se recomienda la construcción en época de estiaje de forma que el manejo del flujo

es mayor que en época de lluvia. Es recomendable también proporcionar en la etapa de proyecto el diseño y el costo

para agilizar la construcción del puente. Se recomienda realizar un análisis de beneficio costo por parte del constructor si la

obra de desvío fallara por no realizar un adecuado diseño si es necesario.

5. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

Casafranca M. Jaime., (2005) “Control de erosión de Riberas en el Manejo de Cuencas Hidrográficas”, Tesis para optar Grado de Maestro en Ciencias de la Ingeniería Hidráulica, UNI-Lima.

Casafranca M. Jaime., (2002) “Protección aguas abajo de estructuras hidráulicas y riberas de ríos”, Tesis para optar Título Profesional de Ingeniero Civil, UNSCH-Ayacucho.

Chow V.T y otros., (1994) “Hidrología Aplicada”, McGraw-Hill Interamericana S.A., Santafé de Bogotá, Colombia.

FHWA., (2012) “Hydraulics of Bridge Waterways”, Technical Report FHWA-HIF-12-018.

ICOLD, (1986) “River control during dam construction”, Bulletin 48, ICOLD

Ponce, Victor M., (1989) “Engineering Hydrology, Principles And Practices”, Prentice Hall, USA.

Rocha, Arturo, (1998) “Introducción a la hidráulica fluvial”, FIC-UNI