PUENTES, PONTONES Y VIADUCTOS CAPITULO VI VERSIÓN # 4

Transcripción

1 PUENTES, PONTONES Y VIADUCTOS CAPITULO VI VERSIÓN # 4

2 TABLA DE CONTENIDO 1 INTRODUCCIÓN METODOLOGÍA INVENTARIO DE PUENTES TRAMO 1 CAMBAO ARMERO TRAMO 2 ARMERO LÍBANO TRAMO 6 MURILLO ALTO DE VENTANAS TRAMO 9 IBAGUÉ - ARMERO Puente río Alvarado Puente Quebrada la Caima PUENTE QUEBRADA LA CHINA K PUENTE RIO TOTARE PUENTE QUEBRADA GALAPO PUENTE SALIDA VENADILLO PUENTE RÍO RECIO PUENTE K PUENTE ACCESO ARMERO K PUENTE SOBRE CANAL DE RIEGO K PUENTE RIO SABANDIJA K PUENTE K PUENTE K TRAMO MARIQUITA HONDA PUENTE RIO PADILLA INFORME SOBRE ANTECEDENTES DE OPERACIÓN Y COMPORTAMIENTO ESTRUCTURAL DE CADA PUENTE PROPUESTAS Y DESCRIPCION DE ACTIVIDADES DE REHABILITACION, MANTENIMIENTO, REPOTENCIACIÓN, CONSTRUCCIÓN O CAMBIOS A GARANTIZAR LA CORRECTA OPERACIÓN DESCRIPCIÓN TÉCNICA DE LAS POSIBLES ACTIVIDADES DE MANTENIMIENTO Y REHABILITACIÓN

3 2.8 ESTRUCTURAS PUENTES Y VIADUCTOS TRAMOS NUEVOS DE MEJORAMIENTO TIPOLOGIA DE PUENTE A ESTUDIAR, PROCESO CONSTRUCTIVO, Y MATERIALES DEFINIENDO SUS PRINCIPALES VENTAJAS PARTICULARES DISEÑO PARA CONCESIÓN DESCRIPCIÓN DE ALCANCES, ESPECIFICACIONES, PRESUPUESTO Y PROGRAMACIÓN ANEXOS ANEXO 1. INSPECCIÓN FORMATO SIPUCOL ANEXO 2. REGISTRO FOTOGRAFICO ANEXO 3. ESTRUCTURAS PROPUESTAS ANEXO 4. ESTRUCTURAS EXISTENTES 3

4 1 INTRODUCCIÓN El presente documento, contiene los resultados de la inspección y diagnóstico de las estructuras existentes del área en estudio; de igual manera se presentan los diseños de las nuevas estructuras a implementar en el corredor. 1.1 METODOLOGÍA Acorde al alcance técnico se realizó un Inventario de los puentes, pontones y viaductos de los tramos incluidos dentro de la APP Cambao Manizales, para esto se realizaron: Recorridos de campo Recopilación de la información disponible Inspección general del estado actual de estructuras Identificación de estructuras de puentes existentes, obras de reforzamiento realizada La metodología de la evaluación ejecutada se basó en la inspección visual hecha por un especialista estructural calificado, a cada uno de los puentes, en conjunto con un equipo de profesionales y auxiliares, quienes hicieron un registro fotográfico, realizaron el levantamiento de información geométrica y adicionalmente recopilaron información pertinente, orientada a identificar las afectaciones a los materiales constitutivos de la estructura y las afectaciones del entorno al puente. Se describe a continuación la metodología utilizada: Levantamiento dimensional del puente. Elaboración de esquemas generales para cada puente en donde se muestran las dimensiones medidas en el sitio. Registro fotográfico. Verificación mediante inspección visual de cada uno de los elementos estructurales de cada uno de los puentes. Elaboración de esquemas de localización de fisuras y daños de los elementos estructurales. Registro de observaciones, mediciones y posibles fallas de relevancia visual. Elaboración del informe del estado de las estructuras donde se presentará en forma clara y ordenada la descripción de la estructura y los diferentes daños visibles en los elementos, su localización y las recomendaciones a seguir. 4

5 Para la identificación de elementos y la identificación de tipos de daño que se pide en los formatos de SIPUCOL que se encuentran en este informe, se utiliza la clasificación dada en el instructivo, Manual para la Inspección Visual de Puentes y Pontones, de Octubre de 2006, publicado por el INVIAS. En la siguiente página se incluye las tablas de convenciones utilizadas. Para puentes construidos con posterioridad al año 1995, se definió el C como el camión de diseño; para puentes construidos entre 1983 y 1995 se define el 3-S-2 como camión de diseño, y para puentes construidos antes del año 1983 el camión de diseño es el HS Para la clasificación del estado de los componentes del puente se ha seguido el siguiente criterio: BUEN ESTADO: Elementos en los que se observan daños menores que se pueden corregir con tareas de mantenimiento rutinario. Elementos que han tenido hasta la fecha un comportamiento aparentemente adecuado bajo la acción de las cargas a las que han estado sometidos. REGULAR: Elementos en los que se observan daños que deben ser atendidos en un plazo mediano (dos años), porque su situación puede degradarse a la situación de MALO, será necesario realizar posteriormente una inspección estructural detallada. MALO: Elementos en los que se observan daños importantes, cuya gravedad amerita atención en el corto plazo para poder en forma segura y funcional estar en capacidad estructural de resistir las cargas de diseño, y que requieren un estudio especial para su reforzamiento o reemplazo. Los daños en cada puente fueron identificados acorde al siguiente procedimiento: 5

6 Figura 1. Formato de inspección visual de puentes y pontones 6

7 Los tramos incluidos dentro de la APP Cambao Manizales corresponden a: Número Tramo Tabla 1. Tramos proyecto infraestructura vial Cambao - Manizales TRAMOS PROYECTO CAMBAO - MANIZALES Longitud (m) Abcisado Inicial Final 1 Cambao - Armero 21139,24 K0+000 K Armero - Líbano 31857,51 K K Paso por Líbano 2668,97 K K Líbano - Murillo 21050,00 K K Paso por Murillo 1,30 K K Murillo - Alto de Ventanas 23400,00 K K Alto de Ventanas - Termales del Ruiz 20200,00 K K Termales del Ruiz - Esperanza 9700,00 K K Ibagué - Armero 76900,00 K0+000 K Armero - Mariquita (incluye variante) 28700,00 K K Mariquita - Honda 19000,00 K K En general los puentes encontrados dentro del inventario ubicado se encuentran en los tramos: 2- Armero Líbano 4 - Líbano Murillo 6 - Murillo La Esperanza 10- Ibagué Armero 11 - Armero Mariquita 12 - Mariquita - Honda En el tramo 1 Cambao Armero, Se encuentra el puente la Libertad, esta estructura no incluida dentro del alcance de este estudio es el de mayor longitud. Entre Murillo La Esperanza hay box y un puente menor a la salida del municipio de Murillo. Es importante aclarar que en los demás tramos, no existen estructuras importante, razón por la cual no se nombran en la inspección realizada. 7

8 2 INVENTARIO DE PUENTES Tal como se describió se realizo la inspección de los diferentes puentes, acorde a la metodología relacionada, cada puente fue inspeccionado, se evaluó el estado actual de los diferentes elementos, identificando las fallas, deterioro de superestructura, infraestructura En los formatos anexos se presenta la evaluación de los elementos acorde a la metodología Sipucol Igualmente se anexa el registro fotográfico de cada puente, mostrando los diferentes elementos, describiendo el estado del puente, resaltando los componentes que presentan deterior y requieren mantenimiento o reposición. Los puentes identificados en los diferentes tramos corresponden a: 2.1 TRAMO 1 CAMBAO ARMERO En este tramo solo se encuentra al final el puente la Libertad, se encuentra emplazado sobre el Río Magdalena, a la altura de Cambao en el departamento de Cundinamarca y comunica a este con el departamento de Tolima. Según su tipología se considera un puente colgante; de acuerdo a su configuración se suspende mediante dos torres principales, cables de suspensión y pendolones, los cuales soportan una armadura de refuerzo, que rigidiza el conjunto confinando y soportando el tablero. En cada extremo del puente se encuentran encastrados un par de dados de concreto donde se realiza el anclaje de los cables. UBICACIÓN: Coordenadas Este: Norte: Altitud: 242 m.s.n.m. ESQUEMA GENERAL 8

9 DIMENSIONES: Tablero Luz principal: 180 m Luz secundaria (lado Cundinamarca): 58.9m Luz secundaria (lado Tolima): 53.8m Ancho entre bordillos: 6m Ancho entre líneas de demarcación: 5.7m Pilas Ancho: 11m (en base) Espesor: 3.5m (en base) Alto: 8.6m Anclajes: dados de concreto (dimensiones en superficie) Lado Cundinamarca Largo: 14m Ancho: 1.4m Alto: 1.75m Lado Tolima Largo: 13.7m Ancho: 1.4m Alto: 1.05m OTRAS CARACTERISTICAS: Superficie de rodadura: Pavimento Rígido (losas de concreto) Material de las juntas de dilatación: Neopreno Suspensión: Torres, cables, pendolones de acero y anclajes. Número de pendolones: 29 por costado Número de nervios por anclaje: 20 torones Dentro del alcance del presente estudio no se incluye esta estructura, sin embargo es importante destacar: El puente según información de una placa ubicada al costado de Cundinamarca, fechada el junio de 1954 indica como carga máxima 20 toneladas. 9

10 El ancho del tablero es de 6 metros resulta ajustado para el paso de dos vehículos, uno en cada sentido. Se tiene otra señal donde se indica máximo una carga de 40 toneladas El puente se encuentra en condiciones adecuadas, se observan unas fisuras menores 2.2 TRAMO 2 ARMERO LÍBANO Este tramo cuenta con una topografía más fuerte, curvas y zonas inestables, los puentes existentes se encuentran en regular estado, están deteriorados en cuanto capa de rodadura, barandas, juntas y en general la estructura requiere un mantenimiento, limpieza y rehabilitación. 10

11 2.3 TRAMO 6 MURILLO ALTO DE VENTANAS Puente salida Murillo 11

12 Este puente existente tiene una luz de 11,90 metros, la superestructura consiste en cuatro vigas de concreto reforzado y placa de concreto. Las aletas y estribos tienen una altura hasta de 7,8 metros, en general el puente presenta contaminación superficial del concreto, deterioro del pavimento, de barandas. No tiene juntas de expansión. El principal inconveniente de este puente es la carga máxima permitida; se tiene una señal de carga máxima de 12,0 toneladas, muy inferior a la requerida. Dentro del diseño proyectado se plantea un rediseño geométrico en este punto, lo que genera la necesidad de un puente de mayor ancho, diferente geometría, dentro de las obras planteadas se tiene un nuevo puente en este punto. 12

13 2.4 TRAMO 9 IBAGUÉ - ARMERO Este tramo inicia en la abscisa K a la salida del casco Urbano de Ibagué, en este punto inicia la vía que conduce a Armero, se tienen las siguientes estructuras: BOX CULVERT ABSCISA K Ubicación K Tipo de estructura Box culvert Sección 1,70 * 1,80 m Espesor de muros: 0,30 m Altura de relleno 2,00 m Estado: El box se encuentra en buen estado, no se evidencian fisuras en las aletas, paredes y placas del box, Puente río Alvarado Consiste en puente de tres luces, dos de 21 m y una central de 32, las vigas son en concreto preesforzado, sección en I de altura 1,25 cm, son cinco vigas el ancho del tablero es de 8,00 m. 13

14 Superficie del puente y accesos La superficie de rodadura es en pavimento flexible (código 01), se encuentra en estado adecuado, presenta algunas fisuras. Juntas de expansión El puente cuenta superficialmente con juntas, se encuentra deteriorada y requiere mantenimiento. Andenes/Bordillos Los bordillos son en concreto reforzado, se encuentran en buen estado, no se dispone de andenes, requiere mantenimiento y pintura. Barandas Tipo 02 en concreto reforzado, cuenta con columnetas circulares cada 2,0 m, en la parte superior una viga longitudinal de 0.30 * 0.30, la baranda se encuentra en aceptables condiciones, requiere mantenimiento y pintura. Iluminación El puente no cuenta con luminarias ni ningún tipo de iluminación. Señalización Se tiene una señal donde indica el puente, la baranda esta demarcada y pintada, es la única señal preventiva de la estructura. 14

15 Drenajes Se cuenta con drenajes que permiten la evacuacion de las aguas lluvias. Apoyos Los apoyos en neopreno se encuentran en condiciones aceptables. Consideraciones generales para el registro de daños en los elementos de concreto. No se evidencian daños significativos, asentamientos, desplomes, fisuras, en las vigas se observa defectos en la construcción. Aletas y estribos El puente cuenta con una pequeñas aletas en concreto se encuentran en buen estado, Pilas Se tienen dos pilas de concreto reforzado, altura 8,90 m, ancho de la base de 3,58 m, se encuentran en buen estado Losas, vigas y riostras No se evidencian fisuras, deflexiones, se observan daños en las vigas en la parte inferior segregación del concreto y errores en la etapa constructiva, el concreto presenta deterioro superficial, bajo las vigas se observó descascaramiento superficial en algunos pequeños sectores, el concreto de las vigas, riostras y estribos está contaminado superficialmente, hay puntos con alta concentración de humedad Cauces El cauce del rio se encuentra en buen estado, se observa el arrastre de rocas de tamaño considerable, según información de habitantes del sector el nivel de aguas en invierno se aumenta considerablemente pero no afecta a la estructura del puente. Puente en general En general no se observan desplomes, asentamientos, fisuras, o deterioro del puente, no se evidencian daños en la estructura, el puente requiere un mantenimiento, limpieza y pintura de barandas, las juntas deben repararse, se sugiere colocar juntas en los apoyos de las pilas. 15

16 2.4.2 Puente Quebrada la Caima Consiste en puente de tres luces, dos de 21 m y una central de 32, las vigas son en concreto Reforzado, sección ancho 0,3 y altura 0,85, son cuatro vigas el ancho del tablero es de 8,20 m. Superficie del puente y accesos La superficie de rodadura es en pavimento flexible (código 01), se encuentra en regular estado, presenta algunas fisuras y pequeños baches, fue reparada puntualmente con regular acabado Juntas de expansión El puente no cuenta superficialmente con juntas, se deben instalar juntas Andenes/Bordillos Los bordillos son en concreto reforzado, se encuentran en buen estado, no se dispone de andenes, requiere mantenimiento y pintura. Barandas Tipo 02 en concreto reforzado, cuenta con columnetas cuadradas cada 2,0 m, en la parte superior una viga longitudinal de 0.30 * 0.30, la baranda se encuentra en aceptables condiciones, requiere mantenimiento y pintura Iluminación El puente no cuenta con luminarias ni ningún tipo de iluminación 16

17 Señalización Se tiene una señal donde indica el puente, la baranda esta demarcada y pintada, es la única señal preventiva de la estructura Drenajes Se cuenta con drenajes que permiten la evacuación de las aguas lluvias Apoyos Los apoyos en neopreno se encuentran en condiciones aceptables Consideraciones generales para el registro de daños en los elementos de concreto No se evidencian daños significativos, asentamientos, desplomes, fisuras, en las vigas se observa defectos en la construcción, se presentan fisuras superficiales en el concreto de las vigas, alta contaminación superficial Aletas y estribos El puente cuenta con una pequeñas aletas en concreto se encuentran en buen estado, presentan contaminación superficial, humedad y deterioro en algunas zonas. Pilas Se tienen dos pilas de concreto reforzado, altura 7,80 m, ancho de la base de 3,00 m, se encuentran en buen estado, presentan contaminación superficial y humedad Losas, vigas y riostras No se evidencian deflexiones, se observan daños en las vigas en la parte inferior segregación del concreto y errores en la etapa constructiva, el concreto presenta deterioro superficial, bajo las vigas se observó descascaramiento superficial en algunos pequeños sectores, el concreto de las vigas, riostras y estribos está contaminado superficialmente, hay puntos con alta concentración de humedad. Las vigas superficialmente tienen pequeñas fisuras Cauces El cauce del rio se encuentra en buen estado, se observa el arrastre de rocas de tamaño considerable, según información de habitantes del sector el nivel de aguas en invierno se aumenta considerablemente pero no afecta a la estructura del puente. Puente en general 17

18 En general no se observan desplomes, asentamientos, fisuras, o deterioro del puente, no se evidencian daños en la estructura, el puente requiere un mantenimiento, limpieza y pintura de barandas, las juntas deben colocarse, el pavimento esta en regulares condiciones PUENTE QUEBRADA LA CHINA K Consiste en puente de dos luces, una de 21 m y la otra de 32, las vigas son en concreto Reforzado, sección ancho 0,3 y altura 0,85, son cuatro vigas el ancho del tablero es de 8,20 m. Superficie del puente y accesos La superficie de rodadura es en pavimento flexible (código 01), se encuentra en regular estado, presenta algunas fisuras y pequeños baches Juntas de expansión El puente no cuenta superficialmente con juntas, se deben instalar juntas, se presenta abertura en los sitios de juntas, deterioro de la carpeta asfáltica por impacto Andenes/Bordillos Los bordillos son en concreto reforzado, se encuentran en buen estado, no se dispone de andenes, requiere mantenimiento y pintura Barandas 18

19 Tipo 02 en concreto reforzado, cuenta con columnetas cuadradas cada 2,0 m, en la parte superior una viga longitudinal de 0.30 * 0.30, la baranda se encuentra en Regulares condiciones, requiere reconstrucción en algunos puntos ya que presenta fallas por impacto Iluminación El puente no cuenta con luminarias ni ningún tipo de iluminación Señalización Se tiene una señal donde indica el puente, la baranda esta demarcada y pintada, es la única señal preventiva de la estructura Drenajes Se cuenta con drenajes que permiten la evacuación de las aguas lluvias Apoyos Los apoyos en neopreno se encuentran en condiciones aceptables Consideraciones generales para el registro de daños en los elementos de concreto No se evidencian daños significativos, asentamientos, desplomes, fisuras, en las vigas se observa defectos en la construcción, se presentan fisuras superficiales en el concreto de las vigas, alta contaminación superficial Aletas y estribos El puente cuenta con una pequeñas aletas en concreto se encuentran en buen estado, Pilas Se tienen dos pilas de concreto reforzado, altura 7,80 m, ancho de la base de 3,00 m, se encuentran en buen estado, presentan contaminación superficial y humedad. Losas, vigas y riostras No se evidencian deflexiones, se observan daños en las vigas en la parte inferior segregación del concreto y errores en la etapa constructiva, el concreto presenta deterioro superficial, bajo las vigas se observó descascar amiento superficial en algunos pequeños 19

20 sectores, el concreto de las vigas, riostras y estribos está contaminado superficialmente, hay puntos con alta concentración de humedad. Las vigas superficialmente tienen pequeñas fisuras. Cauces El cauce del rio se encuentra en buen estado, se observa el arrastre de rocas de tamaño considerable, según información de habitantes del sector el nivel de aguas en invierno se aumenta considerablemente pero no afecta a la estructura del puente. Puente en general En general no se observan desplomes, asentamientos, fisuras, o deterioro del puente, no se evidencian daños en la estructura, el puente requiere un mantenimiento, limpieza y pintura de barandas, las juntas deben colocarse, el pavimento esta en regulares condiciones PUENTE RIO TOTARE Es un puente de una luz, recientemente rehabilitado, de luz 22,35 metros, la superestructura cuenta con cinco vigas en concreto reforzado Superficie del puente y accesos La superficie de rodadura es en pavimento flexible (código 01), se encuentra en buen estado, recientemente rehabilitado. 20

21 Juntas de expansión Recientemente fueron colocadas juntas de expansión, sin embargo ya se encuentra deteriorado el pavimente cerca de estas juntas. Andenes/Bordillos Los bordillos son en concreto reforzado, se encuentran en buen estado, no se dispone de andenes, recientemente se realizó manteamiento. Barandas En estructura metálica, recientemente se realizó mantenimiento. Iluminación El puente no cuenta con luminarias ni ningún tipo de iluminación. Señalización Se tiene una señal donde indica el puente, la baranda esta demarcada y pintada, es la única señal preventiva de la estructura. Drenajes Se cuenta con drenajes que permiten la evacuación de las aguas lluvias. Apoyos Los apoyos en neopreno se encuentran en condiciones aceptables. Consideraciones generales para el registro de daños en los elementos de concreto. No se evidencian daños significativos, asentamientos, desplomes, fisuras, en las vigas se observa defectos en la construcción, recientemente fue rehabilitado. Aletas y estribos El puente cuenta con una pequeñas aletas en concreto se encuentran en buen estado, recientemente fueron rehabilitados. Pilas No cuenta con pilas. Losas, vigas y riostras 21

22 No se evidencian deflexiones, como recientemente fue rehabilitado no se evidencian fisuras o deterioro de los elementos. Cauces El cauce del rio se encuentra en buen estado, se observa el arrastre de rocas de tamaño considerable, según información de habitantes del sector el nivel de aguas en invierno se aumenta considerablemente pero no afecta a la estructura del puente. Puente en general En general no se observan desplomes, asentamientos, fisuras, o deterioro del puente, no se evidencian daños en la estructura, el puente recientemente fue rehabilitado, sin embargo las juntas colocadas han presentado deterioro PUENTE QUEBRADA GALAPO Es un puente de una luz, recientemente rehabilitado, de luz 21,40 metros, la superestructura cuenta con cuatro vigas en concreto reforzado. Superficie del puente y accesos La superficie de rodadura es en pavimento flexible (código 01), se encuentra en buen estado, recientemente rehabilitado. Juntas de expansión 22

23 Recientemente fueron colocadas juntas de expansión. Andenes/Bordillos Los bordillos son en concreto reforzado, se encuentran en buen estado, no se dispone de andenes, recientemente se realizó mantenimiento. Barandas En estructura metálica, recientemente se realizó mantenimiento. Iluminación El puente no cuenta con luminarias ni ningún tipo de iluminación. Señalización Se tiene una señal donde indica el puente, la baranda esta demarcada y pintada, es la única señal preventiva de la estructura. Drenajes Se cuenta con drenajes que permiten la evacuación de las aguas lluvias. Apoyos Los apoyos en neopreno se encuentran en condiciones aceptables. Consideraciones generales para el registro de daños en los elementos de concreto. No se evidencian daños significativos, asentamientos, desplomes, fisuras, en las vigas se observa defectos en la construcción, recientemente fue rehabilitado. Aletas y estribos El puente cuenta con una pequeñas aletas en concreto se encuentran en buen estado, recientemente fueron rehabilitados. Pilas No cuenta con pilas Losas, vigas y riostras No se evidencian deflexiones, como recientemente fue rehabilitado no se evidencian fisuras o deterioro de los elementos. Cauces 23

24 El cauce del rio se encuentra en buen estado, se observa el arrastre de rocas de tamaño considerable, según información de habitantes del sector el nivel de aguas en invierno se aumenta considerablemente pero no afecta a la estructura del puente. Puente en general En general no se observan desplomes, asentamientos, fisuras, o deterioro del puente, no se evidencian daños en la estructura, el puente recientemente fue rehabilitado, sin embargo las juntas colocadas han presentado deterioro PUENTE SALIDA VENADILLO Es un puente de una luz, de luz 30,70 metros, la superestructura cuenta con cinco vigas en concreto reforzado de 1,50 m de altura. Superficie del puente y accesos La superficie de rodadura es en pavimento flexible (código 01), se encuentra en regular estado requiere mantenimiento. Juntas de expansión No cuenta con juntas de expansión, deben construirse. Andenes/Bordillos 24

25 Los bordillos son en concreto reforzado, se encuentran en buen estado, no se dispone de un andén de 0,60 m de ancho. Barandas Son en concreto, columnas de 0,25 * 0,25 cada 2,50 m y una viga superior de 0,30 * 0,30, está en regulares condiciones y requiere mantenimiento. Iluminación El puente no cuenta con luminarias ni ningún tipo de iluminación. Señalización No se cuenta con señalización. Drenajes Se cuenta con drenajes que permiten la evacuación de las aguas lluvias. Apoyos Los apoyos en neopreno se encuentran en condiciones aceptables. Consideraciones generales para el registro de daños en los elementos de concreto No se evidencian daños significativos, asentamientos, desplomes, fisuras, en las vigas se observa defectos en la construcción, sin embargo se tiene bastante deterioro y contaminación superficial, las aletas están bastante deterioradas. Aletas y estribos El puente cuenta con aletas en concreto se encuentran deterioradas superficialmente se observa descascar amiento del concreto. Pilas No cuenta con pilas. Losas, vigas y riostras. No se evidencian deflexiones, se observa bastante deterioro superficial del concreto. Cauces El cauce del rio se encuentra en buen estado, se observa el arrastre de rocas de tamaño considerable, en el cauce se observan elementos del puente anterior. 25

26 Puente en general En general no se observan desplomes, asentamientos, fisuras, o deterioro del puente, no se evidencian daños en la estructura, se requiere la colocación de juntas, el mantenimiento, limpieza y rehabilitación de la superficie del concreto PUENTE RÍO RECIO Es un puente de una luz, de luz 22,35 metros, la superestructura cuenta con cinco vigas en concreto reforzado. Superficie del puente y accesos La superficie de rodadura es en pavimento flexible (código 01), se encuentra en REGULAR ESTADO, requiere repavimentación. Juntas de expansión 26

27 Son juntas metálicas en buen estado. Andenes/Bordillos Los bordillos son en concreto reforzado, se encuentran en buen estado, no se dispone de andenes. Barandas En estructura metálica, en regular estado requieren mantenimiento, han sido impactadas por vehículos lo que genera su alto deterioro. Iluminación El puente no cuenta con luminarias ni ningún tipo de iluminación. Señalización Se tiene una señal donde indica el puente, la baranda esta demarcada y pintada, es la única señal preventiva de la estructura. Drenajes Se cuenta con drenajes que permiten la evacuación de las aguas lluvias. Apoyos Los apoyos en neopreno se encuentran en condiciones aceptables. Consideraciones generales para el registro de daños en los elementos de concreto No se evidencian daños significativos, asentamientos, desplomes, fisuras, en las vigas se observa defectos en la construcción. Aletas y estribos El puente cuenta con aletas en concreto se encuentran en buen estado, requieren mantenimiento, limpieza superficial. Pilas No cuenta con pilas. Losas, vigas y riostras 27

28 No se evidencian deflexiones, como recientemente fue rehabilitado no se evidencian fisuras o deterioro de los elementos. Cauce El cauce del rio se encuentra en buen estado, se observa el arrastre de rocas de tamaño considerable, según información de habitantes del sector el nivel de aguas en invierno se aumenta considerablemente pero no afecta a la estructura del puente. Puente en general En general no se observan desplomes, asentamientos, fisuras, o deterioro del puente, no se evidencian daños en la estructura, el puente recientemente fue rehabilitado, sin embargo las juntas colocadas han presentado deterioro PUENTE K Es un puente de dos luces, de luz 65,00 metros, la superestructura cuenta con cinco vigas en concreto pre-esforzado de sección 0,55*1,65 m, ancho del tablero 9,50 m, las aletas de longitud 9,20 m. Superficie del puente y accesos 28

29 La superficie de rodadura es en pavimento flexible (código 01), se encuentra en condiciones adecuadas, algunos puntos requieren mantenimiento. Juntas de expansión Se encuentran en buen estado, presentan deterioro en el asfalto ligeramente, en la pila no se tiene junta debe colocarse. Andenes/Bordillos Los bordillos son en concreto reforzado, se encuentran en buen estado, se dispone de un andén, requiere mantenimiento superficial. Barandas En estructura metálica, requieren mantenimiento Iluminación El puente no cuenta con luminarias ni ningún tipo de iluminación Señalización Se tiene una señal donde indica el puente, la baranda esta demarcada y pintada, es la única señal preventiva de la estructura. Drenajes Se cuenta con drenajes que permiten la evacuación de las aguas lluvias. Apoyos Los apoyos en neopreno se encuentran en condiciones aceptables, se evidencia bastante humedad y deterioro superficial en los puntos de apoyo. Consideraciones generales para el registro de daños en los elementos de concreto No se evidencian daños significativos, asentamientos, desplomes, fisuras, en las vigas se observa defectos en la construcción. Aletas y estribos El puente cuenta con aletas en concreto se encuentran en buen estado, requieren un mantenimiento superficial, hay deterioro y contaminación superficial del concreto. Pilas 29

30 Cuenta con una pila en buen estado, presenta humedad y contaminación superficial del concreto. Losas, vigas y riostras No se evidencian deflexiones, las vigas están en buen estado, igualmente la placa, se requiere un mantenimiento superficial del concreto, limpieza. Cauces El cauce del rio se encuentra en buen estado, se observa un caudal significativo, en el Cauce se encuentra elementos del puente anterior. Puente en general En general no se observan desplomes, asentamientos, fisuras, o deterioro del puente, no se evidencian daños en la estructura, el puente recientemente fue rehabilitado PUENTE ACCESO ARMERO K Es un puente de una luz, recientemente rehabilitado, de luz 26,70 metros, la superestructura cuenta con cuatro vigas en concreto reforzado de sección 0,4*1,50 m, ancho del tablero 7,50 m, las aletas de longitud 9,20 m. Superficie del puente y accesos 30

31 La superficie de rodadura es en pavimento flexible (código 01), se encuentra en buen estado, recientemente rehabilitado Juntas de expansión Se encuentran en buen estado, presentan deterioro en el asfalto ligeramente Andenes/Bordillos Los bordillos son en concreto reforzado, se encuentran en buen estado, no se dispone de andenes, recientemente se realizó mantenimiento Barandas En estructura metálica, recientemente se realizó mantenimiento Iluminación El puente no cuenta con luminarias ni ningún tipo de iluminación Señalización Se tiene una señal donde indica el puente, la baranda esta demarcada y pintada, es la única señal preventiva de la estructura Drenajes Se cuenta con drenajes que permiten la evacuación de las aguas lluvias Apoyos Los apoyos en neopreno se encuentran en condiciones aceptables Consideraciones generales para el registro de daños en los elementos de concreto No se evidencian daños significativos, asentamientos, desplomes, fisuras, en las vigas se observa defectos en la construcción, recientemente fue rehabilitado Aletas y estribos El puente cuenta con aletas en concreto se encuentran en buen estado, recientemente fueron rehabilitados recientemente Pilas No cuenta con pilas Losas, vigas y riostras 31

32 No se evidencian deflexiones, como recientemente fue rehabilitado no se evidencian fisuras o deterioro de los elementos Cauces El cauce del rio se encuentra en buen estado, se observa un caudal significativo Puente en general En general no se observan desplomes, asentamientos, fisuras, o deterioro del puente, no se evidencian daños en la estructura, el puente recientemente fue rehabilitado PUENTE SOBRE CANAL DE RIEGO K Es un puente de una luz, de 10,20 metros, la superestructura cuenta con cinco vigas en concreto reforzado de 0,5 * 0,8 metros, ancho de tablero de 9,55 m, aletas en concreto de 4,50 m de longitud, altura de estribos de 4,56 m. Superficie del puente y accesos La superficie de rodadura es en pavimento flexible (código 01), se encuentra en regular estado especialmente en la zona donde deberían ubicarse las juntas. Juntas de expansión No cuenta con juntas de expansión. Andenes/Bordillos No dispone de bordillos ni andenes, la baranda metálica se apoya en la placa. Barandas En tubería metálica, en regular estado. Iluminación El puente no cuenta con luminarias ni ningún tipo de iluminación. Señalización Se tiene una señal donde indica el puente, la baranda esta demarcada y pintada, es la única señal preventiva de la estructura. 32

33 Drenajes Se cuenta con drenajes que permiten la evacuación de las aguas lluvias. Apoyos Los apoyos en neopreno se encuentran en condiciones aceptables. Consideraciones generales para el registro de daños en los elementos de concreto No se evidencian daños significativos, asentamientos, desplomes, fisuras, en las vigas se observa defectos en la construcción. Aletas y estribos El puente cuenta con aletas en concreto se encuentran en buen estado, presentan deterioro superficial. Pilas No cuenta con pilas. Losas, vigas y riostras No se evidencian deflexiones, fisuras o daños significativos, hay deterioro superficial, pequeñas fisuras, humedad. Cauces El cauce del rio se encuentra en buen estado, se observa el arrastre de rocas de tamaño considerable, según información de habitantes del sector el nivel de aguas en invierno se aumenta considerablemente pero no afecta a la estructura del puente. Puente en general En general no se observan desplomes, asentamientos, fisuras, o deterioro del puente, no se evidencian daños en la estructura, el puente recientemente fue rehabilitado, sin embargo las juntas colocadas han presentado deterioro PUENTE RIO SABANDIJA K Es un puente de una luz, la superestructura es un arco metálico de longitud de 81,20 metros, ancho de tablero de 10,10 m. 33

34 Superficie del puente y accesos La superficie de rodadura es en pavimento flexible (código 01), se encuentra en buen estado, recientemente rehabilitado Juntas de expansión Se observan en buen estado Andenes/Bordillos Los bordillos son en concreto reforzado, se encuentran en buen estado, no se dispone de andenes. Barandas En estructura metálica, en buen estado, algunas zonas requieren mantenimiento Iluminación El puente no cuenta con luminarias ni ningún tipo de iluminación Señalización 34

35 Se tiene una señal donde indica el puente, la baranda esta demarcada y pintada, es la única señal preventiva de la estructura Drenajes Se cuenta con drenajes que permiten la evacuación de las aguas lluvias Apoyos Los apoyos en neopreno se encuentran en condiciones aceptables Consideraciones generales para el registro de daños en los elementos de concreto No se evidencian daños significativos, asentamientos, desplomes, doblamiento de elementos, o alto deterioro, sin embargo la estructura metálica en arco requiere una pronta intervención, realizar una limpieza y mantenimiento, protección de elementos Aletas y estribos Los estribos en concreto presentan alta contaminación y deterioro superficial del concreto, se requiere limpieza y mantenimiento Pilas No cuenta con pilas Losas, vigas y riostras No se evidencian deflexiones, fisuras o daños en la placa Cauces El cauce del rio se encuentra en buen estado, se observa el arrastre de rocas de tamaño considerable, según información de habitantes del sector el nivel de aguas en invierno se aumenta considerablemente pero no afecta a la estructura del puente. Elementos Metálicos En general se requiere un mantenimiento de los diferentes elementos del arco, las vigas, riostras, uniones, arco presentan deterior, se sugiere una pronta intervención. Puente en general En general no se observan desplomes, asentamientos, fisuras, o deterioro del puente, no se evidencian daños en la estructura, el puente sin embargo requiere un pronto mantenimiento de la estructura metálica y de los estribos. 35

36 PUENTE K Es un puente de dos luces, recientemente rehabilitado, de luz total de 32,0 metros, una luz de 19,50 y otra de 12,50 metros, ancho de tablero de 8,30 m, la superestructura cuenta con cuatro vigas en concreto reforzado de 0,50 * 0,95 de altura, una pila central en concreto reforzado de altura 6,85 metros, ancho de la pila 8,70 m. Superficie del puente y accesos La superficie de rodadura es en pavimento flexible (código 01), se encuentra en buen estado. Juntas de expansión No cuenta con juntas. Andenes/Bordillos Los bordillos son en concreto reforzado, se encuentran en buen estado, no se dispone de andenes, recientemente se realizó mantenimiento. Barandas En estructura metálica, recientemente se realizó mantenimiento. Iluminación El puente no cuenta con luminarias ni ningún tipo de iluminación. 36

37 Señalización Se tiene una señal donde indica el puente, la baranda esta demarcada y pintada, es la única señal preventiva de la estructura. Drenajes Se cuenta con drenajes que permiten la evacuación de las aguas lluvias. Apoyos Los apoyos en neopreno se encuentran en condiciones aceptables. Consideraciones generales para el registro de daños en los elementos de concreto No se evidencian daños significativos, asentamientos, desplomes, fisuras, en las vigas se observa defectos en la construcción, sin embargo se presenta bastante contaminación superficial del concreto, humedad, vegetación, los bordillos en las zonas exteriores están deteriorados. Aletas y estribos El puente cuenta con aletas en concreto se encuentran en buen estado pero presentan fisuras superficiales, deterior superficial del concreto, humedad. Pilas La pila central en concreto está deteriorada superficialmente. Losas, vigas y riostras No se evidencian deflexiones, se evidencia deterioro superficial del concreto. Cauces El cauce del rio se encuentra en buen estado, se observa el arrastre de rocas de tamaño considerable, según información de habitantes del sector el nivel de aguas en invierno se aumenta considerablemente pero no afecta a la estructura del puente, se observan partes de un puente anterior en el cauce. Puente en general En general no se observan desplomes, asentamientos, fisuras, o deterioro del puente, no se evidencian daños en la estructura, se observa bastante deterioro superficial, contaminación del concreto, humedad, faltan las juntas. 37

38 PUENTE K Es un puente de dos luces, recientemente rehabilitado, vigas en concreto reforzado, cuatro vigas de 0,50 * 0,90 de sección, ancho de tablero de 8,20, adosado al puente se encuentra un puente peatonal metálico Superficie del puente y accesos La superficie de rodadura es en pavimento flexible (código 01), se encuentra en regular estado, presenta fisuras y pequeños baches. 38

39 Juntas de expansión No cuenta con juntas de expansión, se encuentra deteriorado el pavimento en la zona donde deberían estar colocadas. Andenes/Bordillos Los bordillos son en concreto reforzado, se encuentran en buen estado, no se dispone de andenes, recientemente se instaló un peatonal. Barandas En estructura metálica, recientemente se realizó mantenimiento. Iluminación El puente no cuenta con luminarias ni ningún tipo de iluminación. Señalización No tiene señalización. Drenajes Se cuenta con drenajes que permiten la evacuación de las aguas lluvias. Apoyos Los apoyos en neopreno se encuentran en condiciones aceptables. Consideraciones generales para el registro de daños en los elementos de concreto No se evidencian daños significativos, asentamientos, desplomes, fisuras, en las vigas se observa defectos en la construcción, recientemente fue rehabilitado, sin embargo se observan fisuras o regular acabado de construcción, especialmente en las vigas. Aletas y estribos El puente cuenta con aletas en concreto se encuentran en buen estado, recientemente fueron rehabilitados recientemente. Pilas Se tiene una pila en concreto reforzado de 6,40 metros de altura, ancho de 8,50 m. Losas, vigas y riostras 39

40 No se evidencian deflexiones, como recientemente fue rehabilitado no se evidencian fisuras o deterioro de los elementos, las vigas tienen una altura de 0,90 metro, separadas 1,80 m. Cauces El cauce del rio se encuentra en buen estado, se observa el arrastre de rocas de tamaño considerable, según información de habitantes del sector el nivel de aguas en invierno se aumenta considerablemente pero no afecta a la estructura del puente, se observan escombros y partes de un puente anterior en el cauce. Puente en general En general no se observan desplomes, asentamientos, fisuras, o deterioro del puente, no se evidencian daños en la estructura, el puente recientemente fue rehabilitado, sin embargo requiere la colocación de juntas y rehabilitación del pavimento. 2.5 TRAMO MARIQUITA HONDA PUENTE RIO PADILLA Es un puente de una luz, recientemente construido, cuenta con cinco vigas metálicas y placa de concreto reforzado en el tablero, la altura de los estribos es de 4,00 metros, el ancho del tablero es 10,90 m 40

41 Superficie del puente y accesos La superficie de rodadura es en pavimento flexible (código 01), se encuentra en buen estado, recientemente construido. Juntas de expansión Recientemente fueron colocadas juntas de expansión metálicas, están en buen estado. Andenes/Bordillos Los bordillos son en concreto reforzado, se encuentran en buen estado, no se dispone de andenes, pero tiene unas bermas de 1,50 a cada lado que facilitan el paso peatonal. Barandas En estructura metálica, recientemente se realizó mantenimiento. Iluminación El puente no cuenta con luminarias ni ningún tipo de iluminación. Señalización A la fecha de la visita no contaba con señalización, pero de acuerdo a información del constructor se plantea colocarlas. Drenajes Se cuenta con drenajes que permiten la evacuación de las aguas lluvias. Apoyos Los apoyos en neopreno se encuentran en buenas condiciones. Consideraciones generales para el registro de daños en los elementos de concreto No se evidencian daños significativos, asentamientos, desplomes, fisuras, es una obra nueva en muy buen estado. Aletas y estribos El puente cuenta con aletas en concreto se encuentran en buen estado, recientemente fueron construidas, hay obras de control de aguas. Pilas No cuenta con pilas. 41

42 Losas, vigas y riostras No se evidencian deflexiones, como recientemente fue construido no se evidencian fisuras o deterioro de los elementos. Cauces El cauce del rio se encuentra en buen estado, se observa el arrastre de rocas de tamaño considerable, según información de habitantes del sector el nivel de aguas en invierno se aumenta considerablemente pero no afecta a la estructura del puente, el puente anterior si se veía afectado con las crecientes. Puente en general En general no se observan desplomes, asentamientos, fisuras, o deterioro del puente, no se evidencian daños en la estructura, el puente recientemente construido está en muy buenas condiciones. 2.6 INFORME SOBRE ANTECEDENTES DE OPERACIÓN Y COMPORTAMIENTO ESTRUCTURAL DE CADA PUENTE Los puentes existentes han tenido obras de rehabilitación, especialmente los del tramo entre Ibagué y Mariquita, se han rehabilitado los puentes: Totare k , Rio Recio, K , puente Padilla entre Mariquita y Honda. Los puentes la libertad entre Armero y Cambao y el puente ubicado a la salida del municipio de murillo hacia la Esperanza presentan restricción de carga, el primero a un camión de 40 toneladas y el segundo una carga máxima de 12 toneladas. Los demás puentes han sido intervenidos parcialmente; en los cuales se han realizado labores de mantenimiento parciales. Se tiene en general afectaciones por: capa de rodadura, desgates de bordillos, oxidación barandas, deterioro de juntas, deterioro superficial del concreto en los diferentes elementos, contaminación superficial del concreto, humedad, fisura por errores constructivos. En el siguiente capítulo se describen las obras que requieren en general los puentes, y se enuncian las intervenciones recientes. 42

43 2.7 PROPUESTAS Y DESCRIPCION DE ACTIVIDADES DE REHABILITACION, MANTENIMIENTO, REPOTENCIACIÓN, CONSTRUCCIÓN O CAMBIOS A GARANTIZAR LA CORRECTA OPERACIÓN Los puentes incluidos en los tramos de la APP Cambao Manizales requieren diferentes obras de rehabilitación y mantenimiento, dentro de estas actividades se tienen: De tipo rutinario: Limpieza de juntas, barandas, andenes, bordillos, drenes, losas y vigas, apoyos, muros de contención, pilas y estribos, arcos, limpieza y remoción de obstáculos en el cauce. De tipo periódico, tales como: Reparación Y/O Reposición de sellos de juntas de dilatación Sujeción y reposición de pernos Pintura de componentes de concreto Pintura de componentes de acero Reparación o reemplazo parcial de bordillos y/o andenes Protección de conos y taludes Y las obras más considerables corresponden a las de rehabilitación: Superficie de rodadura: cambio de pavimento asfáltico, tratamiento superficial, reparación de pavimento. Juntas de dilatación, reparación de junta, cambio de junta. Andenes y bordillos, cambio total de andén y/o bordillo. Barandas, reparación de barandas de concreto o de acero, cambio de barandas. Conos y taludes, rellenar, reparación de elementos de protección, construcción de cunetas. Aletas, reparación de concreto, encamisado de concreto, cambio parcial. Estribos, reparación de concreto, encamisado de concreto para protección, cambio total de la estructura, nivelación. Pilas, reparación de concreto, encamisado o revestimiento en concreto, mejoramiento sísmico, nivelación. Apoyos, cambio de apoyos, corrección de posición, reparación de concreto, ampliación de apoyo. Losa, reparación de concreto, inyección de grietas. Vigas, largueros o diafragmas, reparación de concreto, inyección de fisuras, refuerzo de viga. Cauce, re-nivelación del cauce, reencauzamiento del cauce, gaviones, bolsacreto, obras de protección. 43

44 De acuerdo a la inspección realizada, para los puentes existentes en los tramos incluidos dentro del proyecto APP Cambao Manizales, se tiene las siguientes obras de reparación, rehabilitación: TRAMO CAMBAO ARMERO Puente la Libertad, se encuentra emplazado sobre el Río Magdalena, Se requiere para mejorar el tráfico un puente adosado con la capacidad de carga adecuada, las condiciones actuales restringe el tráfico. TRAMO ARMERO - LIBANO Los puentes sobre este tramo requieren una intervención a corto plazo en elementos como: carpeta asfáltica, colocación de juntas, pavimento, rehabilitación de barandas, señalización, pintura, mantenimiento y limpieza de estribos, alteas y vigas. TRAMO MURILLO ALTO DE VENTANAS Puente salida Murillo: El principal inconveniente de este puente es la carga máxima permitida, se tiene una señal de carga máxima de 12,0 toneladas, muy inferior a la requerida. Dentro del diseño proyectado se plantea un rediseño geométrico en este punto, lo que genera la necesidad de un puente de mayor ancho, diferente geometría. Dentro de las obras planteadas se tiene un nuevo puente en este punto. Conservar el puente actual limita el tráfico, adicionalmente requiere un mantenimiento general, colocación de juntas, arreglo de barandas, entre otros TRAMO IBAGUÉ ARMERO Puente Rio Alvarado K El puente requiere un mantenimiento, limpieza y pintura de barandas, las juntas deben repararse, se sugiere colocar juntas en los apoyos de las pilas, al pavimento debe realizarse mantenimiento. Puente Quebrada La Caima K En general no se observan desplomes, asentamientos, fisuras, o deterioro del puente, no se evidencian daños en la estructura. El puente requiere un mantenimiento, limpieza y pintura de barandas, las juntas deben colocarse, el pavimento esta en regulares condiciones. Puente Quebrada La China K

45 El puente requiere un mantenimiento, limpieza y pintura de barandas, las juntas deben colocarse, el pavimento esta en regulares condiciones, se necesita un mantenimiento y limpieza general del puente. Puente Rio Totare K En general no se observan desplomes, asentamientos, fisuras, o deterioro del puente, no se evidencian daños en la estructura, el puente recientemente fue rehabilitado, sin embargo las juntas colocadas evidencian deterioro. Puente Quebrada Galapo K El puente recientemente fue rehabilitado, sin embargo las juntas colocadas evidencian deterioro. Puente Salida Venadillo K Se requiere la colocación de juntas, el mantenimiento, limpieza y rehabilitación de la superficie del concreto. Puente Rio Recio K Se requiere un mantenimiento de pavimento. Puente K En general no se observan desplomes, asentamientos, fisuras, o deterioro del puente, no se evidencian daños en la estructura, el puente recientemente fue rehabilitado. Puente Acceso Armero K El puente recientemente fue rehabilitado. Puente Sobre Canal De Riego K Requiere un mantenimiento a mediano plazo. Puente Rio Sabandija K En general se requiere un mantenimiento de los diferentes elementos del arco, las vigas, riostras, uniones, arco presentan deterioro, se sugiere una pronta intervención. Puente K Se observa bastante deterioro superficial, contaminación del concreto, humedad, faltan las juntas, requiere un mantenimiento e intervención en sus elementos. 45

46 Puente K El puente recientemente fue rehabilitado, sin embargo requiere la colocación de juntas y rehabilitación del pavimento. TRAMO MARIQUITA HONDA Puente Rio Padilla Es un puente de una luz, recientemente construido, cuenta con cinco vigas metálicas y placa de concreto reforzado en el tablero, la altura de los estribos es de 4,00 metros, el ancho del tablero es 10,90 m DESCRIPCIÓN TÉCNICA DE LAS POSIBLES ACTIVIDADES DE MANTENIMIENTO Y REHABILITACIÓN Limpieza de junta de dilatación con lavado a presión: La actividad consiste en la limpieza de la junta de dilatación incluyendo el retiro del sello hidráulico, con el fin de descubrir la junta en las condiciones iniciales de su construcción. El retiro de los materiales de sedimentación, vegetación, basuras y demás elementos que las obstruyen forma parte de las actividades de mantenimiento rutinario necesarias para garantizar el adecuado funcionamiento de las vigas principales y del conjunto de elementos de la superestructura. Para la correcta ejecución de ésta actividad se requiere el retiro del sello hidráulico o empaque que usualmente es especificado en las juntas de dilatación construida con ángulos de acero enfrentados. En aquellas juntas de dilatación en las que el sistema de junta haya fallado, se requiere el retiro de la junta propiamente dicha para poder acceder a la limpieza sin que esto incluya demolición del concreto de anclaje. En todo caso, se busca el retiro de la totalidad del material de obstrucción. Lavado con agua a presión, 2000 psi: El trabajo consiste en el lavado de la superficie de los puentes empleando agua a presión incluido un desengrasante, para el retiro del hollín y suciedades que químicamente pueden estar afectando al concreto y al acero de refuerzo, que adicionalmente no permiten una inspección adecuada de las superficies de concreto en los puentes, de igual forma, permite preparar la superficie para lograr una correcta adherencia de la pintura. El principal aspecto a contemplar es lograr la accesibilidad del equipo de hidrolavado. Sello de fisuras: 46

47 Consiste en la inyección de la resina epóxica de baja viscosidad tipo Sikadur 35 LV o equivalente. La superficie debe estar limpia, libre de residuos, de polvo, y totalmente identificados los puntos a inyectar, y se deben seguir todas las recomendaciones del proveedor del producto. Limpieza mecánica de acero de refuerzo corroído y aplicación de inhibidor de corrosión: Consiste en efectuar el retiro del material corroído, las escamas y demás aspectos que muestren un deterioro avanzado del acero, de igual forma, se deberá evaluar estructuralmente la pérdida de sección y su implicación en la capacidad estructural de los elementos antes de proceder con cualquier acción correctiva. Posteriormente, y previo concepto favorable del Estructural, se procederá con la aplicación del inhibidor según lo establezca la ficha técnica del Fabricante el producto. Suministro e instalación de junta elastomérica: Consiste en la instalación de juntas elastoméricas en un rango de trabajo hasta de 80 mm de ancho. La zona de trabajo debe estar adecuada y lista para la instalación de la junta, es decir, debe estar fabricado el cajón en el dimensionamiento especificado según sea el caso, la zona de separación entre los dos tramos de superestructura debe estar protegido con icopor y el área deberá estar aislada y protegida según los requerimientos ambientales del caso. Estructuras metálicas (Elementos estructurales y barandas): Se debe ejecutar las labores de reposición de pinturas que por efecto de desgaste, uso cotidiano, ralladuras superficiales, se presenten teniendo especial cuidado en controlar el espesor de acabado y garantizar que en los procesos de limpieza no se afectará el espesor de la barrera protectora. La limpieza de elementos metálicos deberá adelantarse con lija manual o mediante medio mecánicos teniendo la precaución de no retirar la pintura base, lo cual implica efectuar un control de los mils de pintura que se retiran. El lavado podrá realizarse sin jabón y con desengrasante. La limpieza debe incluir el retiro de materiales extraños a la estructura, tales como avisos, calcomanías, stickers, etc. Durante la limpieza se debe verificar la presencia de corrosión, especialmente en áreas de soldadura y en áreas de difícil acceso, así como también la pérdida de tornillería. 47

48 2.8 ESTRUCTURAS PUENTES Y VIADUCTOS TRAMOS NUEVOS DE MEJORAMIENTO TIPOLOGIA DE PUENTE A ESTUDIAR, PROCESO CONSTRUCTIVO, Y MATERIALES DEFINIENDO SUS PRINCIPALES VENTAJAS PARTICULARES. Durante la etapa de reconocimiento de campo se revisaron los puntos donde se planteaban las obras; en conjunto con los especialistas de hidráulica, geotecnia y diseño geométrico se determinaron las mejores opciones técnicas, económicas y ambientales. Los parámetros evaluados en las visitas de campo corresponden a las facilidades de construcción, lo cual se traduce en tiempos y por consiguiente, en reducción de costos. La zona de construcción en algunos casos es de fácil acceso ya que se trata de la vía existente y los sitios de las obras no requieren muchas luces o las luces son relativamente pequeñas. Revisando los puntos anteriores se plantea implementar puentes de placa en concreto y vigas. Las vigas pueden ser en concreto reforzado o postensado, en los cruces de poca luz se plantean box coulvert, esta estructura con el aval del especialista hidráulico. Se buscará uniformizar la sección de las vigas para facilitar el empleo de formaleta en caso de emplear vigas en concreto Análisis de alternativas Alternativa 1: puente con placa en concreto y vigas en acero La placa será en concreto reforzado y las vigas serán en acero. De esta forma se logra una reducción en el peso de la superestructura, pero se estima que para luces menores a 40m, esta reducción no representa más del 20% del peso total de la superestructura y a nivel de cimentación, cuando se emplean estribos cimentados directamente, la reducción de peso puede ser inferior al 10%. No se considera una solución apropiada ya que en nuestro medio, el costo de este tipo de estructuras es superior al de vigas en concreto y la reducción de costos de cimentación no compensa el aumento en el costo de las vigas. Alternativa 2: puente placa en concreto y vigas en concreto postensado Es una estructura un poco más pesada que la solución con vigas en acero, pero la diferencia en cimentación no es representativa. 48

49 Como ventaja se tiene que es un sistema muy conocido en el medio y las vigas pueden ser fundidas en el sitio (sobre cimbra) o en un patio de fundida (el patio de fundida puede estar al lado de la obra o en un sitio que permita distribuir las vigas a diferentes sitios de puentes). De acuerdo con la experiencia nacional, se sugiere el empleo de esta solución para luces entre 15m y 40m. Para luces menores, el tensionamiento no se aprovecha eficientemente y para luces mayores, se tendrían secciones muy pesadas. Alternativa 3: puente de placa en concreto y vigas en concreto reforzado Esta solución se sugiere para luces menores a 15m, aunque la cartilla del Ministerio de Transporte maneja luces de hasta 25m. El sistema es muy conocido en el medio y las vigas pueden ser fundidas en el sitio (sobre cimbra) o al igual que en el caso anterior, en un patio de fundida (el patio de fundida puede estar al lado de la obra o en un sitio que permita distribuir las vigas a diferentes sitios de puentes). Alternativa 4: cerchas en acero, de paso inferior reforzado Esta solución se aplica para luces entre 40m y 70m, que no permiten el empleo de un sistema de placa y vigas por limitaciones de gálibo. Por estas limitaciones no es posible plantear otro sistema estructural. Alternativa 5: arco en cerchas en acero, de paso inferior reforzado Esta solución se aplica para luces entre 80m y 120m, donde no es posible ubicar apoyos intermedios debido a inestabilidades del suelo. El empleo de esta solución se ve limitada a puentes rectos. Alternativa 6: puente en concreto por voladizos sucesivos Esta solución se aplica para luces entre 80m y 150m, donde no es posible ubicar apoyos intermedios debido a inestabilidades del suelo y cuando se tienen trazados curvos Selección de alternativa Teniendo en cuenta la geometría y las luces requeridas en los lugares a implementar las estructuras, se considera a partir de un análisis de costos preliminar y de facilidad de construcción, que la alternativa de placa y vigas en concreto preesforzado, es la más adecuada para las estructuras típicas de este proyecto. Para la alternativa seleccionada se analizó la posibilidad de emplear elementos pretensados con los cuales se esperaría tener menores consumos de concreto pero para 49

50 las luces que se están manejando, la reducción no es apreciable, el traslado de los elementos es bastante complejo, resulta difícil el transporte y vías de acceso que permitan movilizar vigas de 40m de longitud y pesos cercanos a 80 tn y por último, el montaje de la viga es bastante complejo. Lo anterior condujo a elegir vigas postensadas o reforzadas fundidas en el sitio, ya que al realizar un análisis del proceso constructivo, se determinó que empujar o lanzar las vigas (sean en concreto o en acero), conducía a tener que realizar labores de adecuación de la zona importantes lo cual se traduce en tiempo y costos. Adicionalmente, cuando el puente se encuentra en una zona curva complica el lanzamiento. Para la placa, se analizó la posibilidad de prefabricarla (tanto en la alternativa de vigas en acero como de concreto), pero debido a la curva, seria dispendioso y arriesgado el proceso de montaje, por lo cual se consideró como mejor alternativa fundirla en sitio Materiales y Normas Normas de diseño Para el análisis y diseño estructural se siguen las siguientes normas y especificaciones: Normas principales Código Colombiano de Diseño Sísmico de Puentes, Edición de 2007, adoptado mediante resolución 3600 de junio 20 de 1996 emanada por el Ministerio de Transporte. AIS. En adelante se mencionará como CCP. Especificaciones Generales de Construcción de Carreteras, adoptadas mediante Resolución No. 8068, del 19 de diciembre de 1996 y actualizadas con Resolución No del 27 de julio de 2002, emanadas por el Instituto Nacional de Vías. Reglamento Colombiano de Construcción sismo Resistente NSR-10, contenida en la Ley 400 de 1997, (Modificada ley 1229 de 2008) y el Decreto 926 de 19 de marzo de Normas complementarias Standard Specifications for Highway Bridges, Edición , American Association of State Highway and Transportation Officials AASHTO. En adelante se mencionará como AASHTO. LRFD Bridge Construction Specifications, Segunda Edición 2004, American Association of State Highway and Transportation Officials AASHTO. En adelante se mencionará como AASHTO/LRFD. ICONTEC 50

51 AWS Asociación Americana de soldadura Especificación AWS D1.5 Bridge Welding Code. Materiales Las características de los materiales empleados en el diseño, se encuentran en los planos estructurales y se resumen a continuación: Concreto: Pilotes: Clase D f c=210 kgf/cm2 (21 MPa) Vigas cabezal estribos: Clase D f c=210 kgf/cm2 (21 MPa) Vigas cabezal apoyos intermedios: Clase D f c=210 kgf/cm2 (21 MPa) Aletas: Clase D f c=210 kgf/cm2 (21 MPa) Placa de acceso: Clase D f c=210 kgf/cm2 (21 MPa) Placa y diafragmas: Clase C f c=280 kgf/cm2 (28 MPa) Vigas reforzadas: Clase C f c=280 kgf/cm2 (28 MPa) Vigas postensadas: Clase A f c=350 kgf/cm2 (35 MPa) Andenes y barreras de tráfico: Clase D f c=210 kgf/cm2 (21 MPa) Box: Clase C f c=280 kgf/cm2 (28 MPa) Muros de contención: Clase D f c=210 kgf/cm2 (21 MPa) Peso unitario mínimo: c = 2.4 tf/m3 Módulo de elasticidad: Ec = 12500(f c) Acero de refuerzo: NTC 2289 (ASTM A706, fy=4200 kgf/cm2-420 MPa-) Acero de tensionamiento: NTC2010 (ASTM A-416) Cables de baja relajación Esfuerzo último: kgf/cm2 (1890 MPa). Módulo de elasticidad Es = kgf/cm2 ( MPa). Acero Estructural: Postes y láminas para barandas: NTC1920 (ASTM A-36) Tubos de tráfico y pasamanos barandas: ASTM A-500 Grado C Barras para topes sísmicos AISI/SAE 1020 Normalizado gr. 50 Neoprenos Dureza 60 Refuerzo en acero NTC1920 (ASTM A-36) 51

52 Proceso constructivo Teniendo en cuenta las condiciones de acceso, disponibilidad de materiales, posibilidad de fabricación en sitio, limitaciones ambientales, entre otros aspectos, se buscó que las obras planteadas fueran de fácil ejecución El proceso constructivo de los box, puente, muros y vía en voladizo, es convencional, de común aplicación en nuestro medio. Box Coulvert: Para los box se prepara el suelo de fundación garantizando la capacidad portante del suelo de cimentación, en caso de encontrarse suelo no adecuado debe realizarse un reemplazo por material competente. Posteriormente, se funde un solado de limpieza, se arma el refuerzo, se funde la placa de fondo acorde al diseño; subsiguientemente se arma y funde los muros y por último se funde la placa superior. Los equipos, formaleta y materiales son de fácil manejo en el sitio de la obra. Muros de contención: Los muros de contención tienen un proceso similar que el anterior; se funde primero la zarpa y luego el muro, debe darse un adecuado manejo de las excavaciones y de las aguas superficiales. Puentes: El proceso constructivo de los puentes es común en nuestro medio, no requiere equipos de difícil consecución; inicialmente se realiza el replanteo, excavaciones y desplantes requeridos. Una vez finalizadas esas labores, se da inicio al proceso de construcción de los caissons preexcavados, mediante anillos de concreto. Construidos los caissons se realiza un solado de limpieza, se arma y funden los estribos, posteriormente se arman, funden y postensan las vigas. Esto puede ser en sitio o si es posible se realiza en un patio cerca al ponteadero para luego ser transportadas y montas en el sitio. Se funde la losa del tablero, se colocan elementos como juntas, barandas, drenajes, se funde la losa de transición y por último se coloca el pavimento flexible. Durante la ejecución de las obras debe tenerse el seguimiento y control normal, como topografía, toma de pruebas de laboratorio, control de materiales, verificación de refuerzo, calidad del concreto y manejo de aguas entre otros. 52

53 2.8.2 DISEÑO PARA CONCESIÓN Los tramos de las vías incluidos en la estructuración, cuentan con una infraestructura de puentes ya construida y corredores definidos; sin embargo los tramos entre Murillo y la Esperanza, son tramos nuevos, esto implica que requieren obras nuevas en puntos críticos. Acorde al diseño geométrico y a las condiciones hidráulicas, En la Tabla 1 se presenta el inventario de estructuras existentes y proyectadas según el especialista hidráulico (en las cuales se describe el tipo, luz y ubicación según abscisado). Tabla 1. Inventario de Obras hidráulicas existentes y proyectadas. Sitio Abscisa Características de la estructura Tipo de Estructura Existente Alternativa a proyectar Vallecitos K Pontón Puente de Luz = 26 m, h=8,25 m Sitio Abscisa Lagunilla K Pontón Tipo de Estructura Existente Alternativa a proyectar 1) Puente L= 40 m h=6,6 m. 2) 3 Box L= 3 m X h=3m c/u. Sitio Abscisa Cráter Piraña K Tipo de Estructura Existente Pontón Alternativa a proyectar 1) Puente L= 40 m h=6,6 m. 2) 1 Box L= 3 m, h=2,5 m. Sitio Abscisa Tipo de Estructura Existente Alternativa a proyectar Azufrado K Pontón Box L= 3 m, h=3,0 Sitio Hedionda (Brazo Azufrado) río Abscisa Tipo de Estructura Existente Alternativa a proyectar K Box Coulvert Puente L= 40 m h=8,0 m. 53

54 Teniendo en cuenta las estructuras mayores, tipo puentes y pontones, en la zona se cuenta actualmente con la infraestructura de: cuatro (4) pontones un (1) box coulvert Cuyas estructuras según patología, geometría e hidráulica se requieren reemplazar. Así las cosas, a continuación se presentan las dimensiones estructurales en sección transversal y longitudinal de las estructuras a implementar. Estructuras a implementar: Acorde a lo definido en el estudio geométrico e hidráulico, se establecieron las secciones más adecuadas en cada punto y la solución que se ajustara más a los requerimientos técnicos. Las posibilidades estudiadas en cada punto correspondieron a: Puente Vallecitos: ubicado a la salida de Murillo. Existe actualmente un puente con una capacidad de carga de 12 ton, del cual no se dispone de planos de diseño o construcción. Basados en el diseño geométrico, la estructura existente en este punto no se ajusta al alineamiento, ni en planta ni en altura. Razón por la cual, se proyecta un puente de 26 metros de longitud aproximadamente. Como solución estructural se proyecta un puente con vigas de concreto reforzado, convencionales, apoyadas en estribos de concreto reforzado. Se plantea dejar los estribos existentes como elementos de protección de orilla y demoler la superestructura. El puente proyectado se implantará en los extremos de los estribos actuales, por lo que la nueva obra no afecta la cimentación existente y con el fin de no afectar el tráfico se plantearía la construcción en cada sentido. Se definió esta solución estructural con el fin de facilitar el proceso constructivo, a nivel de factibilidad con vigas en concreto reforzado por durabilidad, poco mantenimiento requerido (comparado con la estructura metálica), facilidad constructiva y la luz de diseño permite esta solución. Rio Lagunilla: se plantea en este punto una solución mediante un puente de 40 m de luz o un box culvert de tres celdas de 9,00 X 3,00 metros. Basados en el estudio hidráulico, se concluyó que el box de tres celdas cumple con los 54

55 parámetros necesarios. Por lo anterior, y por su facilidad constructiva se tomó esta alternativa como la mejor solución de diseño. Cráter Piraña: hidráulicamente en este punto un box coulvert de 3,00 X 2,50 metros cumple adecuadamente los requerimientos; por esta razón se dejó esta única alternativa. Quebrada El Azufrado: de la misma manera al punto anterior la mejor solución consiste en un box coulvert, de sección 3,00 X 3,00 m. Quebrada Hedionda: de acuerdo a las condiciones topográficas y al diseño geométrico, se planteó en este punto como mejor solución la construcción de un puente de 40 metros de luz, sin apoyo intermedio. Para esta estructura, se plantea utilizar un puente con vigas en concreto pre esforzado o una segunda alternativa es la construcción con vigas metálicas o con vigas cajón; por costos se plantea a nivel de factibilidad un puente con vigas pre esforzado Criterios técnicos de pre-dimensionamiento Predimensionamiento de Box Culvert Las dimensione internas del box Culvert asienten a las necesidades hidráulicas de la zona a intervenir, y el espesor de sus elementos se ajusta a las condiciones de carga y la altura del relleno. Predimensionamiento de Puentes La implantación de los puentes se realiza según el entorno la topografía y el diseño geométrico, respetando los gálibos horizontales y verticales definidos por las normas, y garantizando la capacidad hidráulica necesaria según los cauces intervenidos. Las dimensiones estructurales de los puentes obedecen a la tipología seleccionada, a las luces a utilizar, y el espaciamiento entre vigas, en este caso puentes en concreto preesforzado de una sola luz. Predimensionamiento de Cimentaciones Las cimentaciones resultan de las recomendaciones dadas por los estudios geotécnicos y ajustados a las cargas finales de cada estructura. 55

56 Box Culvert de 3 x 3 El presente estudio corresponde al análisis y diseño estructural de un Box Coulvert para: La vía Cambao - Manizales cuenca 65 río Azufrado (PR ) de 10 metros de longitud. PROPIEDADES DE LOS MATERIALES Concreto f ' c 280 kg/cm 2 (Relación A/C máx.45) Acero de refuerzo f y 4200 kg/cm 2 Geometría del Box Dimensiones internas l x 3,00 m l y 3,00 m Espesor placa Sup 0,50 m Inf 0,30 m Espesor muros longitudinales 0,30 m Material de relleno Espesor relleno ángulo fricción peso unitario s 1 sen K A 1 sen K O 1 sen Sobrecarga e 0,30 m 30 1,7 t/m 3 0,33 0,50 0,00 m Carga viva (bordillo, andén, etc) 0 t/m 2 Nivel freático (desde la rasante) 0,30 m Capacidad portante 35,11 t/m 2 NORMATIVIDAD CÓDIGO COLOMBIANO DE DISEÑO SÍSMICO DE PUENTES CODE REQUIREMENTS FOR ENVIRONMENTAL ENGINEERING CONCRETE STRUCTURES AND COMMENTARY (ACI ) METODOLOGÍA DE DISEÑO El análisis y diseño estructural se realiza de acuerdo con lo estipulado por el Método de la Resistencia (LRFD), utilizando las combinaciones y factores de carga dados por el Codigo Colombiano de Diseño Sísmico de Puentes 1995 y los coeficientes de reducción de resistencia previstos por el código ACI para cada tipo de esfuerzo. 56

57 Cargas 57

58 Presión = Tierras Hidrostática W relleno= 0,51 t/m2 0,3 0,5 0,105 t/m 2 0,0 t/m 2 3,00 0,3 3,00 Pt = 1,435 t/m 2 Ph = 3,8 t/m 2 Subpresión = 3,8 t/m2 CARGA VIVA P= 15,00 t e= 1,80 m 1,8 2,325 0,525 área aplicación de las cargas 1,22 m 2 Factor de impacto 0,3 Q camión 12,29 t/m 2 Diagrama de cargas: 58

59 59

60 Combinación de cargas: 60

61 Resultados de la modelación: 61

62 El modelo analítico se realiza con SAP La estructura se apoya por medio de elementos SPRING y se restringen el desplazamiento vertical y horizontal del box. Las cargas variables se modelan por medio de Joint Patterns distribuidos en la altura del muro. El peso propio es considerado por la modelación. Muros longitudinales: Momentos envolventes M22 (t.m) Momentos envolventes M11 (t.m) 62

63 Corte envolvente (t) Placa superior Momentos envolventes M11 (t.m) 63

64 Momentos envolventes M22 (t.m) 64

65 Placa de fondo Momentos envolventes 11(t.m) 65

66 Momentos envolventes 22 (t.m) Corte envolvente (t) 66

67 Diseño muros longitudinales 67

68 Diseño placa superior 68

69 Diseño placa de fondo 69

70 70

71 Esfuerzos actuantes en el suelo Revisión flotación por efectos de la subpresión 71

72 Box Culvert de 3 x 3 múltiple El presente estudio corresponde al análisis y diseño estructural de un Box Coulvert múltiple, doble y triple para: La vía Cambao Manizales, para las cuencas 53 río Lagunillas (PR93+152) y 62 quebrada Plazuela en el PR , ambos de 10 metros de longitud. 72

73 Cargas: 73

74 Diagrama de cargas: 74

75 75

76 Combinaciones de carga: 76

77 Resultados de la modelación 77

78 El modelo analítico se realiza con SAP La estructura se apoya por medio de elementos SPRING y se restringen el desplazamiento vertical y horizontal del box. Las cargas variables se modelan por medio de Joint Patterns distribuidos en la altura del muro. El peso propio es considerado por la modelación. Muros longitudinales: Momentos envolventes M22(t.m) Momentos envolventes M11(t.m) 78

79 Corte envolvente (t) Placa superior Momentos envolventes M11 (t.m) 79

80 Momentos envolventes M22 (t.m) Corte envolvente (t) 80

81 81

82 Placa de fondo Momentos envolventes M11 (t.m) 82

83 Momentos envolventes M22 (t.m) Corte envolvente (t) 83

84 Diseño de muros longitudinales 84

85 Diseño placa superior 85

86 Diseño placa de fondo 86

87 Esfuerzos actuantes en el suelo Revisión flotación por efectos de la subpresión 87

88 Puente L= 26 m. Cuenca No. 46 Río Vallecitos El presente estudio corresponde al diseño estructural de un puente vehicular de 2 carriles ubicado en la cuenca No 46 del río Vallecitos en el PR de la vía Murillo La Esperanza. El puente se configura con un ancho de 9.70m con barreras tipo New Jersey a 1 cara de 0.35m de ancho. La luz a salvar es de 26m de longitud, para lo cual se consideran 4 vigas de concreto pre-esforzado simplemente apoyadas en vigas cargaderos en los extremos que a la vez descansan sobre Caissons de 1.20m de diámetro cimentados a 7.00m de profundidad. En la Figura 1 se ilustra la sección transversal típica del puente. Las vigas de concreto preesforzado, tienen una sección en I de 1.28 m de altura y sobre ellas descansa una losa de concreto reforzado de 2da etapa de 0.20m de espesor, conformando así la superestructura del puente. Debido a la configuración curva del puente se establecen 1 viga riostra centrales y una en cada apoyo del puente con el fin de reducir los efectos torsionales en las vigas longitudinales. Códigos de diseño: 88

89 Código Colombiano de Diseño Sísmico de Puentes (CCDP-95). Metodología de diseño Las fuerzas internas se revisan de acuerdo al método del estado límite de resistencia (LRFD). El diseño de la estructura se realiza con el método de la rotura. La revisión de los desplazamientos se evalúa según las solicitaciones de servicio. Materiales Concreto Estructural Superestructura f'c = 35,0 MPa (5000 PSI) Módulo de Elasticidad Ec = MPa Concreto Estructural Cargaderos, Caissons y barreras f'c = 21,0 MPa (3000 PSI) Módulo de Elasticidad Ec = MPa Concreto de Limpieza f'c = 14 MPa (2000 PSI) Acero de Refuerzo fy = 420 MPa (60000 PSI) Densidad Concreto gc = 24 kn/m³ Avalúo de cargas La definición de cargas se hace en base a las especificaciones de CCDSP-95, con el camión de diseño establecido en el Código Colombiano de Diseño Sísmico de Puentes. Así mismo, solicitaciones particulares como las debidas a sismo y a viento se determinan de acuerdo al código colombiano. Las fuerzas internas se revisarán de acuerdo al método del estado límite de resistencia, verificando las deformaciones para el estado límite de servicio. 89

90 Cargas permanentes Cargas Muertas debidas a instalaciones (DW) 90

91 Cargas transientes Carga Viva Vehicular (LL) 91

92 Amplificación Dinámica - Impacto (IM) Carga Viva Peatonal (PL) La carga viva peatonal consiste en una carga uniforme de Ton/m2 aplicada en un ancho de 1.15m y a lo largo de la longitud del puente en ambos extremos de la sección transversal. Fuerza Centrífuga (CE) Fuerza Longitudinal de Frenado (BR) La fuerza de frenado se calcula como el 25% del peso de cada eje del camión HL-93 aplicado a 1.80m sobre la superficie de rodadura. 92

93 Fuerza de frenado por eje de 10 Ton = Fuerza de frenado por eje de 15 Ton = 2,5 Ton 3,8 Ton Combinaciones de carga y factores de resistencia 93

94 Factores de resistencia 94

95 95

96 96

97 97

98 Tabulación cables 98

99 99

100 100

101 101

102 102

103 Losa 103

104 104

105 Vigas riostras centrales 105

106 106

107 107

108 Losa 108

109 Transferencia De Corte Viga Losat Puente L= 40 m. Quebrada la Hedionda Consiste en un puente de luz 40 m, dos carriles vehiculares de ancho de 3.65 m, una berma de ancho de 0.95 m a cada costado y un paso peatonal de ancho de 1 m en cada costado. Se plantea una superestructura conformada por una placa de espesor mínimo de 0.21 m y máximo de 0.30 m en el arranque de los voladizos de la placa, voladizos de longitud variable para lograr la curva del diseño geométrico. La placa se apoya sobre 4 vigas separadas 3.0 m entre ejes centrales, que, luz de 40 m se emplean vigas postensadas con sección I. En el diseño Las vigas se consideran como elementos simplemente apoyados sobre neoprenos convencionales, los cuales a su vez están apoyados sobre los estribos de cimentación, que transmiten las cargas al suelo en los apoyos extremos, los estribos se 109

110 consideran como viga cabezal sobre pilotes; en los apoyos intermedios las vigas longitudinales descansan sobre neoprenos convencionales, que transmiten las cargas a una viga cabezal que a su vez está apoyada sobre pilotes, conformando el sistema denominado pila-pilote para la transmisión de cargas, la viga cabezal contiene topes sísmicos tanto en sentido longitudinal como en sentido transversal, para asegurar la transmisión de fuerzas horizontales (en especial fuerzas sísmicas) en tales direcciones; la placa superior es continua en la zona de apoyos intermedios lo que asegura una mejor transferencia de fuerzas horizontales. Parámetros de análisis y diseño Topografía y diseño vial La información topográfica y el diseño vial fueron realizados dentro del presente estudio. Estudio hidráulico y de socavación En el estudio geotécnico realizado hace referencia a las características hidráulicas de la zona y la evaluación de las posibilidades de socavación en la zona de pilas cercanas al cauce en los puentes sobre flujos de agua. Estudio geotécnico El estudio geotécnico fue elaborado por los especialistas respectivos y en el cual se encuentran los parámetros geotécnicos para el diseño estructural de la cimentación, así como los datos sísmicos. Debido a la configuración de las estructuras, el análisis se realizará siguiendo el Procedimiento de Análisis Sísmico Simple PAS-S. El espectro de diseño (según el Código Colombiano de Diseño Sísmico de Puentes) se presenta más adelante. Cargas Las cargas empleadas para el análisis y diseño de la estructura son las siguientes: Cargas muertas (D) Corresponde al peso propio de la estructura y el peso de los elementos que permanecerán fijos durante la vida útil de la estructura (cargas permanentes o comunes). Los pesos unitarios de los materiales se tomarán de los enunciados en el CCP en el capítulo A.3. Para el concreto y para la carpeta asfáltica, según el CCP se empleará un peso unitario de 2.4 tf/m3. 110

111 El peso de las cargas permanentes o comunes (carpeta asfáltica, barreras de tráfico, andén, barandas, etc.), se calcula a continuación: CARGAS PERMANENTES O COMUNES CARGA VALOR (t/m) Carpeta asfáltica: 9.2 x 0.05 x Andén: 2 x (0.1837x x0.25x2.4/2) 1.03 Baranda 0.20 Total cargas permanentes 2.33 Se asume una carga de 2.4 t/m. Carga viva (L) De acuerdo con el Código Colombiano de Diseño Sísmico de Puentes (CCP), se emplea el camión de diseño C o su línea de carga equivalente. Teniendo en cuenta carriles de ancho de 3.65 m, y el espacio útil que ofrece la zona de bermas y los andenes, se realiza el diseño para 2 carriles. A continuación se presenta un esquema del camión de diseño con sus dimensiones y cargas correspondientes, información tomada y ajustada del CCP y de AASHTO. 111

112 Cargas de diseño Flexión en luces mayores a 28 m Se considera una carga uniforme por carril igual a: Más una carga puntual flotante de: P = 12 t Cortante en luces mayores a 24m Se considera una carga uniforme por carril igual a: Más una carga puntual flotante de: Otras consideraciones: P = 16 t Adicionalmente la carga viva vehicular deberá ser incrementada en todos los elementos del puente que no se encuentren directamente en contacto con el suelo con el fin de incluir efectos de vibración y el impacto generado por la velocidad del camión de diseño al entrar al puente. Este incremento se calcula como: Para el diseño de la infraestructura se deberá considerar una fuerza longitudinal aplicada a 1.8m de la rasante producida por efecto de frenado, fuerza que tendrá un valor igual al 5% de la carga viva (esta carga se denomina LF). También se debe tener en cuenta los efectos de la fuerza centrífuga en puentes curvos, de acuerdo con la sección A.3.4 del CCP. 112

113 Sismo (EQ): Para el análisis sísmico se siguen las indicaciones de la sección A.3.5 del CCP. De acuerdo con el tipo de estructura, su ubicación y su uso, la clasificación por importancia de este puente corresponde a grupo 1, puentes esenciales. Por lo anterior y según el coeficiente de aceleración (A) indicado en el informe geotécnico, estos puentes se clasifican como de Categoría Comportamiento Sísmico C (CCS-C). Para estructuras de una luz, el análisis se realizará siguiendo el Procedimiento de Análisis Sísmico Simple PAS-S. Para puentes de 2 o más luces, se realizará el Procedimiento de Análisis Sísmico 1 PAS-1 y el espectro empleado en el análisis estructural para puentes de 2 o más luces se presenta en la siguiente figura: Espectro de aceleraciones de diseño Aunque como se mostró anteriormente, en este tramo particular del proyecto no se generaron puentes de varias luces. De acuerdo con las indicaciones de norma, se deben tener en cuenta los efectos ortogonales del sismo. Viento (w) La fuerza máxima del viento en la superestructura, para una luz de 10.0 m, es igual a: Fw = 0.25 ( ) x 10.0 = ~5.80 tf. 113

114 A partir de lo anterior, en cada estribo de la luz de 10.0 m se tienen fuerzas de viento menores a 2.9 tf, valor inferior a las fuerzas cortantes que se presentan en condiciones de sismo, ya que esta fuerza tendrá un valor aproximado de: EQ = A x Wsuper / 2 = 0.20 x / 2 = ~12.77 t. La fuerza máxima del viento en la superestructura, para una luz de 40.0 m, es igual a: Fw = 0.25 ( ) x 40.0 = ~36tf. A partir de lo anterior, en cada estribo de la luz de 40.0 m se tienen fuerzas de viento de ~18tf, valor inferior a las fuerzas cortantes que se presentan en condiciones de sismo, ya que esta fuerza tendrá un valor aproximado de: EQ = A x Wsuper / 2 = 0.20 x / 2 = ~71.17 t. Adicionalmente, se ha calculado la fuerza del viento sin tener en cuenta que la velocidad del viento en la zona del proyecto es inferior a la velocidad básica de diseño (160 km/h) y por lo tanto podrían disminuirse estas fuerzas. Por todo lo anterior, se desprecia el efecto del viento. Fuerzas térmicas (T) Debido a que la superestructura se encuentra simplemente apoyada sobre neoprenos que permiten un relativo desplazamiento libre de las vigas, se desprecia el efecto de temperatura, creep y retracción de fraguado en el diseño de la infraestructura. Para el diseño de las vigas si se tiene en cuenta el efecto del creep y de retracción de fraguado. Fuerza de la corriente (SF) En los puentes de una sola luz no se presenta efecto del flujo de la corriente sobre los estribos y para puentes de 2 o más luces, la ubicación de las pilas centrales se realizará de tal forma que queden por fuera del flujo de agua. Presión de tierras (E) El efecto de la presión de tierras sobre los estribos, muros de contención y muros de las estructuras tipo box se considera en todos los casos con los siguientes parámetros: Peso unitario del relleno = 2.0 t/m3. Coeficiente de empuje activo Ka = 0.33 Coeficiente de empuje activo en sismo Kae = 0.40 Coeficiente de aceleración sísmica A = 0.20 Se considera el efecto de presión de tierras tanto en condiciones estáticas como dinámicas (sismo). Para el caso dinámico se sigue el procedimiento pseudo estático Mononobe-Okabe. 114

115 En el diseño de los estribos se considera la presencia de una placa de acceso, con lo cual se puede despreciar el efecto del empuje producido por la carga viva sobre el terraplén de acceso. Combinaciones de cargas El diseño de los elementos se realizará siguiendo como mínimo las indicaciones del CCP con respecto a las combinaciones o grupos de carga. De acuerdo con las secciones anteriores, las cargas que soportará la estructura permiten tomar los siguientes grupos de cargas. Condiciones de servicio Para verificar la capacidad de carga de los pilotes se emplea la siguiente combinación de carga: Grupo I: D + (L+I)+ E El diseño de las vigas postensadas, se analizarán los diferentes estados de esfuerzos, combinaciones que se presentan en el diseño. Condiciones últimas En los elementos que sean aplicables, el diseño se hará para los siguientes grupos de carga: Grupo I: 1.3 (D (L+i) E) Grupo VII - SL: D + 100%EQx + 30%EQy + E Grupo VII - ST: D + 30%EQx + 100%EQy + E Normas de diseño Para el análisis y diseño estructural se siguen las siguientes normas y especificaciones: Normas Principales Código Colombiano de Diseño Sísmico de Puentes, Edición de 2007, adoptado mediante resolución 3600 de junio 20 de 1996 emanada por el Ministerio de Transporte. AIS. En adelante se mencionará como CCP. Especificaciones Generales de Construcción de Carreteras, adoptadas mediante Resolución No. 8068, del 19 de diciembre de 1996 y actualizadas con Resolución No del 27 de julio de 2002, emanadas por el Instituto Nacional de Vías. 115

116 Reglamento Colombiano de Construcción sismo Resistente NSR-10, contenida en la Ley 400 de 1997, (Modificada ley 1229 de 2008) y el Decreto 926 de 19 de marzo de Normas Complementarias Standard Specifications for Highway Bridges, Edición , American Association of State Highway and Transportation Officials AASHTO. En adelante se mencionará como AASHTO. LRFD Bridge Construction Specifications, Segunda Edición 2004, American Association of State Highway and Transportation Officials AASHTO. En adelante se mencionará como AASHTO/LRFD. ICONTEC AWS Asociación Americana de soldadura Especificación AWS D1.5 Bridge Welding Code. Materiales Las características de los materiales empleados en el diseño, se encuentran en los planos estructurales y se resumen a continuación: Concreto Pilotes: Clase D f c=210 kgf/cm2 (21 MPa) Vigas cabezal estribos: Clase D f c=210 kgf/cm2 (21 MPa) Vigas cabezal apoyos intermedios: Clase D f c=210 kgf/cm2 (21 MPa) Aletas: Clase D f c=210 kgf/cm2 (21 MPa) Placa de acceso: Clase D f c=210 kgf/cm2 (21 MPa) Placa y diafragmas: Clase C f c=280 kgf/cm2 (28 MPa) Vigas reforzadas: Clase C f c=280 kgf/cm2 (28 MPa) Vigas postensadas: Clase A f c=350 kgf/cm2 (35 MPa) Andenes y barreras de tráfico: Clase D f c=210 kgf/cm2 (21 MPa) Box: Clase C f c=280 kgf/cm2 (28 MPa) Muros de contención: Clase D f c=210 kgf/cm2 (21 MPa) Peso unitario mínimo: c = 2.4 tf/m3 Módulo de elasticidad: Ec = 12500(f c) Acero de refuerzo: NTC 2289 (ASTM A706, fy=4200 kgf/cm2-420 MPa-) Acero de tensionamiento: NTC2010 (ASTM A-416) Cables de baja relajación Esfuerzo último: kgf/cm2 (1890 MPa). 116

117 Módulo de elasticidad Es = kgf/cm2 ( MPa). Acero Estructural Postes y láminas para barandas: NTC1920 (ASTM A-36) Tubos de tráfico y pasamanos barandas: ASTM A-500 Grado C Barras para topes sísmicos AISI/SAE 1020 Normalizado gr. 50 Neoprenos Dureza 60 Refuerzo en acero NTC1920 (ASTM A-36) Diseño superestructuras Diseño vigas de L=40 m Datos generales sobre material 117

118 Datos Generales sobre elementos de protección y condiciones ambientales L=40 m Esquema general para la definición geométrica de la viga L=40 m La geometría de la viga se define a continuación: Luz (L) = Distancia (A) = Altura (H) = Bloque (B) = Transición (T) = m 0.30 m 2.00 m 2.00 m 1.00 m 118

119 H= 2.00 m bs = 0.80 m bi = 0.80 m ts = 0.20 m a = 0.15 m ti = 0.20 m b = 0.15 m ta = 0.23 m c = 1.30 m Las propiedades geométricas de la viga son las siguientes: Propiedades geométricas de la viga en el centro de la luz L=40 m Se recuerda que para el cálculo de propiedades en sección compuesta se utilizó una altura de placa de 0.21 m y ancho efectivo de placa de 2.40 m. Según las especificaciones del CCP, los elementos deben tener como mínimo las siguientes alturas: Losa: 0.07S, donde S=3-0.8=2.20 m 2.2 X 0.07= m, y se ha dispuesto de una losa de 0.21 cm, por lo tanto este requisito se considera cumplido. Vigas T: 0.07S, donde S= 40 m. 119

120 40 X 0.07= 2.80 m, y la viga tiene una altura de 2.00 m en su sección simple y una altura de 2.21 m en su sección compuesta, dado que es un elemento postensado, y este comportamiento ayuda para el control de deflexiones, este criterio se considera cumplido. Evaluación de cargas L=40m A continuación se presenta la evaluación de la carga muerta: Esquema para la evaluación de la carga muerta L=40 m Ancho del tablero = 11.2 m Ancho en metros de: andenes = 1.00 Número de carriles = 2.52 Número de carriles adoptado = 2 Número de diafragmas = 2 120

121 Espesor (t1) = Espesor (t2) = Espesor (t3) = Espesor pavimento (Sin considerar sobreespesor) = Altura de los diafragmas en la luz = Espesor de los diafragmas en la luz = Altura de los diafragmas sobre apoyos = Espesor de los diafragmas sobre apoyos = Altura del andén en el borde interno de la placa (ha) = Longitud andén (La) = Longitud andén (Lb) = Longitud andén (Lc) = Longitud andén (Ld) = Espesor (t) = Espaciamiento entre tabiques = Espesor de los tabiques = Sobreespesor para apoyo placa-viga= 0.21 m 0.21 m 0.21 m 0.05 m 1.80 m 0.25 m 1.80 m 0.25 m 0.25 m 0.95 m 0.05 m 0.25 m 0.50 m 0.12 m 2.00 m 0.25 m 0.05 m Número de vigas = 4 Distancia entre centros de vigas (Sv) = 3.00 m Longitud del voladizo (Lv) = 1.10 m - Para Vigas Exteriores Ancho aferente Peso losa Peso capa de rodadura Peso de andén y barrera Peso de baranda Peso propio viga en el centro de la luz Peso propio viga en zona de apoyo Peso propio viga en zona de transición Peso diafragma en la luz = Peso diafragma sobre apoyo = 2.60 m 1.43 t/m 0.28 t/m 0.24 t/m 0.03 t/m 1.93 t/m 4.00 t/m 2.91 t/m 1.50 t 1.19 t - Para vigas interiores 121

122 Ancho aferente Peso losa Peso capa de rodadura Peso de andén y barrera Peso de baranda Peso propio viga en el centro de la luz Peso propio viga en zona de apoyo Peso propio viga en zona de transición Peso diafragma en la luz = Peso diafragma sobre apoyo = 3.00 m 1.64 t/m 0.28 t/m 0.24 t/m 0.03 t/m 1.93 t/m 4.00 t/m 2.91 t/m 2.99 t 2.38 t Evaluación de carga viva: Factores de Rueda, impacto y reducción por número de carriles Factor de rueda para flexión viga interior (F.R) = 1.76 Factor de rueda para flexión viga exterior (F.R) = 1.07 Factor de rueda para flexión seleccionado (F.R) = 1.76 Factor de rueda para cortante en extremos de las vigas (F.R) = 2.00 Factor de impacto (I) = 20% Reducción por número de carriles = 1 Los factores de rueda anteriores, son calculados para cargas de rueda, así que para efecto del cálculo de momentos y cortantes, en los cuales se utilizará la carga del eje, los resultados obtenidos del camión (o línea de carga) transitando por la viga serán multiplicados por la mitad del resultado anterior. Línea de carga para momento Trabajar con norma CCP Camión C Carga uniforme(w)= Carga puntual (P)= 1.44 t/m 12 t Lìnea de carga para cortante Carga uniforme(w)= Carga puntual (P)= 1.45 t/m 16 t 122

123 Se trabajan con las líneas de carga para momento y cortante para el cálculo de las solicitaciones por tratarse una luz mayor a 28 m y mayor a 24 m respectivamente. Acciones de diseño L=40 m Se presentan a continuación los cortantes y momentos calculados en la viga (en condiciones de servicio) que son usados posteriormente para su diseño. Se debe mencionar que se toma la condición más crítica entre las vigas exteriores y las vigas interiores, y se realiza el mismo diseño para todas. Fuerzas Cortantes en Viga para diferentes condiciones de carga L=40 m Momentos Flectores en Viga para diferentes condiciones de carga L=40 m Los resultados totales de las tablas anteriores se presentan a continuación de manera gráfica: 123

124 Fuerza cortante total sobre viga L=40 m Momento flector total sobre viga L= 40 m Diseño de placa L=40 m Se presenta a continuación el diseño de la placa de la superestructura. 124

125 Resistencia nominal del concrteo (f'c) = 280 kgf/cm 2 Resistencia a la fluencia del acero (fy) = 4200 kgf/cm 2 Peso unitario concreto placa ( c ) = 2.5 tf/m 3 Peso unitario concreto andén y barreras ( c ) = 2.4 tf/m 3 Peso unitario del asfalto ( asf ) = 2.4 tf/m 3 Peso baranda por metro de longitud (w) = 0.1 tf/m Diseño del voladizo Longitud del voladizo (Lv) = Longitud andén (La) = Longitud andén (Lb) = Espesor placa en el borde de la viga (t3) = Espesor placa en el extremo (t2) = Altura del andén (ha) = Espesor de pavimento ( e ) = 0.70 m 0.95 m 0.05 m 0.21 m 0.21 m 0.25 m 0.05 m - Momento por carga muerta Peso (tf/m) Brazo (m) M (tf.m/m) Placa Andén Pavimento Baranda Barrera M c.m tf.m/m 125

126 - Momento por carga viva Carga a 0,3 m del borde del andén Carga de rueda = 7.5 tf Impacto (I) = 30% Posición carga de rueda 1 (X1) = 0.00 m Posición carga de rueda 2 (X2) = 0.00 m Ancho de distribución de la carga 1 (E1) = 1.10 m Ancho de distribución de la carga 2 (E2 ) = 1.10 m Momento por carga viva (M c.v) = tf.m/m Carga de andén (a 0,3 m del extremo del voladizo) Carga de rueda = 7.5 tf Impacto (I) = 30% Posición carga de rueda 1 (X1) = 0.30 m Posición carga de rueda 2 (X2) = 0.00 m Ancho de distribución de la carga 1 (E1) = 1.34 m Ancho de distribución de la carga 2 (E2 ) = 1.10 m Momento por carga viva (M c.v) = tf.m/m - Diseño a flexión del voladizo Momento último de diseño (Mu) Ancho b = Recubrimiento tablero barras superiores (A.7.13) = Altura efectiva d = 3.2 tf.m/m 1.00 m 0.05 m 0.15 m K=Mu/bd t/m 2 Coeficiente de reducción de resistencia (Ф) = 0.90 Cuantía ρ = Área de refuerzo requerido (As) = 5.8 cm 2 /m 126

127 Diseño de las luces interiores La luz de diseño para las luces interiores es S=2.20 m. - Cargas muertas y momento por carga muerta Espesor (m) W (tf/m) Placa Pavimento W c.m 0.65 tf/m Momento por carga muerta M c.m = 0.3 tf.m/m - Momento por carga viva Número de vigas de soporte = 4 Factor de continuidad β (A ) = 0.80 Momento por carga viva M c.v = 2.2 tf.m/m - Momento último de diseño El momento último de diseño para este caso es de: Mu = 5.2 tf.m/m - Diseño del refuerzo inferior Ancho b = Recubrimiento tablero barras inferiores (A.7.13) = Altura efectiva d = 1.00 m 0.03 m 0.17 m K=Mu/bd t/m 2 Coeficiente de reducción de resistencia (Ф) = 0.90 Cuantía ρ = Área de refuerzo requerido (As) = 8.3 cm 2 /m 127

128 - Diseño del refuerzo superior Ancho b = Recubrimiento tablero barras inferiores (A.7.13) = Altura efectiva d = - Refuerzo de repartición - Refuerzo para retracción de fraguado y temperatura 1.00 m 0.05 m 0.15 m K=Mu/bd t/m 2 Coeficiente de reducción de resistencia (Ф) = 0.90 Cuantía ρ = Área de refuerzo requerido (As) = 9.6 cm 2 /m Porcentaje del refuerzo inferior requerido = 67% Área de refuerzo requerido (As) = 5.6 cm 2 /m Área total de refuerzo mínima requerida = 3.0 cm 2 /m Verificación de cortante Dado que la placa fue diseñada con el método aproximado del CCP, ésta se considera suficiente a cortante. Verificación de la distribución del refuerzo Dado que la placa fue diseñada con el método aproximado del CCP, este criterio se considera cumplido. Verificación de los esfuerzos de fatiga Dado que la placa fue diseñada con el método aproximado del CCP, este criterio se considera cumplido. Diseño de vigas L = 40m Se presenta a continuación el diseño de las vigas a flexión y cortante para así concluir el diseño de esta superestructura típica. 128

129 Diseño a Flexión: Se presenta a continuación el diseño a flexión de las vigas, incluyendo el análisis de tensionamiento y el análisis de esfuerzos en la misma. Esquema para la definición del tensionamiento L=40 m A partir de la figura anterior se ha definido el tensionamiento para la viga. Definición general de cables en primer tensionamiento Viga L=40 m Definición general de cables en segundo tensionamiento Viga L=40 m Con la definición general del tensionamiento, se calculan las trayectorias de los cables y se muestran a continuación: 129

130 Trazado de cables en primer tensionamiento Viga L=40 m Trazado de cables en segundo tensionamiento L=40 m Con la trayectoria de los cables definida y con las propiedades mecánicas de los cables definidas anteriormente, se procede al cálculo de los diagramas de tensionamiento de los cables, incluyendo pérdidas de preesfuerzo inmediatas (pérdidas por fricción, pérdidas por curvatura accidental y pérdidas por penetración de cuña). Diagrama detensionamiento cable 1 Viga L=40 m 130

131 Diagrama de tensionamiento cable 2 Viga L=40 m Diagrama de tensionamiento cable 3 Viga L=40 m Diagrama de tensionamiento cable 4 Viga L=40 m 131

132 Diagrama de tensionamiento cable 5 Viga L=40 m Se procede al cálculo de pérdidas diferidas en el tiempo, las cuales se componen de: SH- Retracción de fraguado del concreto, CRc- Creep en el concreto, ES- pérdidas por acortamiento elástico del concreto y CRs- pérdidas por relajación en el acero de preesfuerzo. 1. Pérdida total excluyendo fricción y penetración de cuña f s = SH + ES + CR c + CR s 1.1 Retracción de fraguado del concreto (Miembro postensado) - SH Media anual de la humedad relativa RH= % Pérdidas por retracción de fraguado SH= 322 Kg/cm Acortamiento elástico del concreto (Miembro postensado) - ES Módulo de elasticidad del acero del acero de preesfuezo E s = kgf/cm 2 Resistencia del concreto en el momento de la transferencia f' ci = 280 kgf/cm 2 Peso unitario del concreto w c = 2500 kgf/m 3 Módulo de elasticidad del concreto en la transferencia E ci = kgf/cm 2 Nota: El código permite usar la fórmula E ci = 0.14 (w c ) 1.5 f' ci, pero se usa E ci = f' ci que es la usada en todos los cálculos Cálculo de f cir (Esfuerzo en el concreto en el centro de gravedad del acero de preesfuerzo debido al preesfuerzo y a la carga muerta de la viga inmediatamente después de la transferencia) Nota: f cir se calcula despues de la transferencia (incluye pérdidas por fricción y penetración de cuña) en la sección de momento máximo (Centro de la luz) 132

133 Área de la sección considerada para el primer tensionamiento = 0.77 m 2 Sección simple Inercia de la sección considerada para el primer tensionamiento = m 4 Sección simple Área de la sección considerada para el segundo tensionamiento = m 2 Sección compuesta Inercia de la sección considerada para el segundo tensionamiento = m 4 Sección compuesta Distancia del eje centroidal sección simple al c.g. del acero = m Distancia del eje centroidal sección compuesta al c.g. del acero = m Momento por carga muerta debida al peso propio viga = t-m Momento por carga muerta debida al peso losa y diafragma = t-m Momento por carga muerta debida cargas permanentes = t-m Instante primer tensionamiento Cable F x (t) e cable (m) f preesf (t/m 2 ) Cable F x (t) e cable (m) f preesf (t/m 2 ) f cir (t/m 2 ) 1371 Instante segundo tensionamiento f cir (t/m 2 ) f cir (kg/cm 2 ) 137 f cir (kg/cm 2 ) ES (kg/cm 2 ) 639 ES (kg/cm 2 ) Notas: - Si el esfuerzo fcir es un valor negativo, conservadoramente se hace la pérdida por acortamiento eslático igual a cero. - Mediante esta fórmula se determina una pérdida promedio en cada cable pero no es relamente así ya que cada cable tiene una pérdida diferente según el orden de tensionamiento (mayor pérdida en los primeros cables tensionados) 1.3 Pérdidas por flujo plástico del concreto CR c = 12 f cir - 7 f cds Cálculo de f cds (Esfuerzo en el concreto en el centro de gravedad del acero de preesfuerzo debido a todas las cargas muertas exceptuando la carga muerta presente en el momento en que se aplica la fuerza de preesfuerzo) Nota: Las pérdidas por flujo plástico debido a que son a largo plazo se hace para la condición t= Tensionamiento Primero (placa y diaframa) Primero (C. perm.) Primero Total Segundo f cds (kg/cm 2 ) CR c (kg/cm 2 ) Momentos carga muerta sobreimpuesta 85 Andén y baranda t-m Capa de rodadura t-m 94 Placa y diafragma t-m Primer tensionamiento t-m Segundo tensionamiento t-m 133

134 1.4 Pérdidas por relajación del acero de preesfuerzo CR s = FR ES (SH + CR c ) Cálculo de FR (Reducción en el esfuerzo por la pérdida por fricción en kg/cm 2 por debajo del nivel de f pu ) Resistencia a la tracción de los torones f pu = kgf/cm f pu = kgf/cm 2 Cable F preesf (kg) A cable (cm 2 ) f p (kg/cm 2 ) Reducción CR s = FR (kg/cm 2 ) 26.6 Primer Tensionamiento Cable F preesf (kg) A cable (cm 2 ) f p (kg/cm 2 ) Reducción Segundo Tensionamiento CR s = FR (kg/cm 2 ) 68.5 Nota: Acero de preesfuerzo de baja relajación 1.5 Resumen de pérdidas Pérdidas por Retracción de fraguado Acortamiento elástico Flujo plástico del concrteo Relajación del acero TOTAL PÉRDIDAS DIFERIDAS Tensionamiento Primero Segundo f s (kg/cm 2 ) f s (kg/cm 2 ) Pérdidas para cada cable: Área/torón = 1.4 cm 2 Primer tensionamiento Segundo tensionamiento Cable # torones P (t) P L/2 P % % % % % Primer tensionamiento Segundo tensionamiento P (t) P prom % % 134

135 Una vez calculadas de pérdidas de preesfuerzo totales en los cables, se procede al cálculo de los esfuerzos en diferentes puntos de la viga para comprobar su admisibilidad con respecto al CCP, se aclara que para esta evaluación se ha supuesto el proceso constructivo convencional para este tipo de estructuras. Análisis de esfuerzos Viga L=40 m Etapa 1. Peso propio de la viga + Primer tensionamiento - (En sección simple) Sección Eje 1L/16 2L/16 3L/16 4L/16 5L/16 6L/16 7L/16 8L/16 9L/16 10L/16 11L/16 12L/16 13L/16 14L/16 15L/16 L x [m] f sup-v iga [kg/cm 2 ] f inf -v iga [kg/cm 2 ] f admisible-compresión [kg/cm 2 ] f admisible-tensión [kg/cm 2 ] f adm-compresion=0.55f'ci f adm-tension=1.6 f'ci El concreto de la viga debe tener la resistencia mínima a compresión (fci) en el momento del primer tensionamiento de: Resisitencia del concreto en el momento de la transferencia f'ci requerida = [kg/cm2] [kg/cm2] Etapa 2. Fundida Losa, fundida diafragmas y carga viva de montaje - 50% pérdidas diferidas 1mer tensionamiento + Etapa 1 (En sección simple) Sección Eje 1L/16 2L/16 3L/16 4L/16 5L/16 6L/16 7L/16 8L/16 9L/16 10L/16 11L/16 12L/16 13L/16 14L/16 15L/16 L x [m] f sup-v iga [kg/cm 2 ] f inf -v iga [kg/cm 2 ] f admisible-compresión [kg/cm 2 ] f admisible-tensión 37.4 [kg/cm 2 ] f adm-compresion=0.55f'c f adm-tension=2 f'c Etapa 3. Segundo Tensionamiento - Carga viva de montaje + Etapa 2 (En sección compuesta ) Sección Eje 1L/16 2L/16 3L/16 4L/16 5L/16 6L/16 7L/16 8L/16 9L/16 10L/16 11L/16 12L/16 13L/16 14L/16 15L/16 L x [m] f sup-placa [kg/cm 2 ] f inf -placa [kg/cm 2 ] f sup-v iga [kg/cm 2 ] f inf -v iga [kg/cm 2 ] f admisible-compresión [kg/cm 2 ] f admisible-tensión 37.4 [kg/cm 2 ] f adm-compresion=0.55f'c f adm-tension=2 f'c Etapa 4. Fundida de cargas permanentes + Restante Pérdidas diferidas + Etapa 3 (En sección compuesta ) Sección Eje 1L/16 2L/16 3L/16 4L/16 5L/16 6L/16 7L/16 8L/16 9L/16 10L/16 11L/16 12L/16 13L/16 14L/16 15L/16 L x [m] f sup-placa [kg/cm 2 ] f inf -placa [kg/cm 2 ] f sup-v iga [kg/cm 2 ] f inf -v iga [kg/cm 2 ] f admisible-compresión [kg/cm 2 ] f admisible-tensión 29.9 [kg/cm 2 ] f adm-compresion=0.4f'c f adm-tension=1.6 f'c 135

136 Etapa 5. Carga viva de servicio + Etapa 4 (En sección compuesta ) Sección Eje 1L/16 2L/16 3L/16 4L/16 5L/16 6L/16 7L/16 8L/16 9L/16 10L/16 11L/16 12L/16 13L/16 14L/16 15L/16 L x [m] f sup-placa [kg/cm 2 ] f inf -placa [kg/cm 2 ] f sup-v iga [kg/cm 2 ] f inf -v iga [kg/cm 2 ] f* sup-v iga [kg/cm 2 ] f admisible-compresión [kg/cm 2 ] f admisible-tensión 29.9 [kg/cm 2 ] f adm-compresion=0.6f'c f amd-tension=1.6 f'c f* admisible-compresión [kg/cm 2 ] f* adm-compresion=0.4f'c Como se puede observar la viga cumple con esfuerzos admisibles en todas las etapas de construcción consideradas y en condiciones de servicio, por lo tanto su funcionamiento a flexión se considera satisfactorio. Se realiza la revisión de la capacidad última de la viga para verificar su comportamiento en condiciones de resistencia. 136

137 fpu [kg/cm 2 ] b p 0.28 d p [cm] b w [cm] 23.0 b [cm] A ps [cm 2 ] 81.2 r ps f ps [kg/cm 2 ] a [cm] Bloque de Compresiones Esta en la Placa Mn [ton-m] Mu [ton-m] Resistencia Cumple Límites de la Ductilidad Indice de Refuerzo Ductilidad Cumple Como se puede observar, la viga cumple con los requisitos en condiciones últimas, y su funcionamiento se considera adecuado. Diseño a Cortante Acero Mínimo Mcr [ton-m] Mcr [ton-m] Acero Mínimo Cumple La metodología de diseño a cortante indica que el diseño se debe realizar para las cargas totales mayoradas (condiciones de resistencia), y en este caso no se hace distinción en la viga entre su condición en sección simple y condición en sección compuesta, ya que se supone que los esfuerzos cortantes que resiste el concreto son aportados únicamente por el alma de la sección. 137

138 Resistencia a cortante Vci del concreto Viga L=40 m Resistencia a cortante Vcw del concreto Viga L=40 m Resistencia a cortante del concreto de diseño Viga L=40 m 138

139 Diseño del refuerzo a cortante Viga L=40 m Coeficiente de reducción de resistencia φ = 0.85 Diámetro de los estribos = 1/2 plg Número de ramas = 2 Área transversal que resiste el corte (Av) = 2.58 cm 2 Resistencia a la fluencia del acero f y = 4200 kg/cm 2 0 L/16 2L/16 3L/16 4L/16 5L/16 6L/16 7L/16 L/2 9L/16 10L/16 11L/16 12L/16 13L/16 14L/16 15L/16 L x (m) Vu/Ф (t) V c (t) V s (t) V s Max (t) V s < V s Max O.K O.K O.K O.K O.K O.K O.K O.K O.K O.K O.K O.K O.K O.K O.K O.K O.K S req (cm) No req S Max (cm) Así queda concluido el diseño de las vigas de la superestructura con luz de cálculo de 40 m. Diseño de estribos A continuación se presenta el diseño de los estribos del puente del proyecto incluyendo una descripción de los modelos de análisis y un resumen de resultados. Se elaboró un modelo de análisis empleando el programa SAP2000 V14.1, modelo denominado ESTRIBO L40.sbd. El modelo se ubica en un sistema global de coordenadas en el cual el eje longitudinal del puente tiende a la dirección del eje X. Los pilotes y las vigas se modelaron con elementos tipo FRAME, mientras que las estructura de contención se modelo con elementos tipo SHELL. Se garantizó la estabilidad estática y dinámica del modelo de análisis simulando la rigidez del suelo con apoyos elásticos, valores que están acordes con el estudio geotécnico. Las unidades empleadas en este modelo corresponden a toneladas (t) para fuerza y metros (m) para longitud. Más adelante se presentan esquemas generales de la geometría del modelo de análisis. Condiciones de carga en el modelo de análisis 139

140 Las condiciones de carga analizadas en este modelo son las siguientes: Peso Propio (PPROPIO) Corresponde al peso propio de los elementos, el cual es calculado directamente por el programa a partir de la geometría de los elementos utilizados y a partir de las propiedades mecánicas de los materiales que los componen y que son ingresados al programa de análisis. Carga Muerta de Superestructura (CMSUPER) Corresponde al peso propio de la superestructura más lo correspondiente a cargas permanentes. En este caso, la carga por neopreno de ~85 t. Carga Viva de Superestructura (CVSUPER) Corresponde a la acción de la carga viva de diseño sobre la superestructura, esta carga se ingresa al modelo de análisis como una carga puntual en la posición de cada uno de los neoprenos, con un valor de ~25 t. Esta carga no está afectada por factor de impacto debido a que se trata de una estructura enterrada. Sismo Longitudinal y Sismo Transversal (SISMOL y SISMOT) Para el análisis sísmico de la estructura se utiliza el procedimiento de análisis PAS-S que se especifica en el código. Para hallar la fuerza sísmica horizontal sobre el estribo se calculan el peso aferente de la superestructura (cargas muertas y cargas permanentes) y se multiplican por el coeficiente de aceleración pico del terreno Aa=0.2, que para este caso es igual a 20 t por neopreno. La fuerza sísmica producida por el peso propio del estribo es calculada directamente por el programa de análisis; a continuación se muestra un resumen con las cargas empleadas para cada tipo de luz (condición EQESTRIBO). Empuje estático de tierras (EMPEST) Calculados según la teoría de Rankine para los parámetros geotécnicos mencionados anteriormente. Empujes dinámicos de tierras (EMPDIN) Calculados según la propuesta pseudo estática de Mononobe-Okabe, para los parámetros geotécnicos mencionados anteriormente. Combinaciones de carga Las combinaciones de carga ingresadas en el modelo y utilizadas para el análisis y diseño de los elementos se presentan a continuación: 140

141 En condiciones de servicio Para verificar y diseñar los apoyos de la estructura se utilizará la siguiente combinación de carga: GR1SER= PPROPIO + CMSUPER + CVSUPER + EMPEST Condiciones últimas Para el diseño (flexión, cortante, torsión, etc.) de los elementos de la estructura se ingresaron al modelo las siguientes combinaciones de carga: GR1ULT:1.3PPROPIO + 1.3CMSUPER CVSUPER EMPEST GR7SL= PPROPIO + CMSUPER + 0.5CVSUPER + EMPDIN + SISMOL + 0.3SISMOT + EQESTR GR7SL= PPROPIO + CMSUPER + 0.5CVSUPER + EMPDIN + SISMOT + 0.3SISMOL + EQESTR Modelo general de análisis estribos luz de 40 m 141

142 Detalle modelo tridimensional estribos Luz 40 m Carga muerta de superestructura estribos Luz 40 m 142

143 Carga viva de superestructura sobre el modelo estribos Luz 40 m Carga de sismo longitudinal sobre el modelo estribos Luz 40 m 143

144 Carga de sismo transversal sobre el modelo estribos Luz 40 m 144

145 Empujes estáticos sobre el modelo estribos Luz 40 m Empujes dinámicos sobre el modelo estribos Luz 40 m 145

146 Diseño de pilotes para estribos Luz de 40 m 146

147 Se presenta a continuación el diseño de los pilotes que apoyan una superestructura de luz de 40 m. Revisión de capacidad portante A partir de los resultados del análisis estructural se ha encontrado una carga en condiciones de servicio de P~277 t, que para el pilote escogido para la estructura, cuyo diámetro es 1.30 m, no se sobrepasa la capacidad portante según el estudio de suelos para la longitud definida en los planos estructurales. Resultados del análisis Se presentan a continuación las solicitaciones encontradas en los pilotes en condiciones últimas. Variación carga axial en pilotes estribos Luz 40 m Variación fuerza cortante en pilotes estribos Luz 40 m 147

148 Variación momento flector en pilotes estribos Luz 40 m 148

149 Los resultados mostrados en las gráficas anteriores se muestran a continuación de forma tabulada. Solicitaciones Últimas en Pilotes Estribos Luz 40 m Diseño a Flexión Se presenta a continuación el diseño a flexo-compresión de los pilotes de la estructura. Diagrama de interacción pilote y solicitaciones estribos Luz 30 m 149

150 A partir de la figura anterior se puede concluir que el pilote de 1.30 m debe ser armado con una cuantía longitudinal del r L =0.75%, correspondiente a un área de acero de As= ~99.55 cm2 a lo largo de toda su longitud. Diseño a cortante Se presenta a continuación el diseño a cortante del pilote. - Requisitos de confinamiento Para cumplir con la cuantía volumétrica exigida se debe disponer de un área de acero As=1.29 cm 2 C/~0.075 m, según el diagrama de momentos presentado anteriormente se debe disponer de confinamiento por lo menos por los primeros 5 m de pilote. La resistencia al cortante en la zona confinada se calcula a continuación. - Requisitos de Fuerza Cortante El diseño para fuerza cortante de los pilotes se muestra a continuación. 150

151 Diseño a cortante Pilotes para GR1ULT Estribos Luz 40 m Diseño a cortante Pilotes para GR7SL Estribos Luz 40 m Diseño a cortante Pilotes para GR7ST Estribos Luz 40 m Como se puede ver, después de la zona confinada se debe disponer de refuerzo mínimo para cortante, el cual se calcula a continuación: 151

152 Diseño de viga cabezal para estribos Luces de 40 m Se presenta a continuación el diseño de la viga cabezal del estribo. En la siguiente figura se presentan los puntos de control para el diseño a flexión, cortante y torsión de la viga. 152

153 Diseño viga cabezal para GR1ULT Estribos Luz 40 m 153

154 Diseño viga cabezal para GR7SL Estribos Luz 40 m Diseño viga cabezal para GR7ST Estribos Luz 40 m 154

155 Envolvente de Diseño Viga Cabezal Estribos Luz 40 m - Refuerzo mínimo a flexión En las zonas donde el refuerzo calculado sea inferior al refuerzo mínimo para flexión, se dispondrá de refuerzo mínimo. - Refuerzo mínimo para retracción de fraguado y temperatura 155

156 - Refuerzo mínimo para cortante Diseño espaldar y aletas Se presenta a continuación el diseño del espaldar del estribo. Momento de diseño refuerzo vertical cara contra el relleno - Diseño refuerzo vertical cara contra el relleno Mu= 9.40 t-m/m b= 1.00 m d= 0.25 m f c= 210 kg/cm2 fy= 4200 kg/cm2 r= As= cm2/m 156

157 Momento de diseño refuerzo vertical cara libre - Diseño refuerzo vertical cara libre Mu= 3.00 t-m/m b= 1.00 m d= 0.25 m f c= 210 kg/cm2 fy= 4200 kg/cm2 r= As= 3.22 cm2/m 157

158 Momento de diseño refuerzo horizontal cara contra el relleno - Diseño refuerzo horizontal cara contra el relleno Mu= 25.0 t-m/m b= 1.00 m d= 0.25 m f c= 210 kg/cm2 fy= 4200 kg/cm2 r= As= cm2/m 158

159 Momento de diseño refuerzo horizontal cara libre - Diseño refuerzo horizontal cara libre Mu= 3.0 t-m/m b= 1.00 m d= 0.25 m f c= 210 kg/cm2 fy= 4200 kg/cm2 r= As= 3.22 cm2/m Cortantes en el Espaldar 159

160 La máxima fuerza cortante leída a una distancia d de la cara del apoyo es Vu= 15.5 t/m, la resistencia de la sección es Vc=16.32 t/m, por lo tanto la sección es suficiente y su comportamiento se considera satisfactorio. Diseño de la aleta Se presenta a continuación el diseño del espaldar del estribo, se recalca que se toman como resultados representativos (de forma conservadora) los obtenidos a partir del análisis y el diseño del espaldar y las aletas de estribo correspondiente a la luz de 40 m. Momento de diseño refuerzo horizontal cara contra relleno - Diseño refuerzo horizontal cara contra el relleno Mu= 25.0 t-m/m b= 1.00 m d= 0.25 m f c= 210 kg/cm2 fy= 4200 kg/cm2 r= As= cm2/m 160

161 Momento de diseño refuerzo horizontal cara libre - Diseño refuerzo vertical cara libre Mu= 5.00 t-m/m b= 1.00 m d= 0.25 m f c= 210 kg/cm2 fy= 4200 kg/cm2 r= As= 5.43 cm2/m Momento de diseño refuerzo vertical cara contra relleno 161

162 - Diseño refuerzo horizontal cara contra el relleno Mu= 15.0 t-m/m b= 1.00 m d= 0.25 m f c= 210 kg/cm2 fy= 4200 kg/cm2 r= As= cm2/m Momento de diseño refuerzo vertical cara libre - Diseño refuerzo horizontal cara libre 162

163 Mu= 3.0 t-m/m b= 1.00 m d= 0.25 m f c= 210 kg/cm2 fy= 4200 kg/cm2 r= As= 3.22 cm2/m Cortante en aletas La máxima fuerza cortante leída a una distancia d de la cara del apoyo es Vu= 15.9 t/m, la resistencia de la sección es Vc=16.32 t/m, por lo tanto la sección es suficiente y su comportamiento se considera satisfactorio. Diseño otros elementos A continuación se presenta el diseño de los elementos del puente, tales como elementos de transferencia de cortante, elementos de protección, apoyos de neopreno, juntas, etc. Diseño De Topes Sísmicos Se presenta el diseño de los topes sísmicos para cada uno de los apoyos del puente. 163

164 Diseño tope sísmico transversal en estribos Se presenta a continuación el diseño del tope sísmico transversal en estribos. - Diseño a Flexión - Diseño a Cortante - Refuerzo mínimo a cortante 164

165 Diseño de placa de acceso 165

166 Diseño De Ménsula Para Placa De Acceso 166

167 Diseño Apoyos De Neopreno Diseño neoprenos apoyo para luz de 40 m 167

168 168

169 Diseño baranda 169

170 170