Este documento presenta los estudios realizados para el diseño de un puente viga sobre un río en Cajamarca, Perú. Se llevaron a cabo estudios topográficos, hidrológicos, geológicos, de impacto ambiental e hidráulicos para determinar las características del terreno, el caudal máximo del río, y los parámetros de diseño para el puente. Adicionalmente, se realizaron encuestas a la población local para obtener información histórica sobre eventos en la zona. Con los
1. DISEÑO DE PUENTE VIGA
Integrantes
1. ATALAYA TORRES, Michael
2. HERRERA MUÑIS, Juan
3. VILLACORTA DELGADO, Jaime
4. ZAMORA GARCIA, Ángel
5. PIZAN VERASTEGUI, Jardi
6. CORTEZ CARUAJULCA, David
DATOS DE ESTUDIO
ESTUDIO TOPOGRAFICO
Levantamiento topográfico (1 : 500 , 1 : 2000) a 100m a cada lado del puente
Detallado a fondo sobre el curso del agua curvas de nivel menores cada 0.4m
y las curvas mayores cada 2m
Levantamiento catastral de zonas aledañas
Planos presentados en tamaño A1
ESTUDIO HIDROLÓGICO E HIDRÁULICA (CONOCER LAS CARACTERISTICAS
HIDROLOGICAS EN MAXIMAS AVENIDAS)
Ubicación optima del cause
Caudal máximo
Comportamiento hidráulico
Máximo nivel de agua (NMA)
Profundidad de socavación
información de apoyo
material de avenidas
ESTUDIOS GEOLOGICOS Y GEOTECNICOS
Identificar su distribución y características permanentes
DETERMINAR
Resistencia y deformación
Contenido de humedad (w%)
Gravedad especifica
Granulometría
Limites plásticos
Ensayo de corte directo
Ensayo triaxial
2. Ensayo permeabilidad
Ensayo proctor
Ensayo CBR
DOCUMENTACION
Exploración geotécnica
Descripción de los estratos del suelo
Zonas de deslizamientos
Profundidad de cimentación
ESTUDIO DE RIESGO SISMICO (no se considera en el presente caso)
ESTUDIO DE IMPACTO AMBIENTAL
Identificar el problema que se genera, en el impacto ambiental, con la construcción
del puente
1. Identificación de impactos (probables impactos a ser investigados)
2. Prevención de impactos
3. Monitoreo
fauna
flora
agua
relieve
recursos hídricos
Estéticos
ESTUDIO COMPLEMENTARIO
INSTALACIONES ELECTRICAS (iluminación)
instalaciones sanitarias (drenaje)
señalización
ESTUDIOS ALTERNATIVOS
Elegir la solución más conveniente, en función a
Longitud
Secciones transversales
Proceso constructivo
Método de calculo
Presupuesto
Ubicación del puente
Otros
3. UBICACIÓN
Ubicación geográfica
Coordenadas UTM:
Este : 776399.68
Norte : 9204965.38
Ubicación Política
País : Perú
Departamento : Cajamarca
Provincia : Cajamarca
Distrito : Cajamarca
Dirección de referencia: Av. Mariscal Cáceres
RECONOCIMIENTO DE LA ZONA
AREA DE ESTUDIO
4. Identificar los lugares en el que se va hacerlos puntos de las estaciones,
estudio hidrológicos como tomar los diferentes datos que son muy importantes
para nuestro trabajo
Elección de un punto estratégico
5. Ubicamos un punto con ayuda del GPS NAVEGADOR para poner la estación
para hacer el levantamiento topográfico
RECORRIDO Y ESTUDIO DE LA ZONA
Haciendo las encuestas para
obtener los distintos datos
9. PREGUNTAS QUE SE REALIZARAN A LOS POBLADORES DE LA ZONA
Las preguntas se realizaran especialmente a las personas mayores (ancianas), ya
que ellos tienen mayor conocimiento de la zona y de los eventos y fenómenos
naturales ocurridos en el lugar próximo a construir.
1. ¿cuál fue la máxima avenida del rio que ha podido apreciar?
2. ¿cuál ha sido la máxima altura a la que ha llegado el agua?
3. ¿El cauce del rio siempre ha sido por este lugar, o inicialmente se encontraba
por otro sitio?
4. ¿El rio transporta materia orgánica, elementos rocosos, etc.?
5. ¿cuál es el tamaño máximo de rocas que transporta el rio?
6. ¿Han existido sismos de gran magnitud?
7. ¿la zona presenta problemas hidráulicos, inundaciones, huaycos, sequias,
etc.?
8. ¿existen fallos o problemas geológicos, diaclasas, deslizamientos, etc.?
9. ¿los vientos son fuertes y que problemas causan?
10.¿existen monumentos arqueológicos relativamente cerca de la construcción?
11.¿existen especies de flora y fauna, en peligro de extinción en los
alrededores?
CARGAS PERMANENTES
1. Geometría del cauce del rio en el lugar de emplazamiento del puente,
planeamiento (DD)
2. Análisis de tipo de puente(DC)
3. Posibilidad de levantamiento de rasante(EH)
4. Existencia de edificaciones colindantes(EV)
5. Sobrecargas aledañas superficiales al punto donde se ubica el
puente(ES)
CARGAS TRANSITORIAS
1. Desniveles de tramos de ríos a unir.
2. Análisis de una probable sobrecarga en el proceso constructivo.
3. Temperatura
4. Análisis hidrológico
5. Presencia de vientos fuertes y leves
6. Presencia de sismos
DD
- ¿El rio trae material de arrastre?
- ¿El rio viene con velocidad (para la socavación)?
10. DC
- ¿Qué longitud tiene entre orillas y que altura (para peso
puente)?
EH
- ¿Qué altura existe desde el nivel del rio hasta el nivel superior,
para ver cuánto relleno entrara en los lados adyacentes del
puente?
EV
- ¿Existen estructuras adyacentes al puente (edificaciones)?
ES
- ¿Existe material solido abundante (piedra, gravas) para colocar
maquinaria provisional?
SISMOS
- ¿Hace cuánto tiempo ocurrió el último sismo?
TEMPERATURA
- ¿Cuáles son las temperaturas límites?
HIDROLOGICOS
- ¿Cuál es el nivel de agua en máximas avenidas?
- ¿Han ocurrido inundaciones?
Levantamiento topográfico hasta 1 cuadro antes y después.
Cauce del rio ( huella de la máxima avenida)
Análisis topográfico:
o Numero de vías
o Sentido de los apoyos
Levantamiento:
o Cauce del rio
o Sección transversal (cada 10m)
o Pendiente del rio
Observación de meandros, curvas en el rio, para ver con que velocidad
va a venir el arrastre.
Diámetros máximos de los sólidos(m2)muestreo por zonas
Fuerza de arrastre
Análisis del tipo de puente(topografía)
Croquis de edificaciones aledañas (empuje de suelos)
11. Verificación de la pendiente de la calle(ancho de la calle , ancho de
bermas)
Análisis demográfico del tipo de calles
Temperatura
Sobrecarga por proceso constructivo
Presencia de vientos
Ver presencia de casas
DATOS PARA EL DISEÑO DEL PUENTE:
OBTENIDOS EN EL DIAGNOSTICO
Se encuentra en Cajamarca, Av. Mariscal Cáceres
El puente está ubicado en la zona urbana.
Tendrá una luz de 19.84 m y de 2 carriles de circulación
Servicio regular de vehículos.
Presión vertical peso propio del suelo de relleno.
Clima en la zona normal
No existe movimiento sísmico en la zona en los últimos años
El viento no es predominante, es alto o fuerte en los meses de agosto.
El puente será recto.
Ecuación de acuerdo a las encuestas.
Cargas Permanentes:
DD= Carga de arrastre hacia abajo (socavaciones)
DC = Carga muerta de componentes estructurales y no estructurales
EH= Presión horizontal del suelo (empuje del relleno)
ES= Carga vertical del terreno (sobrecarga del suelo)
EV= presión vertical del relleno (cuidad, edificaciones)
Cargas transitorias:
IM = Carga de impacto
LL = Carga viva vehicular
PL = Carga viva de peatones
12. WA= Carga de agua y presión del flujo
BR= Fuerza de frenado vehicular
FR= Fricción
Factores de carga y combinaciones
Es de Resistencia IV pero para el siguiente trabajo asumimos la Resistencia
1
Servicio 1
Fatiga
ECUACION
SUPER ESTRUCTURA
RESISTENCIA I
U= n (1.25 DC+1.75 BR+ 1.50 DW+1.75 IM+1.75 LL+ 1.75 PL)
SERVICIO I
U= n (1.00 DC+1.00 BR +1.00 IM+ 1.00 LL+ 1.00 PL)
Fatiga
U = 0.75 LL+0.75 IM
Resistencia Servicio Fatiga
Ductilidad (ᶯD) 0.95 1.00 1.00
Redundancia (ᶯD) 1.05 1.00 1.00
Importancia (ᶯi) 0.95
0.95 1.00 1.00
SUB ESTRUCTURA O INFRAESTRUCTURA
RESISTENCIA I
U= n (1.25 DC+ 0.9 EH+ 1.50 ES +1.35 EV)
13. SERVICIO I
U= n (1.00 DC+ 1.00 EH+1.00 ES+1.00 EV)
Fatiga
U = 0 LL+0 IM
Resistencia Servicio Fatiga
Ductilidad (ᶯD) 0.95 1.00 1.00
Redundancia (ᶯD) 1.05 1.00 1.00
Importancia (ᶯi) 0.95
0.95 1.00 1.00
APOYOS
Resistencia
U= n (1.75 BR+ 1.00 FR)
SERVICIO I
U = n (1.00 BR+ 1.00 FR)
Fatiga
U = 0 LL+0 IM
Resistencia Servicio Fatiga
Ductilidad (ᶯD) 0.95 1.00 1.00
Redundancia (ᶯD) 1.05 1.00 1.00
Importancia (ᶯi) 0.95
0.95 1.00 1.00
14. CALCULO HIDROLOGICO DEL PROYECTO DEL PUENTE
CALCULO DEL TIRANTE MAXIMO EN FUNCION AL CAUDAL DE MAXIMA AVENIDA
Debido a la falta de información hidrometereológica en determinadas zonas que justifiquen el diseño hidráulico de las
estructuras proyectadas, se plantean metodos de cálculo empirícos en base a observaciones y parámetros determinados
de acuerdo a las características geomorfológicas y de cobertura vegetal de la zona donde se ubica el proyecto.
Con la finanlidad de obtener la altura maxima que tendrá el puente se calcularan los caudales instantaneos, por medio
de diferentes metodos empiricos; de esta forma determinaremos el maximo caudal, luego con este caudal calculado
utililizando la formula de Maning obtendremos una nueva altura de agua, que será mayor a la marca de la huella dejada
por el agua en una máxima avenida.
A.- METODO DE LA SECCION Y LA PENDIENTE
Para aplicar el siguiente método debe realizarse los siguientes trabajos de campo:
1.- Selección de varios tramos del río.
2.- Levantamiento topográfico de las secciones tranversales seleccionadas (3 secciones mínimas).
3.- Determinación de la pendiente de la superficie de agua con las marcas o huellas dejadas por las aguas de máximas
avenidas.
4.- Elegir un valor de coeficiente de rugosidad ( n ) el más óptimo.
5.- Aplicar cálculos en la formula de Manning.
A:área de la sección humeda ( m2)
R:área de la sección humeda/ perimetro mojado
Qmax. = A * R^(2/3) * S^(1/2) / n S:pendiente de la superficie del fondo de cauce
n: rugosidad del cauce del río.
La siguiente tabla nos muestra los distinto valores de "n" que se adoptaran:
15. SEGUN COWAN:
Condiciones del río:
material del cauce: A terroso
B rocoso
C gravoso fino
D gravoso grueso
material del cauce adoptado: C = 0.024
Grado de irregularidad: A ninguna
B leve
C regular
D severo
Grado de irregularidad adoptado: B = 0.005
Secciones A leve
Variables B regular
C severo
variación de la seccción adoptada: B = 0.005
Efecto de las obstrucciones: A despreciables
B menor
C apreciable
D severo
Efecto de las obstrucciones adoptado: B = 0.010
vegetación: A ninguna
B poco
C regular
D alta
vegetación adoptada: B = 0.010
grado de sinuosidad: A Insignificante
B regular
C considerable
grado de sinuosidad adoptado: A = 1.000
valor de " n " adoptado según COWAM n = 0.054
16. SEGUN SCOBEY:
Condiciones del río:
n = 0.025
Cauce de tierra natural limpios con buen alineamiento con o sin algo de vegetación en los taludes y gravillas dispersas
en los taludes
n = 0.030
Cauce de piedra fragmentada y erosionada de sección variable con algo de vegetación en los bordes y considerable pendiente
( típico de los ríos de entrada de ceja de selva )
n = 0.035
Cauce de grava y gravilla con variación considerable de la sección transversal con algo de vegetación en los taludes y
baja pendiente.( típico de los ríos de entrada de ceja de selva )
n = 0.040-0.050
Cauce con gran cantidad de canto rodado suelto y limpio, de sección transversal variable con o sin vegetacion en los taludes
( típicos de los ríos de la sierra y ceja de selva )
n = 0.060-0.075
Cauce con gran crecimiento de maleza, de sección obstruida por la vegetación externa y acuática de lineamiento y sección
irregular. ( típico de los ríos de la selva )
valor de " n " adoptado según SCOBEY n = 0.045
Seleccionando el menor valor de "n" de estos dos criterios 0.045
Cota de N.A.M.E dejada por las huellas : 2,713.50 m.s.n.m
Aa : Area de la sección del río en la avenida : 9.32 m2
P : perimetro mojado de la avenida : 11.92 m
S : pendiente de la superficie del fondo de cauce : 0.065
n : rugosidad del cauce del río. : 0.045
Qmax. = A * (A/P)^(2/3) * S^(1/2) / n
Qmax. = 44.81 m3/s
17. B.- METODO DE LA VELOCIDAD Y AREA (NO USAMOS ESTE METODO PORQUE NO S ETENIAN DATOS SUFICIENTES)
Para aplicar el siguiente método debe realizarse los siguientes trabajos de campo:
1.- Selección de 2 tramos del río.
2.- Medir la profundidad actual en el centro del río ( h ).
3.- Levantamiento topográfico de las secciones tranversales seleccionadas indicando marcas o huellas dejadas por las
aguas de máximas avenidas.
4.- Medir la velocidad superficial del agua ( Vs ) que discurre tomando en cuenta el tiempo que demora un objeto flotante en
llegar de un punto a otro en una sección regularmente uniforme, habiéndose previamente definido la distancia entre
ambos puntos.
5.- Calcular el área de la sección transversal del río durante la avenida dejadas por las huellas ( Aa ). El área se puede
calcular usando la regla de Simpson o dibujando la sección en papel milimetrado.
6.- Aplicar cálculos en las siguientes formulas:
Ha =( coef.)* Aa / Ba
Ba = 11.54 m Ha: Altura máxima de agua en la avenida
coef. = 2.00 Aa: Area de la sección del río en la avenida
Aa 9.32 m2 Ba: Ancho máximo del espejo de agua en la avenida.
Ha =( coef.)* Aa / Ba coef.: Coeficiente de amplificación adoptado
Ha = 1.615 m
Va = Vs * Ha / h
Va: Velocidad de agua durante la avenida
Vs: Velocidad superficial del agua actual
Ha: Altura máxima de agua en la avenida
h: Profundidad actual en el centro del río
Vs = 1.5 m/s
h = 1.25 m
Ha = 1.615 m ( debera ser mayor que h )
Va = 2.000 m/s
Caudal de avenida: Qmax=Va * Aa = 18.64 m3/s
18. C.- METODO DE LA FORMULA RACIONAL
Para aplicar el siguiente método empírico debe realizarse el siguiente trabajo de gabinete:
1.- Determinar el área de influencia de la cuenca en héctareas.
2.- Estimar una intensidad de lluvia máxima ( mm/h )
3.- Aplicar cálculos con la fórmula racional
Q: Caudal máximo de escorrentia que provocara una máxima avenida. (m3/s )
Q= C * i * A / 360 u Coeficiente de escorrentia
A: Area de influencia de la cuenca.(ha) ( < 500 has )
i: intensidad máxima de lluvia (mm/h)
coeficiente escorrentia (C):
A cultivos generales en topografía ondulada ( S = 5 a 10 % )
B cultivos generales en topografía inclinada ( S = 10 a 30 % )
C cultivos de pastos en topografía ondulada ( S = 5 a 10 % )
D cultivos de pastos en topografía inclinada ( S = 10 a 30 % )
E cultivos de bosques en topografía ondulada ( S = 5 a 10 % )
F cultivos de bosques en topografía inclinada ( S = 10 a 30 % )
G areas desnudas en topografía ondulada ( S = 5 a 10 % )
H areas desnudas en topografía inclinada ( S = 10 a 30 % )
indicar la letra correspondiente al coeficiente seleccionado
coeficiente escorrentia adoptado ( C ) : H = 0.9
Area de la cuenca adoptada ( A ) = 850 has
intensidad máxima de lluvia adoptada ( i ) = 120 mm/h
Caudal máximo: Qmax=C* i * A / 360 = 255.00 m3/s
De los tres caudales máximos calculados se adoptaran lo siguiente:
1 .- el máximo de los caudales
2 .- el promedio de los caudales
3 .- la media ponderada
1
CAUDAL MAXIMO SELECCIONADO Qmax= 255.00 m3/s
Luego con el caudal máximo adoptado se ingresara nuevamente en la formula de Manning y se hallara el nuevo valor de la altura
de agua de máximas avenidas.
Qmax. = A * (A/P)^(2/3) * S^(1/2) / n Qmax.= A^(5/3) * S^(1/2)
P^(2/3) * n
19. Qmax.= ( Aa+ &A)^(5/3) * S^(1/2)
(1.1P)^(2/3) * n
&A = [ Qmax * n * (1.1P)^(2/3) / S^(1/2) ]^(3/5) - Aa
&A = 18.162 m2
&A= (Ba+&H)*&H = 18.162 m2
INCREMENTE EL N.A.M.E EN &H = 1.40 m
NUEVA COTA DE N.A.M.E. = 2714.90 m.s.n.m
CAUDAL MAXIMO Qmax = 255.0 m3/s
20. CÁLCULO DE LA ALTURA DEL PUENTE
1. ALTURA DE SOLIDOS (H solidos)
Para el cálculo de la altura de solidos se hizo un muestreo de material de
arrastre en la zona donde se va a construir el puente
Datos de campo:
DIAMETROS DE SOLIDOS
AGUAS ARRIBA
DIAMETRO N°
MUESTRAS
10 cm 72
15 cm 58
20 cm 55
5 cm 17
30 cm 11
35 cm 2
40 cm 9
45 cm 2
50 cm 1
55 cm 0
60 cm 1
65 cm 0
70 cm 3
75 cm 1
21. 80 cm 1
85 cm 1
90 cm 2
AGUAS ABAJO
DIAMETRO N°
MUESTRAS
10 cm 120
15 cm 72
20 cm 120
25 cm 60
30 cm 40
35 cm 19
40 cm 14
45 cm 5
50 cm 7
55 cm 5
60 cm 3
65 cm 0
70 cm 1
75 cm 0
80 cm 1
85 cm 0
90 cm 0
95 cm 0
100 cm 1
105 cm 0
110 cm 0
115 cm 0
120 cm 0
125 cm 1
24. 100.1 28.585
MEDIA 0.21
SUMA
CUADRADOS
0.06094883
DESVIACION
ESTANDAR
0.01684883
VARIANZA 0.13
N° TOTAL DE MUESTRAS: 469 muestras
VOLUMEN TOTAL DE LAS MUESTRAS: 6.110266812 m³
AREA : 12.0 m²
ALTURA DE SOLIDOS AGUAS ARRIBA:
6.110266812 m³
12 m²
= 0.51𝑚
Altura de solidos aguas arriba = 0.51 m
TOMAMOS EL MAYOR DE LOS DOS
ALTURA DE SOLIDOS = 0.51 m
2. ALTURA DE BORDE LIBRE (Norma)
ALTURA LIBRE = 2 m
3. ALTURA EN MAXIMAS AVENIDAS
DATOS DE CAMPO:
Huella de máxima avenida: 1.25 m.
Presencia de poca vegetación.
Material limo-arcilloso.
Material canto rodado y perfil angular.
Estratigrafía uniforme.
Presencia de material de relleno.
Poca presencia de agua, el estudio se hizo cuando el rio trasporta
agua solo del flujo base y no de precipitaciones.
Topografía inclinada.
Pendiente del lecho del rio: 0.0065
25. Para realizar este cálculo de la altura en máximas avenidas utilizaremos
varios métodos:
A. METODO DE LA SECCION Y LA PENDIENTE
Para aplicar el siguiente método debe realizarse los siguientes
trabajos de campo:
Selección de varios tramos del río.
Levantamiento topográfico de las secciones transversales
seleccionadas (3 secciones mínimas).
Determinación de la pendiente de la superficie de agua con las
marcas o huellas dejadas por las aguas de máximas.
Elegir un valor de coeficiente de rugosidad (n) el más óptimo.
Aplicar cálculos en la fórmula de Manning.
Q máx. = A * R^(2/3) * S^(1/2) / n
DONDE:
A: área de la sección humedad (m2)
R: área de la sección húmeda/ perímetro mojado
S: pendiente de la superficie del fondo de cauce
n: rugosidad del cauce del río.
VALORES:
n = 0.045
Cota de N.A.M.E dejada por las huellas = 2713.5 m.s.n.m
A : Área de la sección del río en la avenida = 9,32 m²
P : perímetro mojado de la avenida = 11.92 m
S : pendiente de la superficie del fondo de cauce = 0.065
Reemplazando valores en la formula tenemos:
Q máx.= 44.81 m³/seg
B. METODO DE LA FORMULA RACIONAL
Para aplicar el siguiente método debe realizarse los siguientes
trabajos de campo:
Determinar el área de influencia de la cuenca en hectáreas.
Estimar una intensidad de lluvia máxima ( mm/h )
Aplicar cálculos con la fórmula racional
Q= C * i * A / 360
26. Datos:
C = 0.9
I = 120 mm/h (dato asumido)
A(área de influencia de la cuenca) = 850 hectáreas
Reemplazando obtenemos:
Qmax = 255 m³/s
Luego reemplazamos en la fórmula de manning:
Q=
1
𝑛
𝐴𝑅1/3
√ 𝑠
Tenemos la siguiente ecuación:
255 m³/s=
(15ℎ)(
15ℎ
15+2ℎ
)
1
3
(√0.065)
0.017
h= 1.14 m
4. CALCULO DE LA ALTURA TOTAL
H total= h máx. + h libre + h solidos
H total= 1.14 m + 2 m + 0.51 m
H total= 3.65 m