P_Criterios de cimentación

CRITERIOS PARA LA
CIMENTACIÓN DE PUENTES
PARA RESISTIR SOCAVACIÓN
Consideraciones para la cimentación de puentes
Grado de incertidumbre en la información disponible y en
el método usado para calcular la socavación
Posibilidad de falla de un puente
Consecuencias de la falla de un puente
Costo adicional de hacer el puente menos vulnerable a
socavación
Necesidad de garantizar la seguridad del público usuario
Minimizar la posibilidad de fallas y del cierre de la
estructura vial
• La fundación debe ser diseñada por un equipo
interdisciplinario de ingenieros con experiencia
en diseño hidráulico, estructural y geotécnico.
• Un puente debe ser diseñado para resistir los
efectos de socavación producidos por una
creciente importante (creciente con un período
de retorno de por ejemplo 100 años) con bajo
riesgo de falla. Deben hacerse chequeos sobre
el comportamiento del puente en
supercrecientes.
• Estudios hidráulicos del ponteadero incluyen el
dimensionamiento de la abertura del puente y el
diseño de la fundación para resistir socavación.
• Especial cuidado debe tenerse con las
limitaciones y vacíos en la información existente
cuando se apliquen las diferentes ecuaciones
para calcular socavación.
• Los principios de análisis económico y la
experiencia con daños reales causados por
inundaciones indican que siempre resulta más
conveniente diseñar la cimentación de un
puente para resistir grandes crecientes e incluso
super-crecientes.
• Un puente fallado es un peligro a la seguridad
pública y crea muchos impactos sociales y
económicos a corto y largo plazo.
• El ingeniero necesita aplicar su buen criterio al
comparar y analizar los resultados de cálculos
de socavación basados en la información
topográfica, hidrológica, hidráulica y de suelos
disponible con el fin de lograr un diseño
razonable de la cimentación del puente.
La estabilidad del puente y la
seguridad del usuario son los
factores esenciales a considerar
Recomendaciones de cimentación
Zapatas corridas sobre suelo
•
Debe asegurarse que el tope de la zapata
esté por debajo del nivel de la
degradación a largo plazo, de la
socavación por contracción y de la
migración lateral de la corriente.
•
La base de la zapata debe colocarse por
debajo de la línea de socavación total.
•
La base de la cimentación de las zapatas
corridas sobre suelo o roca meteorizada
debe estar por debajo de las
profundidades de socavación calculada
para condiciones de super-creciente.
h
DT
Ds
Zapatas corridas sobre roca altamente
resistente a socavación
La base de la zapata debe colocarse directamente
sobre la superficie libre de la roca si se trata de
formaciones masivas (p.e. roca tipo granito) que
son altamente resistentes a la socavación.
h
Zapatas corridas sobre roca erosionable
Un ingeniero especializado en geotecnia y
conocedor del área geológica debe analizar si
la cimentación se considera como roca o
como suelo, o si otro criterio debe aplicarse
para determinar la fundación de la zapata
corrida.
La decisión debe basarse sobre el análisis de
muestras inalteradas de roca incluyendo la
designación de la calidad de la roca (RQD), la
geología local, la información hidráulica y la vida
útil de la estructura.
Cimentaciones profundas, cajones o pilotes
hincados, con zapatas o cabezales
Se recomienda colocar el tope de la zapata
o del cabezal de las pilas por debajo del
lecho del cauce a una profundidad igual a
la profundidad de socavación a largo plazo
y la socavación por contracción, con el fin
de disminuir la obstrucción de flujos de
creciente y la resultante socavación local.
Profundidades de cimentación
mayores son deseables para pilas
soportadas por pilotes que pueden ser
dañados por erosión o corrosión al ser
expuestos a la corriente de agua.
h
Ds
• Para pilas o estribos soportados por pilotes individuales,
o para pilas o estribos con zapatas soportadas por
pilotes trabajando a fricción. La subestructura se considera
estable si la socavación no expone más del 50% del pilotaje,
y la longitud sin soporte es menor que 24 veces el diámetro
del pilote fundido en el sitio, 24 veces la profundidad de la
sección para pilote metálicos de forma H, o 16 veces el
diámetro medio de pilotes de madera
• Para pilas o estribos soportados por pilotes individuales,
o para pilas o estribos con zapatas soportadas por
pilotes trabajando por la punta. La subestructura se puede
clasificar como estable con relación a socavación si al menos
1.5 m (5 pies) del pilote permanecen enterrados en material
denso y la longitud sin soporte del pilotaje cumple con lo
expuesto en el criterio anterior.
Estribos masivos sobre pilotes
• Estribos masivos colocados en los terraplenes deben
ser fundados sobre pilas hincadas por debajo de la
profundidad del thalweg para asegurar integridad
estructural en el evento que éste se mueva.
• Se recomienda que la profundidad de cimentación de los
estribos esté al menos 2.0 m por debajo del lecho del
cauce incluyendo degradación a largo plazo, socavación
por contracción y migración lateral del cauce.
Ds
• Otras consideraciones de cimentación
Para el puente
• En lo posible, el puente debe diseñarse de
forma que no se afecte la sección hidráulica del
río para condiciones de creciente, lo que está
limitado por el tipo de estructura, la longitud del
puente y su costo.
• Un puente debe diseñarse estable desde un
principio sin que se requieran medidas de
protección posteriores.
•
La superestructura del puente debe colocarse siempre que sea
posible a una elevación superior a la de las zonas de aproximación
de la carretera lo que permite que el agua sobrepase los terraplenes
de acceso de forma que se alivien las fuerzas hidráulicas sobre el
puente. Esto es particularmente importante en corrientes que
arrastran gran cantidad de desechos que obstruyen el paso del
agua a través de la abertura.
• Se recomienda que la elevación del nivel inferior de la losa del puente
se incremente al menos 90 cm por encima del borde libre normal para la
creciente Q100 cuando el río lleva gran cantidad de sedimentos y
sedimentos.
•
La superestructura debe
anclarse a la subestructura si
es probable que se presenten
fuerzas por flotación, hielo o
basuras. Además, la
superestructura debe ser baja
y abierta para minimizar
resistencia al flujo si es
probable que el agua
sobrepase el puente.
Puentes con luces continuas
resisten las fuerzas de
socavación y las resultantes
por movimiento de la
fundación en mejor forma
que puentes de una sola luz.
Para las pilas
Las pilas deben quedar alineadas
con la dirección de la corriente y
tener una forma hidrodinámica
con el fin de reducir su influencia
sobre el flujo.
Deben evaluarse las ventajas
hidráulicas de pilas redondas
especialmente cuando haya
modelos de flujo complejos
durante las crecientes.
El uso de deflectores de hielo y basura
puede resultar apropiado.
Para el diseño de pilotes y cajones sometidos a socavación, debe
considerarse el uso de un menor número de pilotes o cajones más
largos, y no de un mayor número de pilotes o cajones más cortos.
•
La fundación de las pilas en la zona de inundación debe ser
diseñada a la misma elevación de la fundación de las pilas en el
cauce principal si existe la probabilidad de que el curso de agua se
desplace durante la vida de la obra.
El peligro de acumulación de hielo y basuras debe evaluarse cuando
se considere el uso de múltiples pilas abiertas.
Huecos de socavación local en las pilas y los estribos pueden
traslaparse en algunos casos. Si ésto ocurre, la socavación es
indeterminada y es aún mayor.
Estribos
•
Los estribos deben diseñarse como mínimo para resistir socavación
por contracción y a largo plazo y en este caso, se usarán
estructuras de protección diseñadas adecuadamente,
recomendándose enrocado y/o bancas encauzadoras, entre otras
posibilidades.
•
Puentes de alivio, bancas de encauzamiento, y trabajos de
estabilización del cauce deben usarse donde se necesite minimizar
los efectos de condiciones adversas de flujo en los estribos.
•
Si la acumulación de hielo resulta
un problema, la pata de los estribos
con pendiente hacia el cauce, o de
los estribos de pared vertical, debe
colocarse más allá del borde del
canal para facilitar el paso del hielo.
•
Siempre que sea posible, se
recomienda el uso de estribos con
pendiente hacia el cauce. La
socavación en este tipo de estribos
es aproximadamente 50% menor
que para estribos de pared vertical.
•
Enrocado o bancas encauzadoras
de al menos 15 m de longitud
deben usarse como protección
contra vórtices aguas abajo del
estribo.