Diseño estructural de puente

7/25/2019 Diseo estructural de puente

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Estudio del Trazado y Diseo Definitivo en Fase III del Proyecto Ruta del Sol Tramo I Sector 1Volumen IX. Estudio Estructural para el Diseo de Puentes. V0

ESTUDIO DEL TRAZADO Y DISEO DEFINITIVO EN FASE III DELPROYECTO RUTA DEL SOL TRAMO 1 SECTOR 1

DOCUMENTO SU-INF-T1-V0VOLUMEN IX. ESTUDIO ESTRUCTURAL PARA EL DISEO DE PUENTES

TABLA DE CONTENIDO

INTRODUCCIN .................................................................................................................. 11. DESCRIPCIN GENERAL Y LOCALIZACIN DEL PROYECTO ......................... 22. OBJETIVO Y ALCANCE ............................................................................................. 5

2.1 OBJETIVO .............................................................................................................. 52.2 ALCANCE ............................................................................................................... 52.3 GENERALIDADES ................................................................................................ 7

2.3.1 Normas principales ........................................................................................... 72.3.2 Normas complementarias ................................................................................. 72.3.3 Requisitos Generales ........................................................................................ 8

3. ESTUDIOS REQUERIDOS ........................................................................................ 103.1 ESTUDIOS AMBIENTALES Y SOCIALES ....................................................... 103.2 ESTUDIOS DE URBANISMO ............................................................................. 103.3 ESTUDIO DE EVALUACIN DE ALTERNATIVAS ....................................... 10

3.3.1 Puentes con luces menores a 60m .................................................................. 113.3.2 Puentes con luces mayores a 60m .................................................................. 11

3.4 ESTUDIOS TOPOGRFICOS ............................................................................. 113.5 ESTUDIOS DE GEOLOGA ................................................................................ 113.6 ESTUDIOS DE SUELOS PARA EL DISEO DE FUNDACIONES DEPUENTES ......................................................................................................................... 123.7 ESTUDIOS DE HIDROLOGA, HIDRULICA Y SOCAVACIN .................. 12

4. PROYECTO ESTRUCTURAL ................................................................................... 134.1 FASES DEL PROYECTO ..................................................................................... 134.2 MATERIALES ...................................................................................................... 15

4.2.1 Concreto ......................................................................................................... 154.2.2 Acero de refuerzo ........................................................................................... 164.2.3 Acero de pre-esfuerzo ..................................................................................... 164.2.4 Acero Estructural ............................................................................................ 164.2.5 Neoprenos ....................................................................................................... 16

4.3 CARGAS ............................................................................................................... 164.3.1 Carga Muerta Estructural (DC) ...................................................................... 174.3.2 Carga Muerta de Elementos No Estructurales (DW) ..................................... 174.3.3 Carga Viva Vehicular (LL)............................................................................. 174.3.4 Amplificacin Dinmica Carga Viva Vehicular (IM) .................................... 194.3.5 Fuerza de Frenado (BR) ................................................................................. 194.3.6 Fuerza Centrfuga (CE) .................................................................................. 194.3.7 Carga viva peatonal (LLP) ............................................................................. 19


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4.3.8 Viento Sobre Estructura (WS) ........................................................................ 194.3.9 Viento Sobre Carga Viva (WL) ...................................................................... 204.3.10 Gradiente de Temperatura (TG) ..................................................................... 204.3.11 Cambio Uniforme de Temperatura (TU) ........................................................ 20

4.3.12 Retraccin de Fraguado y Flujo Plstico (SH, CR) ........................................ 204.3.13 Tensionamiento de Continuidad (EL) ............................................................ 204.3.14 Carga Dinmica (EQ) ..................................................................................... 20

4.4 COMBINACIONES DE CARGAS ....................................................................... 224.5 MODIFICADORES DE CARGA Y FACTORES DE RESISTENCIA ............... 234.6 COEFICIENTES DE MODIFICACIN DE RESPUESTA R ............................. 24

5. PLANOS DE DISEO Y CONSTRUCCIN ............................................................. 255.1 ALCANCE ............................................................................................................. 255.2 CONTENIDO Y ESTRUCTURACIN DE LOS PLANOS ................................ 25

6. CANTIDADES DE OBRA Y ESPECIFICACIONES DE CONSTRUCCIN .......... 266.1 CANTIDADES DE OBRA ................................................................................... 266.2 ESPECIFICACIONES DE CONSTRUCCIN .................................................... 26

7. ANLISIS DE PRECIOS UNITARIOS...................................................................... 278. PRESUPUESTO ........................................................................................................... 289. INFORME FINAL ....................................................................................................... 2910. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ........................................................ 30

10.1 CONCLUSIONES ............................................................................................. 3010.2 RECOMENDACIONES .................................................................................... 33

ANEXOS

TOMO 1 INTERSECCIN CUNE, CALZADA DERECHATOMO 2 INTERSECCIN CUNE, CALZADA IZQUIERDATOMO 3 QUEBRADA CUNE, CALZADA DERECHATOMO 4 QUEBRADA CUNE, CALZADA IZQUIERDATOMO 5 SALITRE BLANCO, CALZADA DERECHATOMO 6 SALITRE BLANCO, CALZADA IZQUIERDATOMO 7 QUEBRADA CORAZN, CALZADA DERECHATOMO 8 QUEBRADA CORAZN, CALZADA IZQUIERDATOMO 9 EL KIOSCO, CALZADA DERECHATOMO 10 QDA CAO CRISTALES, CALZADA DERECHATOMO 11 QDA CAO CRISTALES, CALZADA IZQUIERDATOMO 12 LA MAGDALENA, CALZADA DERECHATOMO 13 LA MAGDALENA, CALZADA IZQUIERDATOMO 14 QDA LA NEGRA, CALZADA DERECHATOMO 15 QDA LA NEGRA, CALZADA IZQUIERDATOMO 16 QUEBRADA LA VERBENA, CALZADA DERECHATOMO 17 QUEBRADA LA VERBENA, CALZADA IZQUIERDATOMO 18 QUEBRADA EL NARANJAL, CALZADA DERECHATOMO 19 LA CHORRERA, CALZADA DERECHA


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TOMO 20 LA CHORRERA, CALZADA IZQUIERDATOMO 21 JERONIMO, CALZADA DERECHATOMO 22 JERONIMO, CALZADA IZQUIERDATOMO 23 CLAUDITA, CALZADA DERECHA

TOMO 24 CLAUDITA, CALZADA IZQUIERDATOMO 25 LA ESPERANZA, CALZADA DERECHATOMO 26 LA ESPERANZA, CALZADA IZQUIERDATOMO 27 QUEBRADA K11+180, CALZADA IZQUIERDATOMO 28 FLOREZ, CALZADA DERECHATOMO 29 BUSTOS, CALZADA DERECHATOMO 30 LA AGUADA, CALZADA DERECHATOMO 31 SALDAA, CALZADA DERECHATOMO 32 SALDAA, CALZADA IZQUIERDATOMO 33 QUEBRADA EL ZANCUDO, CALZADA DERECHATOMO 34 QUEBRADA EL ZANCUDO, CALZADA IZQUIERDATOMO 35 QDA EL TIGRE, CALZADA DERECHATOMO 36 QDA EL TIGRE, CALZADA IZQUIERDATOMO 37 AGUA CLARA, CALZADA DERECHATOMO 38 AGUA CLARA, CALZADA IZQUIERDATOMO 39 EL ALMORZADERO, CALZADA DERECHATOMO 40 EL ALMORZADERO, CALZADA IZQUIERDATOMO 41 SANTA LUCA, CALZADA DERECHATOMO 42 SANTA LUCA, CALZADA IZQUIERDATOMO 43 Q. LA SONADORA, CALZADA DERECHATOMO 44 Q. LA SONADORA, CALZADA IZQUIERDATOMO 45 INOCENCIA, CALZADA DERECHATOMO 46 QUEBRADA K17+400, CALZADA DERECHATOMO 47 QUEBRADA K17+400, CALZADA IZQUIERDATOMO 48 Q. LA BERMEJA, CALZADA DERECHATOMO 49 Q. LA BERMEJA, CALZADA IZQUIERDATOMO 50 Q. EL CHOCHO, CALZADA DERECHATOMO 51 Q. EL CHOCHO, CALZADA IZQUIERDATOMO 52 INTERSECCIN SAN MIGUELTOMO 54 INTERSECCIN VILLETA


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NDICE DE TABLAS

Pg.Tabla 2.1Listado de puentes ................................................................................................... 6Tabla 4.1 Listado tomos diseo estructural .......................................................................... 14Tabla 4.2 Listado tomos diseo estructural (continuacin) .................................................. 15Tabla 4.3 Factores de modificacin por nmero de carriles................................................. 18Tabla 4.4 Grupos de cargas .................................................................................................. 22

Tabla 4.5 Factores para cargas permanentes p .................................................................... 23Tabla 4.6 Factores para cargas permanentes debidas a deformaciones sobreimpuestas p . 23Tabla 6.1 Resumen descripcin especificaciones de construccin ...................................... 26 Tabla 10.1 Listado de puentes .............................................................................................. 34


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NDICE DE FIGURAS

Pg.Figura 1.1 Localizacin general del proyecto ........................................................................ 3Figura 1.2 Localizacin Doble calzada Villeta - Guaduas ..................................................... 4Figura 4.1 Camin de diseo CC-14 .................................................................................... 18Figura 4.2 Tandem segn CC-14 .......................................................................................... 18Figura 4.3 Espectro de diseo segn CCP-14 ...................................................................... 21


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Estudio del Trazado y Diseo Definitivo en Fase III del Proyecto Ruta del Sol Tramo I Sector 1Volumen IX Estudio Estructural para el Diseo de Puentes. V0

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1. INTRODUCCIN

El Consorcio Vial Helios CVH, mediante concurso privado, dio apertura a la

convocatoria para contratar El Estudio del trazado y diseo Definitivo en Fase III delProyecto Ruta del Sol, Tramo 1, Sector 1, acorde con las especificaciones tcnicas de laAgencia Nacional de Infraestructura - ANI y los Apndices Tcnicos, Ambiental, Social yPredial, anexos al Contrato de Concesin de obra pblica No. 002 del 14 de enero de 2010.

Dicho proceso, dio lugar a la suscripcin del contrato de servicios profesionales CVH-330-2015 del 5 de enero de 2015, entre el Consorcio Vial Helios y Consultora ColombianaS.A., para la ejecucin del Trazado y diseo definitivo en Fase III, de la va en doblecalzada entre el Intercambiador el Cune en cercanas al casco urbano del municipio deVilleta y la Interseccin San Miguel, ubicada en la vereda del mismo nombre y localizadaen el municipio de Guaduas; en una longitud aproximada de 23 kilmetros.

Dicho corredor se nombr como Tramo 1, el cual hace parte del Sector 1 (en una longitudaproximada de 78.5 km) de la carretera denominada Ruta del Sol y estructurada por elGobierno Nacional, como un corredor de vital importancia para conectar el centro del Pasy costa Caribe. Es de anotar que los Tramos 2 y 3 del Sector 1 fueron ya construidos porparte del Consorcio Vial Helios y actualmente se encuentran en operacin.

Este volumen corresponde al Estudio Estructural para el Diseo de Puentes, estudio queinvolucra los diseos de los 54 puentes resultantes de la optimizacin del trazadoconceptual seleccionado por la Sociedad Colombiana de Ingenieros y adoptado por la ANIpara desarrollar los diseos respectivos.

El diseo estructural de muros de contencin se presenta en el "Volumen IV Estudio deSuelos para el Diseo de Fundaciones de Puentes y Otras Obras de Contencin ".

El diseo estructural de obras menores (alcantarillas y box culvert) se encuentra en elVolumen VII Estudio de Hidrologa, Hidrulica y Socavacin.

El diseo estructural de edificaciones se encuentran en el Volumen XI Estudio deUrbanismo y Paisajismo".


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2. DESCRIPCIN GENERAL Y LOCALIZACIN DEL PROYECTO

El Tramo 1 Sector 1 del proyecto Ruta del Sol, se encuentra localizado en eldepartamento de Cundinamarca, cruzando los municipios de Villeta, Quebrada Negra y

Guaduas.El Tramo 1 parte en el Intercambiador del Cune (Municipio de Villeta), en el PR 64 de lava actual identificada como Ruta 50, y finaliza en la Vereda San Miguel (K23 aprox.) enproximidades a la poblacin de Guaduas, donde se implantar una interseccin a desniveldel mismo nombre, la cual permitir la conexin a los Tramos 2 y 3 del corredor Ruta DelSol en el Sector 1.

En el K0 se plantea complementar la interseccin del Cune, con los giros necesarios quegaranticen la integracin con el corredor Ruta del Sol, hasta el K1+700, donde el trazadodiscurre por el corredor de la va existente que conduce a Villeta, all se proyecta unainterseccin a desnivel denominada Interseccin Villeta, la cual permitir conectar elTramo1 con la actual va Villeta Guaduas. A partir de este sitio, el trazado se desprendede la va existente tomando rumbo nororiental, cruzando a media ladera por la cuenca de laquebrada el Cune hasta el K7 aprox. En los primeros 7 kilmetros se proyecta al inicio deltramo un tnel de 300 m por la calzada derecha y 230 m de longitud por la calzadaizquierda y 13 puentes; 6 por la calzada derecha y 7 por la calzada izquierda, conlongitudes entre 40 y 280m.

A partir del K7 y hasta el K9 el trazado discurre por terrenos escarpados y el diseoproyecta 6 tneles (3 por calzada) con longitudes entre 340 y 500 m y 5 puentes (3 por lacalzada derecha y 2 por la calzada izquierda) con longitudes entre 60 y 350 m. Para el crucede la quebrada La Chorrera, en la zona denominada La Magdalena (K9- K10), se proyectaun viaducto en una longitud aproximada de 1.1 km por calzada, evitando as la intervencinde zonas potencialmente inestables.

Desde el K10 el trazado sigue en direccin norte sobre terrenos escarpados hasta el K15donde se ubica un tnel corto con una longitud de 210 m por la calzada izquierda y 240mpor la calzada derecha, 12 puentes por la calzada derecha y 10 puentes por la calzadaizquierda, con luces entre 40 y 400 m; a partir de este sitio el trazado toma rumbooccidental y empalma con el Tramo 2 de la Ruta Del Sol a la altura del K23 en laInterseccin San Miguel. Entre el K15 y el final se proyectan tres tneles por calzada conlongitudes aproximadas de 480 m, 1.6 y 1.8 kilmetros y 9 puentes (5 por la calzadaderecha y 4 por la calzada izquierda) con longitudes entre 20 y 400 m.

De acuerdo con los requerimientos contractuales, el trazado en doble calzada del Tramo 1,se dise para una velocidad de 80 km/h, pendiente mxima de 7% y tercer carril en zonasde ascenso, calzadas de 7.30 m, bermas internas de 1.0 m y externas de 2.50 m y separadorcentral de 4.0 m.


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En general la doble calzada contempla entre otras actividades el diseo por calzada de 5.6km aprox. de tnel y 5.7 km entre puentes y viaductos, tres intersecciones, Peaje encercanas a San Miguel, rea de servicio y pesaje al inicio del tramo y retornos localizadosa lo largo del corredor.

La Figura 2.1presenta la localizacin del proyecto dentro del territorio nacional ydepartamental, y la Figura 2.2ilustra con ms detalle el recorrido de la doble calzada Villeta Guaduas.

Figura 2.1 Localizacin general del proyecto


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Figura 2.2 Localizacin Doble calzada Villeta - Guaduas


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3. OBJETIVO Y ALCANCE

3.1OBJETIVO

El objetivo principal de los estudios estructurales para el diseo de los puentes resultantesde la optimizacin del trazado conceptual seleccionado por la Sociedad Colombiana deIngenieros y adoptado por la ANI, es disear las estructuras requeridas por el proyecto paracruzar las depresiones topogrficas existentes y donde no es posible por condicionesgeolgicas, geotcnicas, hidrulicas o ambientales, entre otros, implementar un terraplnpara las calzadas que conforman la va del proyecto y as mismo los diseos se hanrealizado con el fin de garantizar la estabilidad de la estructura y mantener condicionesseguras de operacin.

3.2

ALCANCE

El alcance de los diseos incluye el dimensionamiento, memorias de clculo y elaboracinde los respectivos planos de las estructuras resultantes, cantidades de obra yespecificaciones de construccin para los diferentes puentes, los cuales se describen en laTabla 3.1, indicando su nombre, localizacin, longitud, configuracin de luces y tipologa.


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Tabla 3.1Listado de puentesSUBTRAMO 1

PUENTE NOMBRE CALZADA ABSCISA INICIAL ABSCISA FINAL LONG. PUENTE (m) TIPOLOGA

PUENTE 1 CALZADA DERECHA K0+0640! K0+1"#0! 1$0 # % 40 P&'' *,'-

CALZADA IZUIERDA K0+000!0 K0+1"/00 1/0 4 % 40 + 1 % #0 P&'' *,'-

PUENTE $ CALZADA DERECHA K1+/4$!0 K$+$$1!0 $"0 % 40 P&'' *,'-

CALZADA IZUIERDA K1+/#"00 K$+$100 $"0 % 40 P&'' *,'-

PUENTE # CALZADA DERECHA K4+060!0 K4+1/!0 1$0 # % 40 P&'' *,'-CALZADA IZUIERDA K4+0!0!0 K4+$0/!0 160 4 % 40 P&'' *,'-

PUENTE 4 CALZADA DERECHA K!+016#" K!+1#!#" 1$0 # % 40 P&'' *,'-

CALZADA IZUIERDA K!+0!64# K!+1!!4# 100 1 % $0 + $ % 40 P&'' *,'-

PUENTE ! E& 2-2 CALZADA IZUIERDA K!+/!!0 K!+"4!0 "0 $ % 40 P&'' *,'-

PUENTE 6 CALZADA DERECHA K6+1"400 K6+$1#00 #0 1 % #0 P&'' *,'-

CALZADA IZUIERDA K6+1!""0 K6+$#"0 "0 1 % $0 + 1 % 40 + 1 % $0 P&'' *,'-

PUENTE CALZADA DERECHA K6+!11#0 K6+6!0#0 "0 $ % 40 + P&'' *,'-

1 60 3,'- m5'&'-

CALZADA IZUIERDA K6+4/#00 K6+64$00 1!0 1 % #0 + # % 40 P&'' *,'-

SUBTRAMO 2

PUENTE CALZADA ABSCISA INICIAL ABSCISA FINAL LONG. PUENTE (m) TIPOLOGA

PUENTE " CALZADA DERECHA K6+/"!00 K+$!400 $0 1 % 40 + 1 % #0 + ! % 40 P&'' *,'-

CALZADA IZUIERDA K6+/#6$ K+#$#00 #!0 1 % 40 + 1 % #0 + % 40 P&'' *,'-

PUENTE / CALZADA DERECHA K+"1"/! K+/6"4! 1!0 1 % !0 + 1 % 60 1 % 40 32&'782-

CALZADA IZUIERDA K+/0600 K"+0$600 1$0 $ % 60 32&'782-

PUENTE 10 9:;'7' E& N';'


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3.3GENERALIDADES

A partir de la informacin topogrfica, diseo geomtrico, el estudio de suelos, hidrologa ehidrulica, geologa, visitas de campo a los sitios de puente y recomendaciones de las

dems disciplinas del proyecto, las cuales definieron la necesidad o no de puentes yestructuras, se desarroll el diseo estructural de los puentes y muros de contencinsiguiendo los requerimientos de las normas aplicables las cuales se mencionan acontinuacin.

3.3.1

Normas principales

LRFD Design Specifications, CuartaEdicin 2007, American Association of StateHighway and Transportation Officials AASHTO, enadelante se mencionarcomoLRFD.

3.3.2

Normas complementarias Cdigo Colombiano de Diseo Ssmico de Puentes 2014, adoptado mediante la

Resolucin 000180 de enero 26 de 2015 emanada por el Ministerio de Transporte, AIS.En adelante se mencionar como CCP-14.

Cdigo Colombiano de Diseo Ssmico de Puentes, Edicin de 2007, adoptadomediante la resolucin 3600 de junio 20 de 1996 emanada por el Ministerio deTransporte, AIS. En adelante se mencionar como CCP-95.

Especificaciones Tcnicas INVIAS 2007 Instituto Nacional de Vas.

Standard Specification for Highway Bridges, Edicin 17 de 2002, AmericanAssociation of State Highway and Transportation Officials AASHTO. En adelante semencionar como AASHTO.

Con respecto a la carga viva y a la definicin de vida til, se seguirn las indicaciones deldocumento REQUERIMIENTOS TCNICOS, ESTUDIOS Y DISEOS DECARRETERAS, FASE III, de abril de 2011, del INSTITUTO NACIONAL DE VAS.

En este documento se define que la carga viva ser la indicada por el cdigovigente y conrespecto a la vida til de la estructura, se establece de 100 aos, entendindose como vida

til, "el periodo a partir de la puesta en servicio, durante el cual debe cumplir la funcinpara que fue construido, contando siempre con la conservacin adecuada pero sin requeriroperaciones de rehabilitacin."


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3.3.3 Requisitos Generales

Las estructuras diseadas en este proyecto, adems de cumplir con la normatividad vigente,han sido diseadas bajo criterios de ser estructuras seguras, resistentes y funcionales,

adems de tener en cuenta la facilidad constructiva y permitiendo su fcil inspeccin ymantenimiento. As mismo se han tenido en cuenta los siguientes aspectos:

Aspectos de Resistencia

El diseo estructural se realizar siguiendo las recomendaciones mnimas de la normaAASHTO LRFD, norma sobre la cual se basa el CCP-14.

Tambin se tendr en cuenta el comportamiento de la estructura ante deformaciones yefectos de fatiga.

Consideraciones mnimas de DiseoDentro del estudio estructural se han tenido en cuenta los requisitos mnimos de luces,proteccin ambiental, esttica, estudios geolgicos, geotcnicos, hidrulicos y de seguridadvial, as como aspectos de economa, transitabilidad, durabilidad, facilidad de construccin,facilidad de inspeccin y mantenimiento que requiere el proyecto, con el apoyo de lasdems disciplinas.

Disposicin del predio del Puente

La ubicacin de los puentes ha sido definida de acuerdo con el diseo geomtrico, por

recomendaciones hidrulicas y geotcnicas y se ha realizado el respectivo estudio y gestinpredial requerido para la negociacin de los predios en la fase de preconstruccin.

Facilidad de construccin

La definicin de los sistemas estructurales se ha realizado a partir de la experiencianacional en construccin de puentes, buscando soluciones de fcil ejecucin.

En un porcentaje alto de los puentes, se escogi el sistema de placa y vigas ya que es laconfiguracin ms empleada en el medio Colombiano y que ha sido implementado enmuchos proyectos similares. El sistema seleccionado permite la prefabricacin de vigas en

un banco de tensionamiento para posteriormente ser izadas a su posicin final o pueden serfundidas "in situ".

Adicionalmente, se emplea mano de obra y materiales nacionales lo cual permite su rpidaejecucin.


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Economa

De acuerdo con la experiencia nacional, el sistema de placa y vigas en concreto postensado,para luces inferiores a 40m, es el sistema ms econmico para gran cantidad de situaciones,

razn por la cual, entre otros aspectos, se escogi este sistema.

Seguridad del trfico

El diseo geomtrico de la va y la implementacin de sistemas de proteccin paravehculos y peatones, permite un trnsito seguro por el proyecto, cumpliendo con lasrecomendaciones de seguridad vial generadas por las respectivas especialidades.


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4. ESTUDIOS REQUERIDOS

La implantacin definitiva de los puentes a lo largo de corredor, son el resultado de laintegracin de todos los estudios y numerosas mesas de trabajo con los especialistas a fin

de cumplir con los alcances del proyecto.4.1

ESTUDIOS AMBIENTALES Y SOCIALES

Durante la ejecucin de los diseos se elabor paralelamente el Estudio de ImpactoAmbiental y Social del corredor vial, con el fin de realizar un diagnstico de la situacin delos componentes del medio ambiente, tales como aspectos fsicos, biticos y sociales,identificar los posibles impactos sobre estos componentes producto de la construccin yoperacin del proyecto y disear las medidas de manejo enfocadas a mitigar el impactoambiental que puedan producir las diferentes actividades del proyecto. El Volumen XIIcontiene el Estudio Ambiental y Social el cual es el documento requerido por la AutoridadNacional de Licencias Ambientales ANLA para realizar la modificacin de la LicenciaAmbiental con que ya cuenta el proyecto para el Tramo 3 del Sector 1 de Ruta del Sol.

As mismo se desarroll el Estudio de Gestin Predial, encaminado a identificar todos lospredios necesarios para la construccin del proyecto y realizar los respectivos estudios dettulos y sus correspondientes avalos para poder iniciar el proceso de negociacin de losmismos. El Estudio de Gestin predial se encuentra en el Volumen XIII Gestin Predial.

4.2ESTUDIOS DE URBANISMO

De la misma manera los diseos contemplan un estudio de urbanismo y paisajismo dondese dimensionan y disean las diferentes edificaciones anexas al proyecto vial, as como loselementos necesarios para que la va sea armnica con el paisaje existente y otorguen unmayor confort visual a los usuarios. Los estudios y diseos detallados de urbanismo ypaisajismo se encuentra en el Volumen XI Estudio de Urbanismo y Paisajismo ".

4.3ESTUDIO DE EVALUACIN DE ALTERNATIVAS

Para dar solucin estructural a los diferentes puentes se realiz inicialmente un anlisisconceptual de alternativas con el fin de definir la solucin ms apropiada desde el punto devista tcnico y econmico.

Para realizar este anlisis se tomaron en cuenta las siguientes premisas:

La estructura debe ser de fcil construccin y buscar la reduccin de materiales (bajopeso).

Cumplir con requerimientos hidrulicos, de socavacin, geolgicos y geotcnicos.


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4.3.1 Puentes con luces menores a 60m

A partir de estas premisas se encuentra que el sistema estructural ms sencillo y econmicopara este caso es un puente de placa en concreto y vigas, siempre y cuando la altura de las

pilas es inferior a 20m.Como primera opcin, teniendo en cuenta el criterio de agilidad constructiva, se plante elempleo de vigas en acero, pero segn la experiencia nacional, para luces menores a 45mestas vigas no son competitivas desde el punto de vista econmico.

Por lo anterior, se plante el empleo de vigas postensadas las cuales son estructurasrelativamente comunes en Colombia permitiendo su fcil construccin, modulando suconfiguracin para luces de 40m, 30m y 20m.

En caso de tener luces entre 40m y 60m, se propone el empleo de vigas en acero ya que lasvigas en concreto postensado dejan de ser econmicas y la construccin se vuelvecompleja.

4.3.2 Puentes con luces mayores a 60m

Cuando el obstculo a salvar no permite sino el uso de una sola luz, se plante el sistemaestructural de arco en acero, con tablero inferior.Cuando se puedan plantear apoyosintermedios, se considera que el sistema ms apropiado, de acuerdo con la experiencianacional, es el de puentes por voladizos sucesivos, con dovelas fundidas "in situ".En casode requerirse una sola luz, se plantearn puentes en arco de acero.

4.4

ESTUDIOS TOPOGRFICOS

La informacin topogrfica necesaria para los diseos, se llev a cabo mediante el uso detecnologa LIDAR a lo largo de los 23 km yen un ancho de faja de 300 m aprox., ajustadaa la red geodsica diseada y materializada para el proyecto segn los requerimientos queel IGAC establece para este tipo de proyectos. La topografa tomada con LIDAR se validcon topografa convencional en sitios de topografa abrupta y alta vegetacin, lograndocomo resultado que la topografa LIDAR es plenamente confiable y consistente y por talrazn se utiliz en todos los sitios de localizacin de puentes. Como apoyo adicional setuvo en cuenta las fotografas de alta resolucin tomadas durante el vuelo realizado. ElEstudio de topografa en detalle se presenta en el Volumen III. Estudio de Topografa.

La localizacin en planta y perfil de los puentes, se llev a cabo sobre el diseo geomtricode la doble calzada realizado por esta Consultora, teniendo en cuenta los parmetros dediseos que estable el INVIAS para la velocidad de diseo establecida. El diseoGeomtrico de la va se presenta en el Volumen II. Estudio de Trazado y DiseoGeomtrico.

4.5ESTUDIOS DE GEOLOGA


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Se desarrollaron los estudios geolgicos de detalle en cada uno de puentes resultantes,partiendo de la geologa regional, para luego levantar la geologa detallada del corredor, ascomo la especifica en los sitios de puentes, esta informacin se encuentra en el VolumenIVEstudio de Geologa para Ingeniera y Geotecnia".

4.6ESTUDIOS DE SUELOS PARA EL DISEO DE FUNDACIONES DE PUENTES

Se llev a cabo una campaa de exploracin del subsuelo teniendo en cuenta el lmite de8.000 m establecido en los pliegos de condiciones. Esta cantidad se distribuy a lo largo delcorredor vial, incluyendo sitios de tneles, taludes, puentes y Zodmes, tratando en loposible que todos los sitios de puentes tuvieran por lo menos una perforacin. En elVolumenV Estudio de Suelos para el Diseo de Fundaciones de Puentes, obras de artey

Otras estructuras de Contencin" se presentan los resultados de las perforaciones, as comoel diseo de las cimentaciones requeridas para cada puente.

De este informe se tom la informacin correspondiente a capacidad de carga admisible delestrato portante, el asentamiento esperado y las recomendaciones para definir la interaccinsuelo estructura. Tambin se emplearon los parmetros ssmicos recomendados para cadapuente.

4.7ESTUDIOS DE HIDROLOGA, HIDRULICA Y SOCAVACIN

Se desarroll un completo estudio de Hidrologa, Hidrulica y Socavacin donde seanalizaron cada uno de los sitios de ponteaderos, para establecer las caractersticas de loscaudales y niveles mximos de aguas con el fin de tenerlos en cuenta en los diseos de lasestructuras, as como todas las consideraciones necesarias desde el punto de vista dehidrologa, hidrulica y socavacin. Para los puentes que cruzan cuerpos de agua, seincluyen las respectivas recomendaciones correspondientes a socavacin, nivel mximo deaguas, eventuales sistemas de proteccin de orillas y dems informacin relevante para eldiseo estructural, informacin que puede detallarse en el VolumenVIII Estudio deHidrologa, Hidrulica y Socavacin".


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5. PROYECTO ESTRUCTURAL

5.1FASES DEL PROYECTO

Como se inform en el inicio del documento, el proyecto contempla el diseo de lospuentes resultantes de la optimizacin del trazado conceptual, siguiendo las siguientesetapas en el anlisis y diseo de cada uno de los puentes.

Revisin de la informacin existente proveniente de los estudios previos. Interaccin con las dems disciplinas a partir del planteamiento de diseo geomtrico y

de topografa, con el fin de establecer las posibles soluciones estructurales. Elplanteamiento estructural de puentes no solo se realiza a partir de los requerimientospor diseo geomtrico sino tambin de las necesidades geolgicas y geotcnicas con elfin de evitar inestabilidades o grandes rellenos. Desde el punto de vista hidrulico, seplante la mejor solucin que permitiera salvar el cuerpo de agua interfiriendo lo menos

posible su curso natural y previendo la presencia de socavacin. Anlisis de alternativas de acuerdo con criterios de economa, facilidad constructiva,consecucin de materiales, disponibilidad de mano de obra local, etc. Tambin se tuvoen cuenta la experiencia nacional en construccin de puentes con el fin de plantearsistemas estructurales que permitieran el empleo de mano de obra local y el uso deinsumos nacionales.

Definicin del sistemaestructural. Suministro de cargas preliminares a nivel de cimentacin para la disciplina de

geotecnia. Suministro de la luz del puente para el rea de hidrulica y socavacin. Anlisis de recomendaciones geotcnicas e hidrulicas para el diseo de la cimentacin.

Diseo de elementosestructurales. Elaboracin de planos estructurales y memoria de clculos estructurales. Clculo de cantidades de obra. Informe de diseo para cada puente.

El diseo estructural de los diferentes puentes que hacen parte del proyecto se presenta enTomos independientes que acompaan este volumen y los cuales se listan en las siguientestablas:


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Tabla 5.1 Listado tomos diseo estructural

TOMO PUENTE

TOMO 1 I


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Tabla 5.2 Listado tomos diseo estructural (continuacin)

5.2MATERIALES

Las caractersticas de los materiales empleados en el diseo de los puentes se resumen acontinuacin:

5.2.1 Concreto

Vigas cajn postensadas, luces >140m: Clase AA fc=420 kg/cm2 (42MPa) Vigas cajn postensadas, luces


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Zapatas: Clase C fc=280 kg/cm2 (28 MPa) Pilotes: Clase C fc=280 kg/cm2 (28 MPa) Estribos y aletas: Clase C fc=280 kg/cm2 (28 MPa) Placa de acceso Clase D fc=210 kg/cm2 (21 MPa)

Andenes y barreras Clase D fc=210 kg/cm2 (21 MPa) Peso unitario: c= 2.5 t/m3 Mdulo de elasticidad: Ec=12500(fc) [kg/cm2]

5.2.2 Acero de refuerzo

NTC 2289 (ASTM A706, fy=4200 kgf/cm2 - 420 MPa-)

5.2.3 Acero de pre-esfuerzo

ASTM A416, de baja relajacin

Fpu = 18900 kgf/cm2 (1890 MPa) rea torones 5/8: 1.40 cm2. Penetracin de cua mxima: 5 mm

5.2.4

Acero Estructural

Arcos: ASTM A-588 Fy=35.15 kg/mm2 Vigas de rigidez: ASTM A-588 Fy=35.15 kg/mm2 Viga longitudinal: ASTM A-588 Fy=35.15 kg/mm2 Viga transversal: ASTM A-588 Fy=35.15 kg/mm2 Arriostrados: ASTM A-588 Fy=35.15 kg/mm2 Cartelas, Rigidizadores ASTM A-588 Fy=35.15 kg/mm2 Platinas y ngulos de conexin ASTM A-588 Fy=35.15 kg/mm2 Pendolones ASTM A-500 gr c Fy=35.0 kg/mm2 Tornillera ASTM A-325 Platinas y ngulos de conexin ASTM A-588 Fy=35.15 kg/mm2 Conectores de cortante ASTM A-36 Soldadura E80XX Pintura: 3 mils anticorrosivo 3 mills de acabado

5.2.5 Neoprenos

Dureza 60

5.3CARGAS

Las cargas empleadas en el anlisis y diseo de las estructuras corresponden a CargasPermanentes y Cargas Transitorias.


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Dentro de las cargas permanentes se analizarn las siguientes cargas:

DC: Carga Muerta Estructural DW: Carga Muerta elementos no estructurales (pavimento, andenes, barreras, barandas)

EL: Efectos secundarios de tensionamiento CR: Flujo Plstico del concreto SH: Retraccin de fraguado del concreto

Las cargas transitorias analizadas fueron las siguientes:

LL: Carga Viva Vehicular IM: Factor de amplificacin dinmico de la carga viva vehicular CE: Fuerza Centrifuga BR: Fuerza Frenado PL: Carga Viva Peatonal

WS: Viento sobre la estructura WL: Viento sobre la carga viva TU: Cambio uniforme de temperatura sobre la estructura TG: Gradiente de temperatura sobre la estructura EQ: Sismo

En las siguientes secciones se hace una descripcin de cada una de las cargas analizadas.

5.3.1 Carga Muerta Estructural (DC)

Se considera el peso total de la estructura con un peso unitario del concreto de 2,50 t/m3. Lacarga muerta estructural es calculada directamente por el programa de anlisis a partir de lageometra y las propiedades de los materiales ingresados.

5.3.2 Carga Muerta de Elementos No Estructurales (DW)

Corresponde al peso de los elementos no estructurales que permanecern fijos durante lavida til de la estructura (cargas permanentes o comunes).

5.3.3 Carga Viva Vehicular (LL)

Segn la seccin 3.6.1.1.1 del CCP-14 se tiene que el nmero de vas de trfico es:

# Vas = W / 3.610,90 / 3.6 = 3,0

Para el diseo estructural se asumirn 3 vas de trfico vehicular. La excentricidad de cadauno de los carriles se calcular a partir del borde de la barrera de trfico.


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La lnea de carga de diseo debe ser tomado con un valor constante de 1.03 t/m.

5.3.4 Amplificacin Dinmica Carga Viva Vehicular (IM)

Segn 3.6.2 del CCP-14, este factor tiene un valor constante correspondiente al 33% de lacarga viva para todas las condiciones de carga que lo involucren y aplica nicamente alcamin y/o tndem de diseo.

5.3.5 Fuerza de Frenado (BR)

Segn 3.6.4 del CCP-14 se debe considerar una fuerza longitudinal actuando a 1.80m porencima de la superficie de rodadura correspondiente al mayor entre:

El 25% del peso de los ejes del camin de diseo El 25% del peso de los ejes de tndem de diseo

El 5% de la lnea de carga ms el camin de diseo el 5% de la franja de carga ms el tndem de diseo.

5.3.6 Fuerza Centrfuga (CE)

Segn 3.6.3 del CCP-14 para estructuras con alineamientos curvos debe ser considerada lafuerza centrfuga generada por la carga viva al transitar por las curvas. Esta fuerza debe serconsiderada como el peso de los ejes del camin de diseo o del tndem de diseo por unfactor C calculado a partir de la siguiente ecuacin:

gR

vfC

2

=

Ecuacin que tiene los siguientes parmetros:

V = velocidad de diseo (m/s) f = 4/3 para combinaciones de carga diferente a la de fatiga. R = radio de la curva (m). g = aceleracin de la gravedad (9.81 m/s2)

5.3.7

Carga viva peatonal (LLP)

Para el diseo de puentes peatonales, se emplear una carga uniformemente distribuida de500kg/m2.

5.3.8 Viento Sobre Estructura (WS)

Segn 3.8.1.2 del CCP-14, la carga de viento es una carga uniformemente distribuida sobretoda la superficie expuesta de la estructura.


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La presin del viento para diseo se calcula con la siguiente ecuacin:2

=

B

DZBD

V

VPP

Ecuacin que tiene los siguientes parmetros: PD = Presin de diseo del viento (MPa) PB = Presin base correspondiente a una velocidad base de 160 km/h VDZ = Velocidad del viento de diseo a la altura Z VB = Velocidad del viento base de diseo 160 km/h

5.3.9 Viento Sobre Carga Viva (WL)

Segn 3.8.1.3 del CCP-14, la carga de viento sobre la cara viva se debe tomar como unacarga uniformemente distribuida con un valor de 0.146 t/m actuando a 1.80m sobre la

superficie de rodadura de forma perpendicular al eje de la superestructura.

5.3.10

Gradiente de Temperatura (TG)

Se considera una diferencia de temperatura de 5 centgrados entre la cara superior desuperestructura y la cara inferior de la misma, diferencia de temperatura que tendr unavariacin lineal. Para luces en concreto simplemente apoyadas, este efecto se desprecia.

5.3.11 Cambio Uniforme de Temperatura (TU)

Se considera un ascenso o descenso de temperatura de 11 centgrados. Para luces en

concreto simplemente apoyadas, este efecto se desprecia.5.3.12 Retraccin de Fraguado y Flujo Plstico (SH, CR)

Por efecto de la retraccin de fraguado y el flujo plstico del concreto se presentar unacortamiento de la superestructura de acuerdo con lo estipulado en la seccin 5.4.3.2 delCCP-14.

5.3.13 Tensionamiento de Continuidad (EL)

En puentes por voladizos sucesivos, este efecto se presenta debido a la continuidad de la

superestructura con los apoyos centrales, en el momento de realizar el tensionamiento decontinuidad, se presentarn momentos hiperestticos los cuales son calculados por elprograma al incluir dentro de la modelacin, estos cables.

5.3.14 Carga Dinmica (EQ)

La carga dinmica y en anlisis ssmico se hace de acuerdo con la seccin 3.10 del CCP-14,


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con los parmetros indicados en el VolumenV Estudio de Suelos para el Diseo deFundaciones de Puentes, obras de artey Otras estructuras de Contencin, los cuales seresumen a continuacin

Zona de amenaza ssmica: Baja Coeficiente Aceleracin horizontal pico efectiva Aa: 0.10 Coeficiente de aceleracin PGA: 0.25 Coeficiente de sitio S: 1.20 Zona de desempeo ssmico: 3 Clasificacin operacional: esencial

A partir de estos datos y de informacin complementaria que se encuentra en el volumen V,se elabor el siguiente espectro de diseo de acuerdo con el CCP14, espectro que se empleen los modelos de anlisis de cada uno de los puentes.

Fuente: ConCol/CCP14Figura 5.3Espectro de diseo segn CCP-14

Para puentes de una sola luz, se considera que las fuerzas ssmicas para el diseo de losestribos es igual al peso de la estructura multiplicado por el coeficiente PGA y por elcoeficiente Fpga.

Para puentes de 2 o ms luces, se elabora un modelo de anlisis en el cual se realiza un

anlisis modal.

Las fuerzas ssmicas se combinan de la siguiente forma para tener en cuenta los efectosortogonales del sismo, segn lo indicado en el cdigo LRFD:

Sentido Longitudinal: SISMOL + 0.30 SISMOT Sentido Transversal: SISMOT + 0.30 SISMOL

0$

04"

04"

0$

000

010

0$0

0#0

040

0!0

060

0 0! 1 1! $ $! # #!

Csm

Tm (seg)

Figura 3.10.4.1-1 Es!e"#r$ %e a"e&era"i$'es %e %ise$ !ara * %e

am$r#iguamie'#$

3.10.4.1 Es!e"#r$ %e +ise$

#.10.4.1 G E-(5;2 7 D- 2 G

A-S7-S71

T0

TS

Tm 1


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5.4COMBINACIONES DE CARGAS

Las combinaciones de carga empleadas en el diseo de los elementos corresponden a lascontenidas en el CCP-14, las cuales se presentan en las siguientes tablas extradas del

informe en revisin de la AIS.Tabla 5.4 Grupos de cargas

Fuente: CCP-14


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Tabla 5.5 Factores para cargas permanentes p

Fuente: CCP-14

Tabla 5.6 Factores para cargas permanentes debidas a deformaciones sobreimpuestasp

Fuente: CCP-14

5.5MODIFICADORES DE CARGA Y FACTORES DE RESISTENCIA

Para el diseo se emplearon los modificadores de carga definidos en la seccin 1.3 deAASHTO LRFD, los cuales se consideraron dentro del diseo de cada elemento de acuerdocon su ubicacin y funcin. En resumen, se emplearon los siguientes modificadores:

Ductilidad D= 1.0 para todos los estados lmites (EL) y todos los elementos por serdiseos convencionales y detalles que cumplen la norma.

Redundancia R= 1.0 para todos los EL y elementos de cimentacin y superestructura. Importancia operacional I= 1.05 para ELR y 1.0 para otros estados.

Los factores de resistencia () empleados en el diseo son los indicados en la seccin5.5.4.2 y que se resumen a continuacin: Cortante y torsin: 0.90


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Flexin: 0.90 Concreto preesforzado controlado por tensin: 1.0

5.6COEFICIENTES DE MODIFICACIN DE RESPUESTA R

En el diseo de las columnas se emple un coeficiente de modificacin de respuesta R conun valor mximo de 2.0.

Adicionalmente se tuvo en cuenta las dimensiones de las columnas para su tratamientocomo pila.


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6. PLANOS DE DISEO Y CONSTRUCCIN

6.1ALCANCE

El alcance de este captulo es presentar el contenido general de los planos producto deldiseo estructural para cada uno de los diferentes puentes resultantes.

6.2CONTENIDO Y ESTRUCTURACIN DE LOS PLANOS

El contenido de planos se presenta en cada uno de los tomos correspondientes al diseoestructural de cada puente, y se han estructurado de acuerdo con la siguiente nomenclatura:

Donde cada casilla significa lo siguiente:

Disciplina SP: Estructuras para diseo de puentes Tipo de Documento DW: plano Subtema SU: se tienen las siguientes categoras:

- GN: Generales- RF: Refuerzo- TE: Tensionamiento- PO: Pontones:- OM: Obras Menores

Tipo de Planos XX: se tienen las siguientes categoras- PL: Plantas- PP: Planta Perfil- GE: Generales- FO: Formaleta (geometra)- ST: Secciones Transversales

TramoYY: Es el tramo diseado (Tramo 1 = T1) Calzada:

- CD: Calzada Derecha- CI: Calzada Izquierda

Consecutivo: es el nmero consecutivo del puente

Hoja Z: corresponde al consecutivo del plano dentro del Tipo de Planos XX.

SP DW GN PL T1 CI 001 - 1

-Subtema

SU

Tipo de Plano

XX

Calzada

CI/CDConsecutivo

Hoja

Z

Tramo

YY

Disciplina

DG

Tipo de Doc.

DW


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7. CANTIDADES DE OBRA Y ESPECIFICACIONES DE CONSTRUCCIN

7.1CANTIDADES DE OBRA

En los planos estructurales de cada uno de los puentes se presenta un resumen de lascantidades de obra de acuerdo con las especificaciones del INVIAS. Las cantidades endetalle de acuerdo con la fase de cada puente se presentan en el Volumen XVI Cantidadesde obra, Anlisis de precios unitarios y presupuesto.

7.2

ESPECIFICACIONES DE CONSTRUCCIN

Las especificaciones de construccin se encuentran detalladas en el VolumenXVICantidades de Obra, Anlisis de Precios Unitarios y Presupuesto.

Las especificaciones corresponden a los requerimientos de las Especificaciones Generalesde Construccin de Carreteras versin 2013, publicadas por el INVIAS y que se resumenen la siguiente tabla.

Tabla 7.1Resumen descripcin especificaciones de construccinItem Item de

PagoDescripcin

600 600.4 Excavaciones varias en material comn en seco.630 630.2 Concreto Clase AA, f'c = 42MPa para Vigas cajn voladizos630 630.2 Concreto Clase A, f'c = 35 MPa para Vigas postensadas630 630.3 Concreto Clase A, f'c = 35 MPa para Vigas cajn630 630.3 Concreto Clase C, f'c = 28 MPa para Placa y Diafragmas

630 630.3 Concreto Clase C, f'c = 28 MPa para Columnas y vigas cabezal630 630.3 Concreto Clase C, f'c = 28 MPa para Zapatas630 630.3 Concreto Clase C, f'c = 28 MPa para Estribos y aletas630 630.4 Concreto Clase D, f'c = 21 MPa para placa de acceso630 630.3 Concreto Clase C, f'c = 28 MPa para Andenes y barreras de

trfico630 630.6 Concreto Clase F, f'c = 14 MPa para concreto de limpieza

(solado)640 640.1 Acero de refuerzo fy = 420 MPa641 641.2 Acero de preesfuerzo5/8", baja relajacin.650 650 Acero estructural A588

642 642.1 Apoyo elastomrico642 642.23 Junta de expansin desplazamiento total 50mm.650 650 Acero Estructural A36 para barandas (incluye fabricacin,

transporte montaje y pintura)650 650 Acero Estructural A500 grado C (incluye fabricacin, transporte

montaje y pintura)450 450.1 Mezcla densa en caliente tipo MDC-2 para capa de rodadura.


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8. ANLISIS DE PRECIOS UNITARIOS

El anlisis de precios unitarios se encuentra detallado en el Volumen XVI Cantidades deObra, Anlisis de Precios Unitarios y Presupuesto.


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9. PRESUPUESTO

El presupuesto se encuentra detallado en el VolumenXVI Cantidades de Obra, Anlisis dePrecios Unitarios y Presupuesto.


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10.INFORME FINAL

En este Volumen con sus respectivos Tomos anexos relacionados en el captulo 5, se

presenta el anlisis, clculo y diseo estructural de los puentes que hacen parte delproyecto.

Dentro del documento se presentan las normas y criterios empleados para la elaboracin delos planos de construccin, documentos que hacen parte de este informe.

El diseo de todas las estructuras se realiz a partir de las necesidades de las diferentesdisciplinas, con el fin de salvar inestabilidades, cauces, depresiones o evitar el empleo derellenos de gran altura.

El diseo se desarroll para 54 puentes resultantes, con configuraciones de placa y vigas enconcreto, placa y vigas en acero, puentes por voladizos sucesivos, puentes en arco de aceroy puentes en viga cajn de concreto.


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11.CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

11.1 CONCLUSIONES

La optimizacin del trazado conceptual seleccionado por la Sociedad Colombiana deIngenieros y adoptado por la ANI para ser desarrollado a nivel de Fase III, arroj comoresultado la necesidad de disear 54 puentes, algunos de los cuales se plantearon contipologas combinadas. El listado de puentes desarrollado por ConCol se presenta en laTabla 11.1.

El trazado conceptual entregado para el diseo de detalle, contemplaba la implementacinde 13 sitios con puentes en doble calzada (13 sitios, 26 puentes uno por calzada-),resaltando que una vez se realiz la topografa de detalle con tecnologa LIDAR yrealizados los trabajos de campo de las disciplinas de geologa, geotecnia, hidrologa,ambiental y predial, entre otros, resultaron 16 sitios adicionales donde se requiriimplementar estructuras elevadas para salvar los accidentes topogrficos, situacin querequiri de trabajos de campo y recursos de ingeniera adicionales a los contempladosinicialmente en el contrato.

En la concepcin inicial del proyecto, se plantearon estructuras conformadas por puentes deplaca en concreto y vigas postensadas, pero debido a las condiciones topogrficas, peroespecialmente a requerimientos geolgicos y geotcnicos, fue necesario plantear estructurasms complejas para salvar grandes luces, como son los puentes en arco de acero, puentespor voladizos sucesivos y puentes viga cajn reforzada. Se entiende como luz, la distanciaentre dos apoyos consecutivos en un mismo puente y longitud del puente, como la distanciaentre los apoyos extremos de un puente.

Por estas mismas condiciones, en algunos casos fue necesario combinar sistemasestructurales, como es el caso de los puentes de la quebrada La Bermeja, donde se debiplantear un puente en arco de acero de 160m de luz con el fin de salvar una zona inestable yse continua con un puente por voladizos sucesivos con luces de 100m, 200m y 100m,tambin para salvar zonas inestables y el cruce de agua.

Esta es la razn por la cual el nmero de puentes por sistema estructural (61 puentes)difiere del nmero de sitios donde se requieren puentes (31 sitios) y del nmero de puentesque se requieren en estos sitios (54 puentes).

En total, el equipo de especialistas estructurales de ConCol dise 42 puentes de placa yvigas, 14 puentes de voladizos sucesivos, 2 puentes con vigas metlicas, 2 puentes de arcometlico y un puente de viga cajn reforzada. De acuerdo con los requerimientos de laingeniera de detalle, es necesario plantear una longitud total de puentes deaproximadamente 11315m, discriminados de la siguiente forma:

Puentes de placa reforzada y vigas postensadas: 5040 m Puentes por voladizos sucesivos: 5565 m


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Puentes en arco de acero: 320 m Puentes en viga cajn reforzada: 330 m Puentes de placa reforzada y vigas en acero: 60 m

Al analizar esta informacin se observa que se tiene un porcentaje alto de puentes consistemas de construccin que facilitan y reducen tiempos y resultan ser ms econmicosque otras posibles tipologas de puentes. El elevado nmero de puentes por placa y vigaspostensadas mantiene el criterio considerado el estudio suministrado por la ANI.

Por otro lado, el diseo estructural ejecutado por ConCol se ha realizado a partir de lainformacin desarrollada por las dems disciplinas vinculadas al proyecto, mantenido loscriterios de disear estructuras seguras, econmicas y funcionales, respetando la legislacinvigente, por lo cual, desde el inicio del proyecto se plantearon unas premisas de diseo, lascuales quedaron plasmadas en el documento de Criterios de Diseo elaborado por ConColy socializado ante la interventora y el actual concesionario, el Consorcio Vial Helios

(CVH). Las premisas de diseo que se siguieron durante el desarrollo de los diseosestructurales se resumen a continuacin:

Emplear la geometra de secciones (formaleta) que dispone el Consorcio VialHelios (CVH), con el fin de disminuir costos de formaleta y facilitar su ejecucin,con la consecuente disminucin de tiempos de construccin.

Plantear sistemas estructurales simples, de fcil construccin. En este sentido, elsistema de placa y vigas postensadas es muy conocido en el medio Colombiano ycorresponde a un sistema de fcil ejecucin.

Para luces inferiores a 40m, emplear vigas en concreto postensado. Para luces entre40m y 70m, emplear vigas en acero. Para puentes de una sola luz entre 70m y

100m, emplear puentes en arco en acero. Para luces mayores a 100m, implementarpuentes por voladizos sucesivos. Buscar uniformizar el tipo de estructura con el fin de optimizar el uso de formaleta

y proceso constructivo y de esta forma, disminuir tiempos de ejecucin y costos. Buscar las secciones que conduzcan a un menor consumo de concreto.

Como se puede observar, el diseo estructural busc disminuir tiempo de ejecucin ycantidades de materiales en beneficio del proyecto, teniendo en cuenta el equipo, formaleta,personal y experiencia del Consorcio Vial Helios, consorcio quien tendra a cargo laejecucin del proyecto.

Con el fin de determinar el trabajo que se debe realizar en las diferentes etapas del procesode anlisis y diseo de puentes, a continuacin se describen las etapas seguidas por ConColen este proyecto:

1. Revisin de la informacin existente proveniente de los estudios previos.2. Interaccin con las dems disciplinas a partir del planteamiento de diseo

geomtrico y de topografa, con el fin de establecer las posibles soluciones


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estructurales. El planteamiento estructural de puentes no solo se realiza a partir delos requerimientos por diseo geomtrico sino tambin de las necesidadesgeolgicas y geotcnicas con el fin de evitar inestabilidades o grandes rellenos.Desde el punto de vista hidrulico, se plante la mejor solucin que permitiera

salvar el cuerpo de agua interfiriendo lo menos posible su curso natural y previendola presencia de socavacin.3. Anlisis de alternativas de acuerdo con criterios de economa, facilidad

constructiva, consecucin de materiales, disponibilidad de mano de obra local, etc.Tambin se tuvo en cuenta la experiencia nacional en construccin de puentes conel fin de plantear sistemas estructurales que permitieran el empleo de mano de obralocal y el uso de insumos nacionales.

4. Definicin del sistemaestructural.5. Suministro de cargas preliminares a nivel de cimentacin para la disciplina de

geotecnia.6. Suministro de la luz del puente para el rea de hidrulica y socavacin.7. Anlisis de recomendaciones geotcnicas e hidrulicas para el diseo de la

cimentacin.8. Diseo de elementosestructurales.9. Elaboracin de planos estructurales y memoria de clculos estructurales.10.Clculo de cantidades de obra.11.Informe de diseo para cada puente.

Dentro de este proceso, las etapas 1 a 6 deben ser realizadas por un ingeniero estructuralque tenga experiencia en puentes y a medida que se incrementa el grado de complejidad dela estructura, debe ser mayor la experiencia del profesional. En el desarrollo de estasprimeras 6 etapas se requiere una dedicacin importante de ingeniera ya que es la etapa enla cual se decide el tipo de estructura a disear y sobre la cual se desarrollar toda laingeniera de detalle o ingeniera fase 3 y por lo cual, cualquier mala decisin implicar unreproceso en los diseos, no solo estructurales sino geotcnicos, de diseo geomtrico ehidrulicos.

Se podra definir que estas 6 actividades corresponden a un estudio fase 2 o de Factibilidadtal como lo define la ley 1682 de 2013 o Ley de Infraestructura de Congreso de Colombiaque define un estudio fase 2 (Factibilidad) como la fase en la cual se debe disear elproyecto y efectuar la evaluacin econmica final, mediante simulacin con el modelo

aprobado por las entidades contratantes. Tiene por finalidad establecer si el proyecto es

factible para su ejecucin, considerando todos los aspectos relacionados con el mismo..Los diseos estructurales desarrollados en esta fase son suficientes para definir lafactibilidad del proyecto pero no deben confundirse con los estudios requeridos (memoriade clculos, planos estructurales y cantidades de obras definitivas) para la construccin dela estructura.

A partir de la definicin de la tipologa de la estructura, se procede con el diseo de detalleo diseo fase 3, que segn la Ley de Infraestructura corresponde a Estudios y diseosdefinitivos, los cuales se definen como la fase en la cual se deben elaborar los diseos


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detallados tanto geomtricos como de todas las estructuras y obras que se requieran, de tal

forma que un constructor pueda materializar el proyecto. El objetivo de esta fase es

materializar en campo el proyecto definitivo y disear todos sus componentes de tal

manera que se pueda dar inicio a su construccin.. Esta fase corresponde a las etapas 7 a

11 del proceso de anlisis y diseo descrito.Los puentes han sido diseados a partir de la normatividad vigente, teniendo especialcuidado en el empleo de la carga viva indicada en el Cdigo Colombiano de DiseoSsmico de Puentes de 2014 (CCP14), el cual est en fase de publicacin. Tambin seconsideraron las recomendaciones ssmicas evaluadas por el grupo de geotecnia de ConCol.

11.2 RECOMENDACIONES

Para los puentes especiales como son La chorrera, Santa Luca y La Bermeja, serecomienda realizar estudios locales debido a la configuracin estructural de los puentes.

Se recomienda que antes de iniciar la construccin, se realice un replanteo detallado decada estructura, verificando niveles y luces de los elementos.

Tambin es necesario que antes de iniciar el pedido de materiales, se realice una revisin decantidades y despieces para realizar los ajustes que sean necesarios.


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Tabla 11.1 Listado de puentesSUBTRAMO 1

PUENTE NOMBRE CALZADA ABSCISA INICIAL ABSCISA FINAL LONG. PUENTE (m) TIPOLOGA

PUENTE 1 CALZADA DERECHA K0+0640! K0+1"#0! 1$0 # % 40 P&'' *,'-

CALZADA IZUIERDA K0+000!0 K0+1"/00 1/0 4 % 40 + 1 % #0 P&'' *,'-

PUENTE $ CALZADA DERECHA K1+/4$!0 K$+$$1!0 $"0 % 40 P&'' *,'-

CALZADA IZUIERDA K1+/#"00 K$+$100 $"0 % 40 P&'' *,'-

PUENTE # CALZADA DERECHA K4+060!0 K4+1/!0 1$0 # % 40 P&'' *,'-CALZADA IZUIERDA K4+0!0!0 K4+$0/!0 160 4 % 40 P&'' *,'-

PUENTE 4 CALZADA DERECHA K!+016#" K!+1#!#" 1$0 # % 40 P&'' *,'-

CALZADA IZUIERDA K!+0!64# K!+1!!4# 100 1 % $0 + $ % 40 P&'' *,'-

PUENTE ! E& 2-2 CALZADA IZUIERDA K!+/!!0 K!+"4!0 "0 $ % 40 P&'' *,'-

PUENTE 6 CALZADA DERECHA K6+1"400 K6+$1#00 #0 1 % #0 P&'' *,'-

CALZADA IZUIERDA K6+1!""0 K6+$#"0 "0 1 % $0 + 1 % 40 + 1 % $0 P&'' *,'-

PUENTE CALZADA DERECHA K6+!11#0 K6+6!0#0 "0 $ % 40 + P&'' *,'-

1 60 3,'- m5'&'-

CALZADA IZUIERDA K6+4/#00 K6+64$00 1!0 1 % #0 + # % 40 P&'' *,'-

SUBTRAMO 2

PUENTE CALZADA ABSCISA INICIAL ABSCISA FINAL LONG. PUENTE (m) TIPOLOGA

PUENTE " CALZADA DERECHA K6+/"!00 K+$!400 $0 1 % 40 + 1 % #0 + ! % 40 P&'' *,'-

CALZADA IZUIERDA K6+/#6$ K+#$#00 #!0 1 % 40 + 1 % #0 + % 40 P&'' *,'-

PUENTE / CALZADA DERECHA K+"1"/! K+/6"4! 1!0 1 % !0 + 1 % 60 1 % 40 32&'782-

CALZADA IZUIERDA K+/0600 K"+0$600 1$0 $ % 60 32&'782-

PUENTE 10 9:;'7' E& N';'

Diseño estructural de puente

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