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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.

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La base de la zapata debe colocarse por debajo de la línea de socavación total.

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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.

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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.

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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.

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• 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.

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• 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.

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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.

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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.

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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.

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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.

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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.

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Enrocado o bancas encauzadoras de al menos 15 m de longitud deben usarse como protección contra vórtices aguas abajo del estribo.