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BOLETÍN INFORMATIVO ASOCEM 2011 ACTUALIDAD NACIONAL N° 1 / FEBRERO 2012

El puente Salinas, ubicado en la provincia de Bagua, es una vía en ejecución que servirá para comunicar a los pueblos de esta parte del país. Para su realización se hicieron una serie de estudios previos que aseguraran su resistencia, así como un arco de concreto ejecutado a través de un particular sistema de encofrado. EI proyecto, a cargo de Consorcio Amazonas, se encuentra ubicado sobre el río Marañón, en el distrito de Aramango, provincia de Bagua, departamento de Amazonas. Cabe indicar que en un inicio la obra estuvo a cargo de otro consorcio, cuyo contrato fue resuelto, lográndose un avance del 23.05% del proyecto.

construcción del puente y sus accesos, teniendo en cuenta las particularidades que revisaremos a continuación.

Características

El estudio definitivo de ingeniería contempla la

Su construcción consiste en un arco de concreto

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armado de tablero intermedio, cuya luz libre entre arranques es de 85 m, con una longitud total del tablero entre ejes de apoyo de 93.60 m. El arco es de sección rectangular de 1.20 m de ancho y peralte variable desde 2 m en el arranque a 1.25 m en la clave, con chaflanes en sus vértices de 0.15 m (catetos), tanto exterior como interior en la zona hueca. La directriz de su eje es del tipo parabólico de segundo grado, la sección es maciza en la zona de arranques y hueca a partir del pórtico que se apoya sobre él con nervios en la zona de encuentro con las péndolas. El espesor de la sección hueca es de 0.25 m y es constante en toda su longitud. El tablero del puente se encuentra dividido en tres partes: ·

Tramos exteriores de 17.10 m de longitud cada

uno, de concreto armado de 0.30 m de espesor, que se encuentra apoyado en estribos y pórticos intermedios. ·

Tramo central de 59.40 m de longitud de concreto armado, cuyo espesor es de 0.30 m, apoyado sobre vigas metálicas transversales, suspendidas del arco a través de péndolas.

Las vigas transversales son metálicas de sección cajón de 0.40 m de ancho y peralte variable desde 0.64 m en sus extremos hasta 0.74 m en el centro de ellas. Los arriostres superiores también son de sección cajón metálico, los cuales han sido dimensionados por los parámetros de esbeltez mínima requerida de elementos secundarios a compresión. Las péndolas están constituidas por barras roscadas

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pretensadas de acero del tipo Threadbar de 36 mm de diámetro, las mismas que estarán sujetas al arco y a las vigas transversales a través de dispositivos de anclaje. La sobrecarga de diseño utilizada para el puente es la denominada HL-93, señalada en el Manual de Diseño de Puentes del Ministerio de Transportes y Comunicaciones (MTC), la cual permite el tránsito de vehículos cuya carga máxima es de 48 Tn, tal como lo permite el Reglamento Nacional de Vehículos MTC-2003. Los elementos que conforman la subestructura del puente son de concreto armado, tanto de los arranques del arco como los pórticos y estribos de los tramos extremos. Asimismo, se han considerado losas de aproximación en cada extremo, que estarán apoyadas sobre el terreno. Los aparatos de apoyo de la superestructura del puente serán del tipo elastomérico. La superficie de rodadura del puente estará constituida por carpeta asfáltica en frío de e=2.50 cm de espesor, la misma que será colocada en las losas de aproximación como en el tablero del puente.

Respecto a los accesos, se puede señalar lo siguiente: ·

Acceso derecho, que comprende dos tramos: el de aguas arriba del eje proyectado del puente, cuya longitud es de 25.80 m, y el de aguas abajo, de 24.40 m. La superficie de rodadura será del tipo tratamiento superficial bicapa (T5B).

·

Acceso izquierdo, cuya longitud es de 126.56 m. La plataforma será conformada en relleno con material de préstamo y la superficie de rodadura será del tipo tratamiento superficial bicapa (T5B).

Saldo de obra Luego del cierre de la construcción del Puente Salinas y accesos, presentado por la supervisión de obra, éste solicitó se reformule el expediente técnico, por lo que recomendó que se replante en campo la topografía y los estudios básicos de suelos para determinar la profundidad de cimentación y tipo. De los metrajes finales proporcionados, y de

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acuerdo a la información recopilada en campo, se elaboró el expediente técnico denominado "Saldo de obra - construcción Puente Salinas y accesos", el cual se detalla a continuación.

Estudios de ingeniería. Son los que corresponden al expediente técnico original, con la adecuación de la cimentación de las condiciones mormológicas evidenciadas a nivel del sustrato de fundación.

• Hidrología e hidráulica. Este estudio se centra en la determinación de la descarga máxima para periodos de retorno de diseño, a partir de las variables clave de tipo hidrometeorológico de la cuenca del río Marañón, en función de las cuales se determina que las precipitaciones pluviométricas son comunes durante todos los meses del año. Cabe señalar que éstas tienden a intensificarse durante los meses de enero a marzo, correspondiendo los indicadores más bajos a los meses de julio y agosto. En términos generales se ha determinado que la creciente del Marañón se inicia en octubre y dura hasta abril. El estudio se soporta en la regionalización de los registros de las estaciones de Santa María de Nieva, Bagua Chica y Chiriaco. Las precipitaciones analizadas corresponden a máximos de 24 horas. Para obtener indicadores relativos a precipitaciones de corta duración se procedió en forma analítica e indirecta, a partir de los registros de precipitaciones máximas mensuales de 24 horas regionalizadas. Como conclusión, el presente estudio permitió determinar los parámetros de la cuenca intermedia del río Marañón en términos de un área de

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influencia de 55,082 km2 y una longitud del cauce principal de 614 km. En base a estos parámetros y al análisis de la serie histórica regionalizada de las informaciones pluviométricos, se determinó que la precipitación máxima en 24 horas fue de 124.30 mm en el año 2004 considerando un registro de 32 años. Igualmente, del análisis de las series históricas de las descargas registradas en la estación de Amojao se concluye que la máxima en un periodo de 20 años, fue registrada en marzo de 1977 y correspondió a 7,750 m3 por segundo, mientras que el caudal de diseño recomendado es de 12,653 m3 por segundo.

• Geología y Geotecnia. Este fue otro estudio que se desarrolló con el propósito de investigar las características geológico estructurales y geotécnicas del subsuelo a nivel de la fundación de

la estructura, cuyos cimientos comprenden estribos y macizos de anclaje en cada uno de sus extremos, así como también para evidenciar aspectos que conlleven algún tipo de riesgo o eventuales problemas geotécnicos para la construcción del puente. Se proyectó fundar el Puente Salinas sobre un sector semi-encañonado del río Marañón, donde se observa un cauce estrecho, profundo y confinado por el sustrato rocoso, el cual constituye el elemento de soporte de la estructura, en la medida que ésta se cimente directamente sobre roca. El contexto geológico regional evidencia una litología predominantemente sedimentaria, sobreyaciendo a un basamento metamórfico antiguo. Las facies sedimentarias expuestas sugieren la historia geológica de la región en

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términos de una cuenca marina oscilante y muy dinámica desde el Mesozoico, la cual define su tendencia al solevamiento sostenido desde finales del Cretácico, evidenciándolo a través de un complejo proceso diastrófico que dio lugar a la Cordillera de los Andes durante los últimos 70 millones de años. La estratigrafía a nivel de la fundación del puente consiste en una secuencia de roca sedimentaria del tipo arenisca con un bajo a moderado grado de litificación, en la que se intercalan horizontes de areniscas microconglomeráticas, grawacas, arcosas y areniscas arcillosas relativamente friables, con rasgos de estratificación laminar y cruzada. Los estratos por debajo del nivel de fundación se encuentran afectados por un sistema de fallas de rumbo de comportamiento sinextral; sin embargo, no se encontró evidencia de actividad neotectónica por lo que se prevé condiciones de estabilidad estructural durante la vida de servicio del puente. Del mismo modo, se estudió el nivel de riesgo de potenciales impactos negativos asociados a fenómenos de geodinámica externa, concluyéndose que éstos son de proporción limitada y fácilmente controlables mediante obras preventivas, por lo que no conllevan riesgos de mayor significancia para el proyecto. Con respecto a

la geodinámica interna, se determinaron los parámetros sísmicos de diseño en función a los requerimientos de norma del Manual de Diseño de Puentes del MTC. La investigación geotécnica fue desarrollada concordantemente con las especificaciones ASTHO LRFD y se apoyó en los indicadores cualitativos RMR y RQD, así como en ensayos de geomecánica practicados en el correspondiente laboratorio, definiéndose cotas de cimentación, capacidades de carga admisibles y asentamientos elásticos potenciales para tensiones límite, tanto para la fundación de los estribos como de los macizos de anclaje de cada una de las márgenes. Adicionalmente se efectuó un análisis cinemático del talud rocoso para efectos de determinar las condiciones de estabilidad durante el proceso de excavación, necesario para la fundación de los cimientos de la estructura, determinándose los taludes de corte más apropiados para cada uno de los apoyos. En la medida que a nivel de la fundación se observó

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evidencia pretérita de actividad hidroterrmal que dio lugar a una serie de vetillas para las que se presume una asociación genética con minerales sulfurados nocivos para el concreto e incluso para las armaduras de acero se investigó mediante análisis químicos cuantitativos el grado de agresividad del sustrato. Sin embargo, los resultados reportados arrojaron contenidos no agresivos a pesar de lo cual, basados en las observaciones macroscópicas, se recomendó emplear cemento tipo II para la construcción de la subestructura. En agosto del 2008 se inició la construcción del puente según los lineamientos establecidos por el correspondiente expediente técnico, obra que fue

paralizada de facto a inicios del 2009, quedando inconclusas las excavaciones requeridas para fundar la subbestructura del puente. Durante el proceso de eliminación parcial del material de cobertura fue posible observar parcialmente la morfología del sustrato de fundación, lo cual ha hecho posible también introducir ajustes de adecuación del diseño de los cimientos ya que se comprobó que el contratista había efectuado en ambos apoyos y particularmente en el del lado derecho, una sobreexcavación inecesaria y sobre todo indeseada por razones técnicas. Por consiguiente el nuevo expediente técnico elaborado para ejecutar el saldo de obra contempla esta necesidad de adecuar los cimientos

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a las nuevas condiciones morfológicas evidenciadas a nivel del sustrato de fundación. Concordantemente con lo expuesto, se efectuó la evaluación geológica-geotécnica de la fundación de la subestructura del puente, bajo las condiciones imperantes en julio del 2009. Para este propósito se contó con información adicional de dos sondajes prospectivos, uno de naturaleza geofísica y otro consistente en una perforación rotativa diamantina, con recuperación de muestra. El sondaje prospectivo geofísico consistió en definir gráficos de domócronas a partir de las propiedades de refracción sísmica inherentes a la litología subyacente, medidas a través de un tendido de líneas sísmicas que totalizó 174 m. En base a dichos gráficos se estimó la profundidad del contacto suelo-roca, con un rango de aproximación de 1 m. El sondaje de perforación se efectuó mediante un taladro de 16.10 m a la altura del apoyo del lado izquierdo, recuperándose una columna de muestra que fue selectivamente enviada al laboratorio de mecánica de rocas a efectos de investigar sus propiedades físicas, entre ellas su resistencia a la rotura según cargas triaxiales. Los diversos procesos de evaluación, muestreo y ensayos, efectuados hasta la fecha, han documentado de manera solvente las propiedades físicomecánicas de los diversos horizontes litológicos, las

cuales son adecuadamente descritas a partir del índice RQD, el mismo que reporta valores comprendidos dentro del rango >10% - >40%. La evaluación geotécnica ha permitido formular una propuesta de adecuación de la subestructura a las nuevas condiciones morfológicas que evidencia el sustrato de fundación. Ésta contempla, en el caso del apoyo del lado derecho, el relleno del volumen sobrexcavado con concreto ciclópeo f'c = 175 kg/cm2, a efectos de restituir las propiedades confinantes al terreno de fundación. Paralelamente, considerando que el uso de explosivos ha generado una zona de relativa baja velocidad de onda sísmica, se ha considerado conveniente restituir las propiedades geotécnicas a la roca mediante la inyección selectiva de concreto a través de taladros cortos que en conjunto no deberán sumar más de 20 m. En el apoyo izquierdo se sugiere procurar una interfase rígida entre el macizo de anclaje y el sustrato rocoso, mediante concreto ciclópeo f'c = 175 kg/cm2, a fin de aportar propiedades confinantes a la fundación, a la vez se ha considerado apropiado mejorar las propiedades geotécnicas de la roca de fundación mediante la inyección de concreto a través de ocho taladros de 7 m de longitud cada uno y anclar los macizos por su faceta frontal a la roca, mediante ocho barras helicoidales de acero de 9 m de longitud y 1" de diámetro, con una resistencia mínima a los

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esfuerzos de tracción de 30 Tn cada una. Finalmente, solo por razones de menor costo más no técnicas, se recomendó aumentar las dimensiones del macizo de anclaje, manteniendo su geometría y todas sus otras características de diseño. El análisis de la solvencia estructural del sustrato de fundación para atender las solicitaciones de esfuerzos demandadas por el proyecto, ha permitido concluir que este es estructuralmente solvente, esperándose una deformación máxima por asentamiento bajo condiciones pseudoestáticas de 1.02 mm, valor admitido por el

protocolo normativo ASHTO LRFD y por el diseño de la estructura. Asimismo, a partir del asentamiento relativo, se ha establecido que el material de relleno estructural no aporta rigidez significativa a la fundación por lo que eventualmente se puede prescindir de éste. En caso de que el proyectista opte por el mismo, el análisis de las propiedades físico-mecánicas del suelo natural aluviónico que conforma la cobertura inconsolidada en la zona de fundación del macizo de anclaje del lado izquierdo del puente, permite concluir que éste constituye un material adecuado para acondicionarlo como tal mediante mezcla en una proporción entre el 10% y el 50% con material de cantera.

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tratamiento especificado por los estándares ASTM 2006 y EG 2000. Dentro del contexto explicado las muestras fueron sometidas a análisis granulométricos, ya ensayos de proctor modificado y CBR, con el propósito de determinar la capacidad de soporte del suelo. Se investigaron los límites de Atterberg, para finalmente clasificar los resultados en términos de los criterios SUCS y ASHTO. El procedimiento de investigación descrito permitió concluir que la naturaleza del suelo de fundación de los accesos es relativamente homogénea, correspondiendo a un suelo areno-limoso (clasificado como SM, según criterio SUCS y como A-1-b(0), según el criterio ASSHTO) para el que se ha determinado una condición fronteriza de calidad regular, aceptable a nivel de subrasante.

Finalmente, la evaluación geológica-geotécnica efectuada al suelo y sustrato de fundación del puente, después del inicio y subbsecuente paralización de la obra, ha permitido concluir que existe plena concordancia entre el modelo geológico, las hipótesis de diseño y la realidad confrontada, más allá de situaciones que, por su propia naturaleza, devienen en imprevisibles y que inevitablemente plantean la necesidad de pequeños ajustes en obra, procedimiento que se encuadra como práctica habitual en la ingeniería de construcción civil.

• Suelos, canteras y fuentes de agua. Comprende el estudio de las propiedades físico-mecánicas del suelo de fundación de los accesos al puente a efectos de determinar los parámetros de diseño, tanto de los terraplenes de acceso al puente como del pavimento. Con este propósito se recopilaron muestras de suelo mediante calicatas espaciadas cada 100 m y de 1.5 m de profundidad, dándoles el

La evaluación de las canteras para material de relleno y agregados para concreto permitió establecer que los depósitos naturales de material granular aprovechable guarden relación genética con la actividad fluvial del río Marañón, el cual da lugar básicamente a dos tipos de depósitos de grava, arena y bolonería gruesa: depósitos en terrazas remanentes por abandono de cauce y playas originadas luego de la estación de creciente fluvial. Los primeros son de naturaleza permanente ya que pueden ser explotados durante cualquier época del año, previo desbroce de una capa de cobertura arcillosa; mientras que los depósitos de playa son estacionales ya que solo pueden eventualmente ser explotados en el periodo de estiaje que acontece entre los meses de mayo y octubre; además, posen la particularidad de ser muy cambiantes en lo que respecta al volumen de material así como a las características granulométricas del mismo. El estudio de canteras definió dos yacimientos de g rava - a re n a co m o p o te n c i a l e s p a ra l o s requerimientos del proyecto: la Cantera Rentema I y la Cantera Acerillo. Adicionalmente se identificaron cinco sectores en los que suelen desarrollarse

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playas naturales luego del descenso del nivel de aguas del río Marañón y un depósito permanente de material, el cual podrá valorarse como una alternativa extrema ya que se encuentra a una distancia considerable del proyecto. La construcción del puente Salinas involucra los accesos respectivos y, por consiguiente, existen trabajos de explanación consistentes en cortes y rellenos que implican un volumen de material suelto a remover de 973 m3 y un volumen de material de relleno de 1,500 m3. El material para relleno estará constituido por una mezcla de aproximadamente 500 m3 de material seleccionado que se proyecta extraer en el proceso de excavaciones para la construcción del acceso izquierdo hasta alcanzar la cota de subrasante, y de 1,000 m3 que deberán extraerse de la denominada cantera Acerillo, la cual consiste en un depósito de material aluvial ubicado a la altura del km 25+100, lado izquierdo de la carretera Bagua Chica-Puente Salinas. Este lugar está conformado por canto rodado grueso y grava de geometría redondeada de origen polimíctico con distribución heterométrica y multimodal en una matriz de arena limosa; material clasificado como GP-GM según el estándar del Sistema Unificado de Clasificación de Suelos.

• Diseño de pavimento. La filosofía de diseño del pavimento requiere que éste sea capaz de soportar las cargas que el tráfico ocasiona sin que se

produzcan desplazamientos en la superficie, base o sub-base, facilitando que la carga se transmita a través de los áridos a las capas inferiores, donde son finalmente disipadas. El diseño del pavimento se apoya en el análisis de tráfico, el cual determinó un índice Medio Diario de 101 vehículos. Para este requerimiento se estableció que el pavimento estará compuesto de una capa de espesor mínimo de 0.25 cm y se encontrará sobre la subrasante natural del terreno, debido a que ésta cuenta con una capacidad de soporte aceptable, tal como reportaron los respectivos ensayos de laboratorio.

• Análisis estructural del comportamiento de los macizos de arranque - memoria de cálculo. Aquí se presentó el procedimiento para la evaluación de las presiones transmitidas y las deformaciones suscitadas ante las reacciones del puente Salinas sobre los macizos de arranque, considerando la interacción suelo-estructura. El análisis estructural del macizo del arranque del estribo izquierdo del puente en arco está basado en las partes aplicables de las normas técnicas y reglamentos para diseño siguientes: Reglamento Nacional de Estructuras, Norma Técnica de Edificación. Cargas E-020. ·

Especificaciones ASHTO (American Association of State Highway and Transportation Officials-

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Standard Specifications for Highway Bridges) versión LRFD. ·

Manual de Diseño de Puentes de la Dirección General de Caminos y Ferrocarriles del Ministerio de Transportes y Comunicaciones.

electrónico SAP2000 Advanced versión. La idealización de los macizos se ha efectuado mediante elementos finitos de cuatro y tres nudos denominados AREA (Shell). La interacción sueloestructura se ha representado mediante resortes con la propiedad de ser solicitados solo a fuerzas de compresión con entidades denominadas SPRING.

Otros detalles El concreto utilizado en la estructura tiene una resistencia a la compresión especificada f'c=210 kg/cm2. Las reacciones del puente sobre los macizos han sido tomadas de las notas de cálculo del estudio de estructuras del proyecto original, las cuales son las siguientes: ·

Cuadro 01 - Reacciones del puente sobre los macizos.

·

Cuadros 02 y 03 - de acuerdo a las características del terreno. Rigideces de suelo.

Cabe resaltar que el análisis estructural se ejecutó mediante la utilización del programa de cálculo

Considerando que los macizos de arranque tendrán un comportamiento de cuerpo rígido se han forzado los nudos que representan a los elementos, para que tengan el mismo desplazamiento y giro a través de la propiedad Constraint. Para la idealización se ha considerado que los macizos tienen contacto con el terreno en todas sus caras, excepto en las frontales (hacia el arco) y la superior, condición considerada como la más desfavorable.

Publicación con autorización de la Revista Constructivo oct-nov 2011. Ed. 83. www.constructivo.com

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