1.

2. Manual de Diseo de Puentes__________________Ministerio de Transportes y ComunicacionesDireccin General de Caminos y FerrocarrilesEl Ministerio de Transportes y Comunicaciones, en el marco de su rol normativo se propusoelaborar un Reglamento para el Diseo de Puentes. Es as como hace ya algn tiempo seculmin la versin inicial del citado documento, el mismo que fue revisado y mejorado con losaportes de especialistas en la materia. En enero del 2003, se public en la pgina web delMTC la versin revisada del Reglamento con el objeto de recibir los comentarios de loscolegios profesionales, universidades, especialistas en la materia e ingenieros en general;como resultado de esta publicacin se recibieron valiosos aportes, observaciones ysugerencias que luego de ser evaluados fueron incorporados en el texto final del denominadoManual de Diseo de Puentes que fue aprobado mediante R.M. N 589-2003-MTC/02 del 31-07-2003.El Manual de Diseo de Puentes, establece las condiciones generales para la preparacin deun proyecto, as como las cargas a las que sern sometidas las estructuras, la resistencia delos materiales que la conforman, las deformaciones que se pueden producir y los mtodos deanlisis para evaluar su comportamiento con seguridad y estabilidad en su periodo de vida til.Nuestro objetivo es que el referido Manual sea aplicado, a nivel nacional, en cualquier proyectoque involucre la construccin, rehabilitacin y/o ampliacin de un puente, uniformizando, deesta manera, los criterios de diseo y la presentacin de los estudios.Como quiera que esta es una especialidad en constante evolucin, el MTC ha designado unComit Permanente que se encargar de actualizar el Manual, incorporando nuevas normassegn los avances tecnolgicos que se presenten. Este Comit est conformado porespecialistas de puentes del MTC, de la Universidad Nacional de Ingeniera, de lasUniversidades Particulares Ricardo Palma y Universidad Peruana de Ciencias Aplicadas, delColegio de Ingenieros y de la Asociacin Peruana de Caminos.El MTC, con profunda satisfaccin, pone a disposicin de las entidades pblicas y privadas,miembros de la orden, estudiantes y pblico en general, el presente Manual de Diseo dePuentes en la seguridad de que se constituir en una herramienta til en el diseo de estasimportantes estructuras.Agosto de 2003Lima, PerIng. Julio Escudero MezaDirector General de Caminos y FerrocarrilesEdicion Digital del Manual de Diseo de Puentes, elaborado por: Direccin General de Caminos y Ferrocarriles Portal: www.mtc.gob.pe / E-mail: dgcyf@mtc.gob.pe Jr. Zorritos 1203 - Lima 1, Per Tefonos: (51 - 1) 3157800 Fax: (51 - 1) 3157718 3. MANUAL DE DISEO DE PUENTESManual deDISEO DE PUENTESMinisterio de Transportes y ComunicacionesDireccin General de Caminos y Ferrocarriles2003 4. MANUAL DE DISEO DE PUENTESManual deDISEO DE PUENTESMinisterio de Transportes y ComunicacionesDireccin General de Caminos y Ferrocarriles___________________________________________________________DIRECTOR GENERAL DE CAMINOS ING. JULIO ESCUDERO MEZAY FERROCARRILESDIRECTOR DE NORMATIVIDAD VIAL ING. ANA MONTTI SNCHEZ___________________________________________________________Agosto de 2003Lima, Per 5. MANUAL DE DISEO DE PUENTES PROLOGO La primera Especificacin Estndar para el diseo y construccin de puentesfue publicada en 1931 por AASHO, la entidad predecesora del AASHTO. El sub-comit de Puentes y Estructuras del AASHTO est conformado por los Ingenieros Jefede Puentes de cada Departamento de Caminos de EE.UU., entidades que han tenidoa su cargo la responsabilidad del diseo, construccin y mantenimiento de la mayorade puentes de EE.UU desde esa poca. Se consider natural por lo tanto que elAASHTO a travs de este subcomit sea el responsable de publicar y actualizarpermanentemente las Especificaciones de Puentes. Desde un inicio, las Especificaciones de Puentes del AASHTO se convirtieron"de alguna forma" en una Norma Nacional adoptada no slo por los DepartamentosEstatales de Caminos sino tambin por toda autoridad propietaria de puentes tanto enEE.UU como en otros pases. Se han publicado ediciones consecutivamente cadacuatro (4) aos, aproximadamente, y la Edicin 15va. se public en 1992.El conocimiento relacionado al Diseo de Puentes ha crecido enormementedesde 1931, tanto en los aspectos tericos como prcticos, gracias a trabajos deInvestigacin sobre las propiedades de los materiales, en el desarrollo de nuevos ymejores materiales, en mtodos ms racionales y precisos sobre el comportamientoestructural, en el uso de tcnicas computacionales cada vez ms avanzadas, en elestudio de eventos externos particularmente peligrosos para puentes tales comosismos y socavacin, etc. A fin de mantener el paso con todos estos avances, elAASHTO autoriz al Sub-comit de Puentes y Estructuras, a publicar cada aoDocumentos Internos (Interims) sobre Puentes, no solamente sobre lasEspecificaciones Estndares existentes, sino tambin para modificar paulatinamente yaumentar la veintena de documentos sobre Puentes y Estructuras que estn bajo sugua y auspicio.En 1986 el Sub-Comit hizo un pedido al Comit permanente enInvestigaciones del AASHTO para que lleve a cabo una evaluacin de lasEspecificaciones de Diseo de Puentes, revise Especificaciones y Cdigos Extranjerosde Puentes, considere filosofas de diseo alternativas a las de las EspecificacionesEstndar, y que efecte recomendaciones basadas en estas investigaciones. Estetrabajo form parte del Programa Nacional Cooperativo de Investigacin en Carreteras(NCHRP) dirigido por el Comit Permanente de Investigacin del AASHTO yadministrado para el AASHTO por el Consejo de Investigacin de Transporte (TRB). Eltrabajo fue completado en 1987, y como era de esperarse con una especificacincontinuamente ajustada a lo largo de los aos, se encontr que las EspecificacionesEstndar contenan vacos discernibles, inconsistencias y aun algunos conflictos.Adems de esto, las especificaciones no reflejaban ni incorporaban la filosofa dediseo ms reciente, el Diseo por Carga y Resistencia Factorada (LRFD), una 3 6. MANUAL DE DISEO DE PUENTESfilosofa que ha venido imponindose en otras reas de Ingeniera Estructural y enotras partes del mundo tal como Canad y Europa. Desde su inicio hasta los primeros aos de la dcada del 70, la nica filosofade diseo incorporada en las Especificaciones Estndar eran conocidas como elDiseo por Esfuerzos Permisibles (DEP o Working Stress Design, WSD). El DEPestablece esfuerzos permisibles como un porcentaje de la capacidad de carga de unmaterial, y requiere que los esfuerzos calculados no sobrepasen estos esfuerzospermisibles. A comienzos de los aos 70, el DEP comenz a ser mejorado a fin detomar en cuenta la naturaleza variable de ciertos tipos de cargas tales como cargasvehiculares y fuerza de viento, a travs de factores ajustables de diseo, una filosofade diseo conocida como Diseo por Factores de Carga (DFC o Load Factor DesIgn,LFD). Ambas filosofas de DEP y DFC estn reflejadas en la edicin actual de lasEspecificaciones Estndar.Una extensin filosfica adicional resulta de considerar la variabilidad en laspropiedades de los elementos estructurales de manera similar a la variabilidad de lascargas. Aunque consideradas de una manera limitada en el DFC, la filosofa dediseo del LRFD toma en cuenta de una manera explcita la variabilidad en elcomportamiento estructural de los elementos. La metodologa LRFD se basa en eluso extensivo de mtodos estadsticos, pero pone los resultados de una manera quees fcilmente utilizable por diseadores y analistas de puentes.La recomendacin principal de la evaluacin completada en 1987, entonces,fue el desarrollo de un Estndar LRFD totalmente nuevo. Un proyecto multianualexcepcionalmente completo del NCHRP para alcanzar este objetivo fue aprobado porel Comit Permanente en Investigacin del AASHTO. Una vez comenzado eldenominado Proyecto 12-33 del NCHRP tom cinco aos para completarse, y queresult en el presente documento: Especificaciones LRFD AASHTO para el Diseo dePuentes. Bajo la revisin frecuente del Subcomit de Puentes y Estructuras delAASHTO y sus Veinte Comites, las especificaciones fueron desarrolladas por unequipo de ms de 50 miembros, incluyendo algunos de los mejores talentos enIngeniera de Puentes en EE.UU. y el mundo.El esfuerzo incluye la incorporacin del conocimiento del estado del arte y lacooperacin y contribucin de grupos de la industria. Ha pasado por cinco versionessucesivas, revisiones exhaustivas, y ha sido ensayado sistemticamente en diseosde prueba en la Divisin de Diseo de Puentes de Catorce Departamentos miembrosdel AASHTO, al igual que informalmente en muchos otros. Representa un gran pasoen mejorar el diseo de puentes y establecer mtodos de anlisis mejor elaborados,que conducen al diseo de puentes con una serviciablidad superior, mayoresfacilidades de mantenimiento a largo plazo, y niveles de seguridad ms uniforme. 4 7. MANUAL DE DISEO DE PUENTES Como resultado de la publicacin Propuesta de Reglamento de Puentes en lapgina web del Ministerio de Transportes y Comunicaciones, se recibieron valiososcomentarios de los especialistas del medio, los cuales han sido evaluados y aceptados, porlo que se ha modificado la designacin de Reglamento a Manual de Diseo de Puentes. La Direccin General de Caminos y Ferrocarriles ha visto por convenienteconformar una Comisin Permanente con la participacin de profesionales del sectorpblico y privado, con el fin de actualizar e introducir avances tecnolgicos en el texto delManual. Hasta el perfeccionamiento del documento, se aceptar para el diseo depuentes, las normas dadas por la AASHTO en su edicin de vigencia. 5 8. MANUAL DE DISEO DE PUENTES TITULO PRELIMINARINTRODUCCIN AL MANUAL DE DISEO DE PUENTES Este Manual de Diseo de Puentes brinda las pautas necesarias para elplaneamiento, el anlisis y el diseo, de puentes carreteros y de puentes peatonales.Se especifican en cada caso los requisitos mnimos, quedando a criterio del usuarioutilizar lmites ms estrictos o complementar estas especificaciones en lo que resultepertinente. El Ttulo I del Manual se refiere a los aspectos de ingeniera bsica, queincluyen los estudios topogrficos, hidrolgicos e hidrulicos, geolgicos, geotcnicos,de riesgo ssmico, impacto ambiental, trfico, alternativas de diseo vial, alternativasde anteproyecto y factibilidad; sin los cuales no sera posible desarrollar el proyecto.Estos aspectos tienen singular importancia, ms an por las condiciones muy variadasy a menudo difcilmente impuestas por la geografa y los desastres naturales.El Manual es, en la mayor parte de los aspectos de diseo a los que se refiereel Ttulo II, una adaptacin de las Especificaciones de la American Association of StateHighway and Transportation Officials (AASHTO), que han sido tradicionalmente lasms utilizadas por los profesionales peruanos dedicados al diseo y a la construccinde puentes. Para facilitar el trabajo del proyectista, se ha incluido tambin un anexoque resume las versiones ms recientes de mtodos simplificados de anlisis y diseopropuestos por la AASHTO. En aspectos tales como las sobrecargas de camiones se mantienen las ideasbsicas de las especificaciones AASHTO. La sobrecarga especificada en este Manualcorresponde a la denominada AASHTO HL-93. El formato adoptado para este Manual es el de Cargas y ResistenciasFactoradas (LRFD), lo que permite la consideracin adecuada de la variabilidad tantoen las cargas como en las propiedades de los elementos resistentes. Los puentes sedisean para satisfacer una serie de condiciones lmite de seguridad y de servicio,todas ellas de igual importancia, teniendo en cuenta tambin aspectos constructivos,de posibilidad de inspeccin, de esttica y de economa. El formato LRFD es msracional que el tradicional diseo en condiciones de servicio, lo que explica latendencia mundial hacia la adopcin de cdigos en ese formato. 6 9. MANUAL DE DISEO DE PUENTESI. DEFINICIONES AnteproyectoConjunto de estudios iniciales que hacen posible la evaluacin de una solucinpropuesta, antes de su desarrollo definitivo. ProyectoComprende todos los estudios y documentos necesarios que hacen posible laconstruccin del puente. Los estudios son definitivos y realizados con informacinms completa y detallada que a nivel de Anteproyecto. Generalmente el proyectose prepara con fines de Licitacin de la Obra. Estudios Bsicos de IngenieraConjunto de estudios para obtener los datos necesarios para la elaboracin de losanteproyectos y proyectos del puente. Los Estudios que pueden ser necesariosdependiendo de la magnitud y complejidad de la obra son: Estudios Topogrficos Estudios Hidrolgicos e Hidrulicos Estudios Geolgicos y Geotcnicos Estudios de Riesgo Ssmico Estudios de Impacto Ambiental Estudios de Trfico Estudios Complementarios Estudios de Trazos de la Va Obras de Arte EspecialesConjuntos estructurales tales como puentes, viaductos, pasarelas, tneles, murosde gran tamao y otras obras de magnitud, tal que, por sus proporciones ycaractersticas, requieren proyectos especficos desarrollados por ingenieroscalificados, construidos bajo la responsabilidad de profesionales de experiencia ycon la supervisin constante y adecuada en todas las fases de la construccin. PuenteObra de arte especial requerida para atravesar a desnivel un accidente geogrfico oun obstculo artificial por el cual no es posible el trnsito en la direccin de su eje. ViaductoPuente a desnivel sobre una va de trfico. PontnPuente de longitud menor que 10 metros.7 10. MANUAL DE DISEO DE PUENTES Especificaciones GeneralesSon aquellas instrucciones que definen las caractersticas de los materiales y losequipos a emplear, determinan los procedimientos constructivos, los mtodos decontrol de calidad y los criterios para la aceptacin o el rechazo de los materiales ode la construccin, fijan la modalidad de elaboracin de las valorizaciones y elcronograma de pagos. Son vlidas para las obras o para un grupo de obras delorganismo contratante. Especificaciones ParticularesInstrucciones que modifican las especificaciones generales, debido a lascondiciones especiales de un proyecto determinado; deben ser justificadas por elautor del proyecto y aprobadas por el organismo contratante. Son vlidassolamente para el proyecto especfico. Especificaciones ComplementariasInstrucciones referidas a obras particulares; establecen procedimientos yespecificaciones sobre mtodos de ensayo no previstos en las normas nacionalesvigentes ni en las instrucciones generales.II . UNIDADES Y SMBOLOSEl sistema oficial de pesos y medidas en el Per es el Sistema Internacional deUnidades (SI). Sin embargo, debe reconocerse que es prctica comn en el medio lade utilizar unidades tcnicas tales como toneladas para expresar fuerzas o kgf/cm2para los esfuerzos. Por lo tanto, para facilitar el trabajo de los ingenieros se ha optadopor presentar las diversas cantidades en dos distintos sistemas de unidades: elsistema internacional y (entre parntesis) en el sistema tcnico.La notacin se ajusta en lo posible a las normas ISO. Tambin en este aspectoha sido necesario adaptarse a las costumbres establecidas, empleando smbolos queno son estrictamente los de esas normas pero que son de uso general. Los smbolosutilizados se detallan al inicio de cada captulo.8 11. MANUAL DE DISEO DE PUENTESTITULO I: DE LA INGENIERIA BASICA 9 12. MANUAL DE DISEO DE PUENTESTITULO I DE LA INGENIERA BSICA1.1 ESTUDIOS TOPOGRFICOS1.1.1 Objetivos y AlcancesLos estudios topogrficos tendrn como objetivos: Realizar los trabajos de campo que permitan elaborar los planos topogrficos Proporcionar informacin de base para los estudios de hidrologa e hidrulica,geologa, geotecnia, as como de ecologa y sus efectos en el medio ambiente. Posibilitar la definicin precisa de la ubicacin y las dimensiones de los elementosestructurales. Establecer puntos de referencia para el replanteo durante la construccin.Los estudios topogrficos debern comprender como mnimo lo siguiente: Levantamiento topogrfico general de la zona del proyecto, documentado en planosa escala entre 1:500 y 1:2000 con curvas de nivel a intervalos de 1 m ycomprendiendo por lo menos 100 m a cada lado del puente en direccinlongitudinal (correspondiente al eje de la carretera) y en direccin transversal (la delro u otro obstculo a ser transpuesto). Definicin de la topografa de la zona de ubicacin del puente y sus accesos, conplanos a escala entre 1/100 y 1/250 considerando curvas de nivel a intervalos nomayores que 1 m y con secciones verticales tanto en direccin longitudinal como endireccin transversal. Los planos debern indicar los accesos del puente, as comoautopistas, caminos, vas frreas y otras posibles referencias. Deber igualmenteindicarse con claridad la vegetacin existente. En el caso de puentes sobre cursos de agua deber hacerse un levantamientodetallado del fondo. Ser necesario indicar en planos la direccin del curso deagua y los lmites aproximados de la zona inundable en las condiciones de aguasmximas y mnimas, as como los observados en eventos de carcter excepcional.Cuando las circunstancias lo ameriten, debern indicarse los meandros del ro. Ubicacin e indicacin de cotas de puntos referenciales, puntos de inflexin ypuntos de inicio y trmino de tramos curvos; ubicacin o colocacin de BenchMarks. Levantamiento catastral de las zonas aledaas al puente, cuando existanedificaciones u otras obras que interfieran con el puente o sus accesos o querequieran ser expropiadas. 10 13. MANUAL DE DISEO DE PUENTES1.1.2 InstrumentacinLa instrumentacin y el grado de precisin empleados para los trabajos de campo yel procesamiento de los datos debern ser consistentes con la dimensin delpuente y sus accesos y con la magnitud del rea estudiada. En cualquier caso losinstrumentos y los procedimientos empleados debern corresponder a la mejorprctica de la ingeniera.1.1.3 DocumentacinLa topografa de la zona donde se ubicar el puente deber documentarsemediante planos con curvas de nivel y fotografas, registros digitales e informes.Los informes debern detallar las referencias preliminares consultadas, ladescripcin y las caractersticas tcnicas del equipo utilizado para la toma de datos,la metodologa seguida para el procesamiento de los datos de campo y la obtencinde los resultados.Si se dispusiera de estudios topogrficos previos, de zonas adyacentes o queinvolucren el rea del proyecto, stos debern ser revisados a fin de verificar lacompatibilidad de la informacin obtenida.Los planos sern presentados en lminas de formatos A0 A1 de las NormasTcnicas Peruanas, excepto cuando las dimensiones de la estructura haganindispensable el uso de un formato distinto.Los registros digitales sern entregados en diskettes en un formato compatible conlos programas especializados utilizados por el Ministerio.11 14. MANUAL DE DISEO DE PUENTES1.2 ESTUDIOS DE HIDROLOGIA E HIDRAULICA1.2.1 ObjetivosLos objetivos de los estudios son establecer las caractersticas hidrolgicas de losregmenes de avenidas mximas y extraordinarias y los factores hidrulicos queconllevan a una real apreciacin del comportamiento hidrulico del ro que permitendefinir los requisitos mnimos del puente y su ubicacin ptima en funcin de losniveles de seguridad o riesgos permitidos o aceptables para las caractersticasparticulares de la estructura.Los estudios de hidrologa e hidrulica para el diseo de puentes deben permitirestablecer lo siguiente: Ubicacin ptima del cruce. Caudal mximo de diseo hasta la ubicacin del cruce. Comportamiento hidrulico del ro en el tramo que comprende el cruce. Area de flujo a ser confinada por el puente. Nivel mximo de agua (NMA) en la ubicacin del puente. Nivel mnimo recomendable para el tablero del puente. Profundidades de socavacin general, por contraccin y local. Profundidad mnima recomendable para la ubicacin de la cimentacin,segn el tipo de cimentacin. Obras de proteccin necesarias. Previsiones para la construccin del puente.1.2.2 AlcancesEl programa de estudios debe considerar la recoleccin de informacin, los trabajos decampo y los trabajos de gabinete, cuya cantidad y alcance ser determinado en basea la envergadura del proyecto, en trminos de su longitud y el nivel de riesgoconsiderado.Los estudios hidrolgicos e hidrulicos comprendern lo siguiente: Evaluacin de estudios similares realizados en la zona de ubicacin delpuente; en el caso de reemplazo de un puente colapsado es convenienteobtener los parmetros de diseo anteriores. Visita de campo; reconocimiento del lugar tanto en la zona de cruce como dela cuenca global. Recoleccin y anlisis de informacin hidromtrica y meteorolgica existente;esta informacin puede ser proporcionada por entidades locales onacionales, por ejemplo: Ministerio de Agricultura, SENAMHI, o entidadesencargadas de la administracin de los recursos hdricos del lugar. Caracterizacin hidrolgica de la cuenca, considerada hasta el cruce delcurso de agua; en base a la determinacin de las caractersticas de12 15. MANUAL DE DISEO DE PUENTESrespuesta lluvia - escorrenta, y considerando aportes adicionales en lacuenca, se analizar la aplicabilidad de los distintos mtodos de estimacindel caudal mximo. Seleccin de los mtodos de estimacin del caudal mximo de diseo; parael clculo del caudal mximo a partir de datos de lluvia se tienen: el mtodoracional, mtodos en base a hidrogramas unitarios sintticos, mtodosempricos, etc., cuya aplicabilidad depende de las caractersticas de lacuenca; en caso de contarse con registros hidromtricos de calidadcomprobada, puede efectuarse un anlisis de frecuencia que permitirobtener directamente valores de caudal mximo para distintas probabilidadesde ocurrencia (periodos de retorno). Estimacin de los caudales mximos para diferentes periodos de retorno ysegn distintos mtodos; en todos los casos se recomienda llevar a cabo unaprueba de ajuste de los distintos mtodos de anlisis de frecuencia (Gumbel,Log - Pearson Tipo III, Log Normal, etc.) para seleccionar el mejor.Adicionalmente, pueden corroborarse los resultados bien sea mediantefactores obtenidos a partir de un anlisis regional o, de ser posible,evaluando las huellas de nivel de la superficie de agua dejadas por avenidasextraordinarias recientes. Evaluacin de las estimaciones de caudal mximo; eleccin del resultadoque, a criterio ingenieril, se estima confiable y lgico. Determinacin del periodo de retorno y la descarga mxima de diseo; elperiodo de retorno depender de la importancia de la estructura yconsecuencias de su falla, debindose garantizar un estndar hidrulicomayor para el diseo de la cimentacin del puente que el usualmenterequerido para el dimensionamiento del rea de flujo a ser confinada por elpuente. Caracterizacin morfolgica del cauce; es especialmente importante ladeterminacin de la estabilidad, esttica o dinmica, o inestabilidad delcauce, y asimismo, el aporte de escombros desde la cuenca, los cualespermitirn pre-establecer las condiciones a las que estar expuesta laestructura. Determinacin de las caractersticas fsicas del cauce, incluyendo lasllanuras de inundacin; estas incluyen la pendiente del cauce en el tramo deestudio, dimetro medio del material del lecho tomado a partir de variasmuestras del cauce, coeficientes de rugosidad considerando la presencia ono de vegetacin, materiales cohesivos, etc. Seleccin de secciones transversales representativas del cauce y obtencindel perfil longitudinal; la longitud del tramo a ser analizado depender de lascondiciones de flujo previstas, por ejemplo, alteraciones aguas arriba oaguas abajo que debieran considerarse. Determinacin del perfil de flujo ante el paso del caudal de diseo a lo largodel cauce; se sugiere la utilizacin de los programas de cmputo HEC-2,HEC-RAS o similares. 13 16. MANUAL DE DISEO DE PUENTESDeterminacin de las caractersticas hidrulicas del flujo; estas comprenden la velocidad media, ancho superficial, rea de flujo, pendiente de la lnea de energa, nivel de la superficie de agua, etc., cuyos valores son necesarios para la determinacin de la profundidad de socavacin.Determinacin de las profundidades de socavacin general, por contraccin, local y total.Evaluacin de las estimaciones de socavacin total.Recomendaciones de proteccin y/o consideraciones de diseo adicionales.1.2.3 Consideraciones para el DiseoLos puentes ubicados en el cruce con un curso de agua deben ser diseados de modoque las alteraciones u obstculos que estos representen ante este curso de agua seanprevistos y puedan ser admitidos en el desempeo de la estructura a lo largo de suvida til o se tomen medidas preventivas. Para esto deben establecerse lascaractersticas hidrogeodinmicas del sistema fluvial con el objeto de determinar laestabilidad de la obra respecto al comportamiento del cauce. Es importante considerarla posible movilidad del cauce, el aporte de escombros desde la cuenca y losfenmenos de socavacin, as como la posibilidad de ocurrencia de derrumbes,deslizamientos e inundaciones.Dado que, generalmente, el dao ocasional producido a la va y accesos aledaos alpuente ante una avenida extraordinaria puede ser rpidamente reparado pararestaurar el servicio de trfico y, de otro lado, un puente que colapsa o sufre daosestructurales mayores ante la erosin puede amenazar la seguridad de los transentesas como crear impactos sociales y prdidas econmicas significativas por un largoperiodo de tiempo, debe considerarse mayor riesgo en la determinacin del rea deflujo a ser confinada por el puente que en la estimacin de las profundidades desocavacin.El estudio debe indicar los periodos de sequa, de avenidas, y de transicin, pararecomendar las previsiones a tomarse en cuenta antes, durante y despus de laconstruccin de las estructuras ubicadas en el cauce.1.2.4 Interrelacin con los Estudios Geolgicos y GeotcnicosEn el caso de puentes sobre cursos de agua, la informacin sobre la geomorfologa ylas condiciones del subsuelo del cauce y alrededores son complementarias conaquella obtenida de los estudios hidrolgicos. El diseo de los elementos de lasubestructura se realizar tomando en cuenta los aspectos de ingeniera estructural,geotcnica e hidrulica en forma conjunta. El nivel de ubicacin de la cimentacindepende del tipo de cimentacin, esto es, si es superficial o profunda, va apoyadasobre roca o suelo, etc. y deber estar por debajo de las profundidades de socavacinestimadas. 14 17. MANUAL DE DISEO DE PUENTES1.2.5 Informacin de ApoyoPara el ptimo logro de los objetivos, el estudio de hidrologa e hidrulica debeapoyarse en la siguiente informacin adicional: Perfil estratigrfico del suelo. Tamao, gradacin del material del lecho. Secciones transversales del cauce. Vista en planta del curso de agua. Caractersticas de la cuenca. Datos de erosin en otros puentes. Historial de avenidas. Ubicacin del puente respecto a otras estructuras. Carcter del curso de agua (perenne, intermitente, etc.). Geomorfologa del lugar (con llanuras de inundacin; cruza deltas oabanicos aluviales, mendrico, recto, trenzado, etc.). Historial erosivo del curso de agua. Historial de desarrollo del curso de agua y de la cuenca. Adquirirmapas, fotografas areas; entrevistar residentes locales; revisarproyectos de recursos hdricos planificados a futuro. Evaluacin cualitativa del lugar con un estimado del potencial demovimiento del curso de agua y su efecto sobre el puente.1.2.6 Documentacin RequeridaLos estudios debern ser documentados mediante un informe que contendr, comomnimo, lo siguiente: Caractersticas del ro en la zona del proyecto Rgimen de caudales Caractersticas hidrulicas Caudal de diseo y periodo de retorno Definicin de la luz del puente y de los niveles del fondo de lasuperestructura Profundidad mnima recomendable para la ubicacin de lacimentacin, segn el tipo de cimentacin. Caractersticas de las obras de defensa y de encauzamiento Conclusiones y Recomendaciones 15 18. MANUAL DE DISEO DE PUENTES1.3 ESTUDIOS GEOLGICOS Y GEOTECNICOS1.3.1 Estudios Geolgicos1.3.1.1 OBJETIVOSEstablecer las caractersticas geolgicas, tanto local como general de las diferentesformaciones geolgicas que se encuentran identificando tanto su distribucin comosus caractersticas geotcnicas correspondientes.1.3.1.2 ALCANCEEl programa de estudios deber considerar exploraciones de campo, cuya cantidad serdeterminada en base a la envergadura del proyecto.Los estudios geolgicos y geotcnicos comprendern: Revisin de informacin existente y descripcin de la geologa a nivel regional y local. Descripcin geomorfolgica. Zonificacin geolgica de la zona. Definicin de las propiedades fsicas y mecnicas de suelos y/o rocas. Definicin de zonas de deslizamientos, huaycos y aluviones sucedidos en el pasado y de potencial ocurrencia en el futuro. Recomendacin de canteras para materiales de construccin. Identificacin y caracterizacin de fallas geolgicas.1.3.2 Estudios Geotcnicos1.3.2.1. OBJETIVOSEstablecer las caractersticas geotcnicas, es decir, la estratigrafa, la identificacin ylas propiedades fsicas y mecnicas de los suelos para el diseo de cimentacionesestables.1.3.2.2. ALCANCESEl estudio debe considerar exploraciones de campo y ensayos de laboratorio, cuyacantidad ser determinada en base a la envergadura del proyecto, en trminos de sulongitud y las condiciones del suelo. Los estudios debern comprender la zona deubicacin del puente, estribos, pilares y accesos.Los Estudios geotcnicos comprendern: Ensayos de campo en suelos y/o rocas. Ensayos de laboratorio en muestras de suelo y/o roca extradas de la zona. Descripcin de las condiciones del suelo, estratigrafa e identificacin de losestratos de suelo o base rocosa.16 19. MANUAL DE DISEO DE PUENTES Definicin de tipos y profundidades de cimentacin adecuados, as comoparmetros geotcnicos preliminares para el diseo del puente a nivel deanteproyecto. Dependiendo de la envergadura del proyecto y del tipo de suelo se podrn realizarensayos de refraccin ssmica, complementados por perforaciones o excavacionesde verificacin en sustitucin a los trabajos antes mencionado. Presentacin de los resultados y recomendaciones sobre especificacionesconstructivas y obras de proteccin.1.3.2.3 SONDAJESLa cantidad y profundidad de sondajes deber tomar en cuenta la magnitud ycomplejidad del proyecto. En el caso de puentes de hasta 100 metros, se prever comomnimo un sondaje de exploracin por cada componente, sea ste estribo, zapata, pilar,bloque de anclaje, grupo de pilotes, etc. Dependiendo de las caractersticas del proyectoy del tipo de terreno este mnimo podr reducirse a un solo sondaje complementado porensayos de refraccin ssmica. En caso de puentes de gran longitud, deber tomarse encuenta la variabilidad de las condiciones del terreno a lo largo del eje del puente.La profundidad de las exploraciones y sondajes estar definida considerando unpredimensionamiento de la cimentacin y las condiciones locales del subsuelo. Si lascondiciones locales del subsuelo lo requieren, se requerir extender la profundidad delos sondajes, por debajo del nivel de cimentacin, de 2 a 3 veces el ancho previsto delas zapatas 2 metros bajo el nivel inferior de las cimentaciones profundas. En el casode macizos rocosos, se requerir extender la profundidad de los sondajes de 1 a 3metros por debajo del nivel estimado de cimentacin.1.3.2.4 ENSAYOS DE CAMPOLos ensayos de campo sern realizados para obtener los parmetros de resistencia ydeformacin de los suelos o rocas de fundacin as como el perfil estratigrfico consondajes que estarn realizadas en funcin de la longitud del puente, nmero deestribos, pilares y longitud de accesos. Los mtodos de ensayo realizados en campodeben estar claramente referidos a prcticas establecidas y normas tcnicasespecializadas relacionadas con los ensayos respectivos. Pueden considerarse losensayos que se listan a continuacin:a) Ensayos en Suelos: Ensayo de Penetracin Estndar (SPT) Ensayo de Cono Esttico (CPT) Ensayo de Veleta de Campo Ensayo de Presurometra Ensayo de Placa Esttico Ensayo de Permeabilidad Ensayo de Refraccin Ssmica 17 20. MANUAL DE DISEO DE PUENTESb) Ensayos en Rocas: Ensayo de Compresin Uniaxial en Roca dbil Determinacin de la Resistencia al Corte Directo, en discontinuidades de roca Ensayo de Carga en Placa Flexible Ensayo de Carga en Placa Rgida Ensayo con el Mtodo de Fracturamiento Hidrulico1.3.2.5 ENSAYOS DE LABORATORIOLos mtodos usados en los ensayos de laboratorio deben estar claramente referidos anormas tcnicas especializadas relacionadas con los ensayos respectivos. Puedenconsiderarse los ensayos que se listan a continuacin:a) Ensayos en Suelos: Contenido de humedad Gravedad especfica Distribucin granulomtrica Determinacin del lmite liquido y lmite plstico Ensayo de corte directo Ensayo de compresin no-confinada Ensayo triaxial no consolidado - no drenado Ensayo triaxial consolidado - no drenado Ensayo de consolidacin Ensayo de permeabilidad Ensayo Proctor Modificado y CBRb) Ensayos en Rocas: Determinacin del modulo elstico Ensayo de compresin triaxial Ensayo de compresin no confinada Ensayo de resistencia a la rotura1.3.3 Interrelacin con los Estudios HidrolgicosEn caso de puentes sobre cursos de agua, la informacin sobre la geomorfologa y lascondiciones del subsuelo del cauce y alrededores son complementarias con aquellaobtenida de los estudios hidrolgicos. El diseo de los elementos de la subestructura serealizar tomando en cuenta adems la influencia de la socavacin y la subpresin en eldiseo. El nivel de cimentacin deber estar por debajo de la profundidad de socavacinestimada. 18 21. MANUAL DE DISEO DE PUENTES1.3.4 DocumentacinLos estudios debern ser documentados mediante un informe que contendr, comomnimo, lo siguiente: Exploracin geotcnica. Indicacin de sondajes y ensayos de campo y laboratoriorealizados. Se indicarn las normas de referencia usadas para la ejecucin de losensayos. Los resultados de los sondajes deben ser presentados con descripcionesprecisas de los estratos de suelo y/o base rocosa, clasificacin y propiedades fsicasde los suelos y/o roca, indicacin del nivel fretico y resultados de los ensayos decampo. Descripcin precisa de los estratos de suelos, clasificacin y propiedades fsicas delos suelos. Indicacin del nivel fretico De los resultados de ensayos de campo y de laboratorio. Como mnimo se debenestablecer los siguientes parmetros, de acuerdo al tipo de suelo: peso volumtrico,resistencia al corte, compresibilidad, potencial de expansin o de colapso, potencialde licuacin. En caso de rocas, se debern establecer: dureza, compacidad,resistencia al intemperismo, ndice de calidad y resistencia a la compresin. Tipos y profundidades de cimentacin recomendadas. Normas de referencia usados en los ensayos. Canteras para materiales de construccin y caractersticas de los materiales de lascanteras. Zonas de deslizamientos, huaycos y aluviones pasados. Conclusiones y recomendaciones.19 22. MANUAL DE DISEO DE PUENTES1.4 ESTUDIOS DE RIESGO SSMICO1.4.1 ObjetivosLos estudios de riesgo ssmico tendrn como finalidad la determinacin de espectrosde diseo que definan las componentes horizontal y vertical del sismo a nivel de lacota de cimentacin.1.4.2 Requisitos MnimosEn ningn caso sern las fuerzas ssmicas menores que aquellas especificadas en laseccin 2.4.3.11 del Ttulo II del presente Manual.1.4.3 Requerimiento de los EstudiosEl alcance de los estudios de riesgo ssmico depender de: La zona ssmica donde se ubica el puente El tipo de puente y su longitud Las caractersticas del sueloPara los casos siguientes podrn utilizarse directamente las fuerzas ssmicas mnimasespecificadas en el Ttulo II de este Manual, sin que se requieran estudios especialesde riesgo ssmico para el sitio: Puentes ubicados en la zona ssmica 1, independientemente de las caractersticasde la estructura. Puentes de una sola luz, simplemente apoyados en los estribos,independientemente de la zona donde se ubiquen. Otros puentes que no correspondan a los casos explcitamente listados en lo quesigue.Se requerirn estudios de riesgo ssmico para los puentes que se ubiquen en laszonas 1, 2, 3 4, en los siguientes casos: Puentes colgantes, puentes atirantados, puentes de arco y todos aquellos puentescon sistemas estructurales no convencionales, siempre que - en cualquiera de loscasos mencionados - se tenga una luz de ms de 90m. y/o el suelo corresponda alperfil tipo S4. Otros puentes, incluyendo puentes continuos y simplemente apoyados de mltiplesluces, con una longitud total de la estructura mayor o igual a 150 m. 20 23. MANUAL DE DISEO DE PUENTES1.4.4 AlcancesCuando se requiera un estudio de riesgo ssmico para el sitio, ste deber comprendercomo mnimo lo siguiente: Recopilacin y clasificacin de la informacin sobre los sismos observados en elpasado, con particular referencia a los daos reportados y a las posiblesmagnitudes y epicentros de los eventos. Antecedentes geolgicos, tectnica y sismotctonica y mapa geolgico de la zonade influencia. Estudios de suelos, definindose la estratigrafa y las caractersticas fsicas msimportantes del material en cada estrato. Cuando sea procedente, deberdeterminarse la profundidad de la capa fretica. Prospeccin geofsica, determinndose velocidades de ondas compresionales y decorte a distintas profundidades Determinacin de las mximas aceleracin, velocidad y desplazamiento en elbasamento rocoso correspondientes al sismo de diseo y al mximo sismocreble. Para propsitos de este Reglamento se define como sismo de diseo alevento con 10% de probabilidad de excedencia en 50 aos, lo que corresponde aun perodo de retorno promedio de aproximadamente 475 aos. Se consideracomo mximo sismo creble a aquel con un perodo medio de retorno de 2500 aos. Determinacin de espectros de respuesta (correspondientes al sismo de diseo)para cada componente, a nivel del basamento rocoso y a nivel de la cimentacin.1.4.5 Mtodos de anlisisLa informacin de sismos pasados deber comprender una regin en un radio nomenor que 500 km desde el sitio en estudio.El procesamiento de la informacin se har utilizando programas de cmputo dereconocida validez y debidamente documentados. Debern igualmente justificarse lasexpresiones utilizadas para correlacionar los diversos parmetros.Los espectros de respuesta sern definidos a partir de la aceleracin, la velocidad y eldesplazamiento mximos, considerando relaciones tpicas observadas en condicionesanlogas.Cuando la estratigrafa sea aproximadamente uniforme, los estudios de amplificacinssmica podrn realizarse con un modelo monodimensional. El modelo deber sercapaz de transmitir componentes de hasta 25 Hertz sin filtrar significativamente laseal.21 24. MANUAL DE DISEO DE PUENTES1.4.6 DocumentacinEl estudio deber ser documentado mediante un informe que contendr, comomnimo, lo siguiente: Base de datos de eventos ssmicos utilizada para el estudio Resultados de los estudios de geologa, tectnica y sismotectnica de suelos y dela prospeccin geofsica. Hiptesis y modelos numricos empleados, justificando los valores utilizados. Estainformacin deber ser presentada con un detalle tal que permita a cualquier otroespecialista reproducir los resultados del estudio. Espectros de respuesta a nivel del basamento rocoso y a nivel de cimentacin. Conclusiones y recomendaciones.22 25. MANUAL DE DISEO DE PUENTES1.5ESTUDIOS DE IMPACTO AMBIENTAL1.5.1 EnfoqueLa Construccin de un puente modifica el medio y en consecuencia las condicionessocio - econmicas, culturales y ecolgicas del mbito donde se ejecutan; y es allcuando surge la necesidad de una evaluacin bajo un enfoque global ambiental.Muchas veces esta modificacin es positiva para los objetivos sociales y econmicosque se tratan de alcanzar, pero en muchas otras ocasiones la falta de un debidoplaneamiento en su ubicacin, fase de construccin y etapa de operacin puedeconducir a serios desajustes debido a la alteracin del medio.1.5.2 Objetivos y AlcancesLos estudios ecolgicos tendrn como finalidad: Identificar en forma oportuna el problema ambiental, incluyendo una evaluacin deimpacto ambiental en la concepcin de los proyectos. De esta forma se disearnproyectos con mejoras ambientales y se evitar, atenuar o compensar losimpactos adversos. Establecer las condiciones ambientales de la zona de estudio. Definir el grado de agresividad del medio ambiente sobre la subestructura y lasuperestructura del puente. Establecer el impacto que pueden tener las obras del puente y sus accesos sobreel medio ambiente, a nivel de los procedimientos constructivos y durante elservicio del puente. Recomendar las especificaciones de diseo, construccin y mantenimiento paragarantizar la durabilidad del puente.1.5.3 Requerimiento de los EstudiosLa evaluacin de Impacto Ambiental ser establecida por la autoridad competente y esnecesaria sobre todo en aquellos proyectos con mayor potencial para impactarnegativamente en el ambiente como son las nuevas estructuras.Los estudios deben desarrollarse basndose en el Marco Legal de la ConstitucinPoltica del Per promulgado el ao de 1993, en la Resolucin Ministerial N171-94-TCC/15.03 del 25 de Abril de 1994 que aprueba los "Trminos de Referencia paraEstudios de Impacto Ambiental en la Construccin Vial y en el "Manual Ambiental parael Diseo y Construccin de Vas" propuesto por la Direccin General del MedioAmbiente. 23 26. MANUAL DE DISEO DE PUENTES1.5.4 Mtodos de AnlisisLa metodologa a seguir en un estudio de Impacto Ambiental ser la siguiente:1. Identificacin de Impactos Consiste en identificar los probables impactos a ser investigados, para lo cual es necesario conocer primero de la manera ms amplia el escenario sobre el cual incide el proyecto; cuya ubicacin, ejecucin y operacin afectar el entorno ecolgico. As mismo, es imprescindible el conocimiento del proyecto a desarrollar, que involucra no slo el contexto tcnico sino tambin las repercusiones sociales y experiencias del desarrollo de este tipo de proyectos en otros escenarios.2. Previsin de Impactos El objetivo en este nivel esta orientado hacia la descripcin cuantitativa o cualitativa, o una combinacin de ambas, de las principales consecuencias ambientales que se han detectado en el anlisis previo.3. Interpretacin de Impactos Implica analizar cuan importante es la alteracin medio ambiental en relacin a la conservacin original del rea.4. Informacin a las comunidades y a las autoridades sobre los impactos ambientales En esta etapa hay que sintetizar los impactos para presentarlos al pblico que ser afectado por los impactos ambientales detectados; y a las autoridades polticas con poder de decisin. La presentacin deber ser lo suficientemente objetiva para mostrar las ventajas y desventajas que conlleva la ejecucin del proyecto.5. Plan de Monitoreo o Control Ambiental Fundamentalmente en esta etapa se debe tener en cuenta las propuestas de las medidas de mitigacin y de compensacin, en funcin de los problemas detectados en los pasos previos considerados en el Estudio; asimismo, la supervisin ambiental sustentada en normas legales y tcnicas para el cumplimiento estricto de las recomendaciones. 24 27. MANUAL DE DISEO DE PUENTES1.5.5 Informacin mnima que requieren los estudios de Impacto Ambiental enPuentesLa informacin mnima para un estudio de Impacto Ambiental en Puentes ser:1. Fauna silvestre2. Flora adyacente3. Presencia de agua en el cauce4. Relieve topogrfico5. Deforestacin en los taludes del cauce6. Probabilidad de erosin lateral de los taludes7. Material sedimentado en el Lecho del cauce8. Presencia de recursos hidrobiolgicos9. Valor esttico del paisaje10.Densidad de poblacin11.Red de transportes adyacentes.12.Otras estructuras adyacentes1.5.6 DocumentacinLos estudios debern ser documentados mediante un informe que contendr, comomnimo lo siguiente: Descripcin de los componentes ambientales del rea de influencia del Proyecto Anlisis de la informacin sobre el estado de los puentes adyacentes a la zona delproyecto. Aplicaciones Metodolgicas e identificacin de Impactos Ambientales Potenciales. Identificacin de Medidas Preventivas y Correctivas Conclusiones y Recomendaciones25 28. MANUAL DE DISEO DE PUENTES1.6 ESTUDIOS DE TRFICO1.6.1 ObjetivosCuando la magnitud envergadura de la obra as lo requiera, ser necesario efectuarlos estudios de trfico correspondiente a volumen y clasificacin de trnsito en puntosestablecidos, con el objetivo de determinar las caractersticas de la infraestructura vialy la superestructura del puente.1.6.2 MetodologaLa metodologa a seguir ser la siguiente: Conteo de TrficoSe definirn estaciones de conteo ubicadas en el rea de influencia (indicando enun grfico). Se colocar personal clasificado, provisto de formatos de campo, dondeanotarn la informacin acumulada por cada rango horario. Clasificacin y Tabulacin de la InformacinSe debern adjuntar cuadros indicando el volumen y clasificacin vehicular porestacin. Anlisis y consistencia de la informacinEsto se llevar a cabo comparando con estadsticas existentes a fin de obtener losfactores de correccin estacional para cada estacin. Trfico actualSe deber obtener el ndice Medio Diario (I.M.D) de los conteos de volmenes detrfico y del factor de correccin determinado del anlisis de consistencia.1.6.3 DocumentacinLos estudios debern ser documentados mediante un informe que contendr comomnimo lo siguiente: Resultados de clasificacin por tipo de vehculo para cada estacin y por sentido. Resultados de vehculos totales para cada estacin y por sentido. ndice Medio Diario (I.M.D) por estacin y sentido. Plano ubicando las estaciones de conteo e indicando cada sentido. Conclusiones y Recomendaciones 26 29. MANUAL DE DISEO DE PUENTES1.7 ESTUDIOS COMPLEMENTARIOS1.7.1 ObjetivosRealizar coordinaciones con Entidades Pblicas, Entidades del Sector Privado y conterceros a fin de cumplir con todo lo estipulado en los trminos de referencia.1.7.2 AlcancesLos estudios se refieren a aquellos trabajos que son complementarios a los estudiosbsicos, como son las Instalaciones Elctricas, Instalaciones Sanitarias, Sealizacin,Coordinaciones con terceros y cualquier otro que sea necesario al proyecto.En lo que se refiere a Instalaciones Elctricas, la factibilidad del servicio, as como supunto de aplicacin, y en lo que se refiere a Instalaciones Sanitarias, la verificacin yposibles influencias de las redes existentes de Agua y/o Desage sern coordinadascon los organismos encargados de los servicios de Electricidad y Saneamientorespectivamente.La sealizacin deber estar de acuerdo con las necesidades del puente y accesos yen concordancia con el Manual de Sealizacin vigente. Cualquier imprevisto oproblema deber ser coordinado con la Municipalidad respectiva y/o con tercerosque pudieran estar relacionados.1.7.3 DocumentacinSe deber documentar mediante un informe detallado de todas las coordinacionesefectuadas. Este informe deber incluir por lo menos: Documentos que iniciaron las coordinaciones y sus respectivos documentos derespuesta. El informe deber indicar los puntos ms importantes de las coordinaciones,indicando fechas, nombres y direcciones o telfono de los responsables de dichascoordinaciones. Planos y/o esquemas que se requieran Conclusiones y recomendaciones. 27 30. MANUAL DE DISEO DE PUENTES1.8 ESTUDIOS DE TRAZO Y DISEO VIAL DE LOS ACCESOS1.8.1 ObjetivosDefinicin de las caractersticas geomtricas y tcnicas del tramo de carretera queenlaza el puente en su nueva ubicacin con la carretera existente.1.8.2 AlcancesLos estudios comprenden :Diseo Geomtrico : Definicin del alineamiento horizontal y perfil longitudinal del eje en los tramos delos accesos . Definicin de las caractersticas geomtricas (ancho) de la calzada, bermas ycunetas en las diferentes zonas de corte y relleno de los accesos.Trabajos Topogrficos : Levantamiento topogrfico con curvas a nivel cada 1 m y con seccionestransversales cada 10 20 m Estacado del eje con distancias de 20 m para tramos en tangente y cada 10 m paratramos en curva. Referenciacin de los vrtices (PI) de la poligonal definitiva y los puntos de principio(PC) o fin (PT) de las curvas, respecto a marcas en el terreno o monumentacin deconcreto debidamente protegidos que permitan su fcil ubicacin. Clculo de las coordenadas de los vrtices de la poligonal definitiva teniendo comoreferencia los hitos geodsicos ms cercanos.Diseo de Pavimentos :Determinacin de las caractersticas geomtricas y dimensiones tcnicas delpavimento de los accesos, incluyendo la carpeta asfltica, base y sub-base.Diseo de sealizacinUbicacin de cada tipo de seal con su croquis respectivo. 28 31. MANUAL DE DISEO DE PUENTES1.8.3 DocumentacinLos estudios debern ser documentados mediante un informe que contendr comomnimo lo siguiente: Planos de curvas a nivel de una franja de ancho mnimo de 100 m. mostrando elalineamiento horizontal adoptado de los acceso. Perfil longitudinal de los accesos. Secciones transversales tpicas en corte y relleno. Clculos justificatorios, Dimensiones y especificaciones tcnicas de pavimentos,base, sub-base y superficie de rodadura. 29 32. MANUAL DE DISEO DE PUENTES1.9 ESTUDIOS DE ALTERNATIVAS A NIVEL DE ANTEPROYECTO1.9.1 ObjetivosPreparar anteproyectos en base a las condiciones naturales de la zona deemplazamiento del puente (estudios de ingeniera bsica) y a las diversas solucionestcnicamente factibles, para luego de una evaluacin Tcnico - Econmica elegir la olas soluciones ms convenientes.1.9.2 AlcancesEn esta parte se definir las caractersticas bsicas o esenciales del puente de cadaalternativa de anteproyecto a nivel de un pre-dimensionamiento y que permita suevaluacin tcnica y econmica antes de su desarrollo definitivo. El anteproyectodeber definir como mnimo lo siguiente: Longitud total y tipo de estructura Dimensiones de las secciones transversales tpicas. Altura de la rasante y glibo Tipo de estribos y cimentacin, anotando las dimensiones bsicas Longitud de accesos Procedimientos constructivos Metodologas principales de clculo Metrados, costos estimados y presupuesto Plano topogrfico de ubicacin del puente con indicacin de los puntos dereferencia y niveles Criterios de Hidrologa, Hidrulica y Geotecnia que justifique la solucin adoptada.1.9.3 DocumentacinEl estudio deber ser documentado mediante un informe que contendr como mnimo,lo siguiente: Descripcin y Anlisis de cada alternativa Planos de planta, elevacin cortes principales y plano de ubicacin para cadaalternativa. Conclusiones y recomendaciones. 30 33. MANUAL DE DISEO DE PUENTESTITULO II: DEL PROYECTO DE INGENIERIA 31 34. MANUAL DE DISEO DE PUENTES TITULO II DEL PROYECTO DE INGENIERA2.1 ELEMENTOS DEL PROYECTO2.1.1 GeneralidadesPara los fines de este Manual de Diseo se establecen los elementos que componenel proyecto. Se requieren estudios multidisciplinarios cuyos datos son clasificados endos grupos:2.1.1.1 INFORMACIN DE LA INGENIERA BSICASon aquellos estudios que se requieren para la concepcin de las alternativas dediseo del proyecto.2.1.1.2 ELEMENTOS BSICOS DEL PROYECTO.Son aquellos elementos cuyo uso determina las dimensiones y las caractersticas dedetalle del proyecto. En esta clasificacin se consideran:- Normas Generales- MaterialesAntes del inicio del proyecto es indispensable que el proyectista haya inspeccionado lazona del proyecto y tenga pleno conocimiento de las condiciones regionales delmismo.2.1.2 Informacin de la Ingeniera BsicaLa informacin a considerar en el proyecto de un puente son los siguientes:- Estudios Topogrficos- Estudios de Hidrologa e Hidrulica- Estudios Geolgicos y Geotcnicos- Estudios de Riesgo Ssmico- Estudios de Impacto Ambiental- Estudios de Trfico- Estudios Complementarios- Estudios de Trazo de la va- Estudios de Alternativa de Anteproyecto32 35. MANUAL DE DISEO DE PUENTES2.1.3 Elementos Bsicos del Proyecto2.1.3.1 DEFINICINSe consideran como elementos bsicos del proyecto los reglamentos y normasgenerales vigentes al momento de la convocatoria a los estudios, especificaciones,manuales, detalles estndar y principios bsicos que debe ser seguido en laelaboracin de los proyectos de puentes.2.1.3.2 NORMAS GENERALESLa preparacin de los proyectos deber seguir las condiciones generales establecidasen el presente Manual de Diseo. El desarrollo de todos los elementos del proyectodeber ser efectuado de acuerdo con las normas nacionales vigentes y, en los casosque se indique, de acuerdo con normas extranjeras relacionadas con la especialidad.2.1.3.3 MATERIALESLos materiales debern satisfacer las especificaciones de las normas indicadas eneste Manual de Diseo, tal como se especifica aqu y en el Art. 2.5.El uso de un material para el cual no exista normalizacin alguna, deber serautorizado por la entidad competente durante la fase del anteproyecto.2.1.3.3.1 ConcretoEl concreto empleado en la construccin de puentes debe ser dosificado y controlado,conforme a lo establecido en el Art. 2.5 y, de esta norma de referencia. En el proyectose deber especificar la resistencia, caracterstica necesaria para atender todas lassolicitaciones durante el tiempo de vida til previsto. Adems debern ser indicados eldimetro mximo del agregado, relacin agua-cemento y otras caractersticas quegaranticen una durabilidad y apariencia adecuadas para el concreto.Los materiales componentes del concreto; cemento, agregados, agua y,eventualmente, aditivos, debern cumplir con las especificaciones de las NormasTcnicas Peruanas (NTP) correspondientes. Este manual puede referirse a la NormaTcnica de Edificacin NTE-060 de Concreto Armado, captulo 3 - Materiales.Debern ser establecidas las propiedades del concreto tales como la resistenciaespecificada, compresin, fluencia, contraccin y coeficiente de dilatacin trmica. Lasresistencias que se especifiquen se consideran mnimas de tal forma que seansiempre respetadas durante las etapas de diseo y construccin de las obras. Laadopcin de los valores indicados debe ser hecha luego de haber verificado laposibilidad de obtencin de las resistencias especificadas en el lugar de la obra.33 36. MANUAL DE DISEO DE PUENTES2.1.3.3.2 AceroLas armaduras de los elementos de concreto armado o preesforzado pueden estarconstituidas por alambres, barras, cables y torones de acero. En el caso de puentesmetlicos se especificarn los aceros estructurales para cada uno de los elementos,as como para los elementos de conexin (placas, pernos, soldadura). Debern serestablecidas las siguientes propiedades: resistencia a la fluencia, resistencia mxima ala rotura, dureza a la incisin, ductilidad, soldabilidad y calidad del acero terminado.Para el caso de armaduras de concreto armado, se puede hacer referencia a la normaNTE E-060, captulo 3 - Materiales; el valor caracterstico del acero es la resistencia defluencia del material empleado.El acero para las armaduras de preesforzado debe cumplir con las especificacionesASTM correspondientes; el valor caracterstico es la resistencia a la fluencia en casode barras y cables, el valor mnimo de la traccin a 1% de deformacin en el caso detorones, o el valor nominal que corresponde al cociente de la carga mnima a 1% dedeformacin entre el rea nominal de la seccin transversal.El acero de las placas de apoyo para el confinamiento de los elastmeros, deber serespecificado en funcin a los valores de los esfuerzos correspondientes a la fluencia yla rotura, as como el tipo de acero empleado.2.1.3.3.3 ElastmerosLos elastmeros empleados en el proyecto sern especificados de acuerdo a ladureza, o el mdulo de deformacin transversal, y los valores mximos del esfuerzode compresin, la rotacin y la distorsin previstos para los dispositivos de apoyo. Loselastmeros para apoyos de puentes pueden ser de caucho natural o en base decloropreno. No se emplearn elastmeros compuestos con caucho vulcanizado. Elmaterial especificado deber tener adecuada durabilidad y capacidad para soportar lasvariaciones de temperatura.2.1.4 Geometra2.1.4.1 GENERALIDADESLa integracin con la va de comunicacin y el medio ambiente es el objetivo principaldel proyecto geomtrico del puente. En esta seccin se establecen algunos aspectosrelacionados con la geometra general y de detalle del puente.Durante la elaboracin del proyecto geomtrico es indispensable la participacin de uningeniero estructural. 34 37. MANUAL DE DISEO DE PUENTESSe consideran dos aspectos dentro de la geometra del proyecto de un puente:a) Geometra General y Proyecto Geomtrico. Trata de la integracin del proyecto del puente con un proyecto geomtrico de una autopista y con las condiciones locales, topogrficas, geotcnicas, hidrolgicas y ambientales.b) Geometra de Detalles Se refiere a la presentacin de dimensiones determinadas de las secciones transversales, glibos y dispositivos estndares.2.1.4.2 GEOMETRA GENERAL Y PROYECTO GEOMTRICO2.1.4.2.1 Desarrollo en perfil LongitudinalEl puente debe estar integrado completamente al desarrollo del proyecto geomtricode la carretera, tanto en planta como en perfil.2.1.4.2.2. Desarrollo en PlantaEl desarrollo en planta del puente ser en lo posible aqul que cruce el obstculo, ro ocamino transversal aproximadamente a 90.En puentes angostos y esviados, con ngulos menores que 60, podrn serplanteadas soluciones con estructuras ortogonales convencionales, utilizando apoyosintermedios en los ejes de los puentes, tales como columnas esbeltas y pequeosestribos rectangulares.En caso de puentes esviados relativamente grandes, la direccin transversal de loselementos de la subestructura debe ser paralela a la direccin del ro o del valle. Eneste caso, los pilares deberan ser proyectados paralelamente a la direccin de lacorriente; adems, los estribos debern ser en lo posible paralelos a las mrgenes delos ros. En taludes con pendientes elevadas, los estribos y los pilares o muros debenseguir la esviacin natural.Si se proyectan columnas aisladas y esbeltas como elementos de apoyo, lassoluciones convencionales sin considerar la esviacin son vlidas para cursos de rosy taludes con pendientes elevadas, en la posibilidad que los estribos puedan sercolocados en la cima de los taludes.Sern consideradas las variaciones que puedan suceder en el futuro, en elalineamiento y/o ancho del puente, carretera o accidente transpuesto, tales comocambios en el curso del ro o posible ampliacin del puente. 35 38. MANUAL DE DISEO DE PUENTES2.1.4.3 GEOMETRA DE DETALLES2.1.4.3.1 GeneralidadesEn esta seccin se presentan los detalles y los elementos a ser considerados para suempleo y funcionamiento.2.1.4.3.2 Secciones TransversalesEl ancho de la seccin transversal no ser menor que el ancho del acceso del puentey ser determinado en forma tal que pueda contener, de acuerdo con los fines de lava proyectada, los siguientes elementos:- vas de trfico- va de seguridad- veredas- ciclova- elementos de proteccin: barreras y barandas- elementos de drenajeAdems, por consideraciones de drenaje del tablero, las secciones transversalesdebern ser en lo posible de un solo tipo y establecer:- Pendientes transversales no nulas- Pendiente transversal mnima de 2% (2 cm / m), para las superficies de rodaduraEn el caso de puentes situados parcialmente en transiciones, se justifican la variacinen las pendientes, las cuales debern ser estudiadas y justificadas.La altura general de la superestructura ser definida teniendo como criterio principal elcontrol de las deflexiones del tablero. El criterio empleado en la seleccin de la alturaser verificado por el proyectista, considerando el material y el tipo de superestructura.2.1.4.3.3 GlibosLos glibos horizontal y vertical para puentes urbanos sern el ancho y la alturanecesarios para el paso del trfico vehicular. El glibo vertical no ser menor que 5.00m.El glibo vertical sobre autopistas principales ser al menos de 5.50 m, en zonasrurales. En zonas altamente desarrolladas esta magnitud puede ser reducida, previajustificacin tcnica.Los glibos especificados pueden ser incrementados si el asentamiento pre -calculado de la superestructura excede los 2.5 cm.En puentes sobre cursos de agua, se debe considerar como mnimo una altura libre de1.50 m a 2.50 m sobre el nivel mximo de las aguas. 36 39. MANUAL DE DISEO DE PUENTESLos puentes construidos sobre vas navegables deben considerar los glibos denavegacin de esas vas; a falta de informacin precisa, el glibo horizontal podr ser,por lo menos, dos veces el ancho mximo de las embarcaciones ms un metro.2.1.4.3.4 Dispositivos Bsicos de Proteccin2.1.4.3.4.1 Barreras de concretoLas barreras deben ser diseadas con altura, capacidad resistente y perfil internoadecuados.En puentes con dos vas de trfico, puede disponerse de una barrera de medianamagnitud como elemento separador entre las dos vas. En obras urbanas, se admitenbarreras especiales, ms ligeras y estticas, pero con la resistencia verificada.Las barreras sern ubicadas como mnimo a 0.60 metros del borde de una va y comomximo a 1.20 metros.2.1.4.3.4.2 BarandasLas barandas deben ser especificadas de tal forma que sean seguras, econmicas yestticas. Las soluciones mixtas de barandas de metal ms concreto satisfacengeneralmente estos requisitos.La altura de las barandas para puentes peatonales ser no menor que 1.10 metros;considerando ciclovas, ser no menor que 1.40 metros.2.1.4.3.5 Dispositivos Bsicos de Transicin y ContencinDe acuerdo a la consideracin de los tipos de apoyos que tendr el puente, sedebern disponer los elementos que constituyan la transicin con la va o carretera,los cuales son principalmente:- Losas de transicin- Estribos- Cortinas- Alas2.1.4.3.5.1 Losas de transicinLas losas de transicin tendrn un espesor mnimo de 0.20 m y una longitud lmitejustificado dentro de la geometra del puente y los accesos. Estarn ligadas a laestructura o al estribo mediante articulaciones de concreto, sin conectores, y apoyadasen el terrapln de acceso. Las caractersticas del terrapln en las inmediaciones de laslosas de transicin debern ser indicadas en el proyecto.2.1.4.3.5.2 EstribosLos estribos sern dimensionados considerando la funcin de servir como transicinentre el puente y la va de trnsito principal, adems de servir como apoyos de losextremos de la superestructura y como elementos de contencin y estabilizacin delos terraplenes de acceso.Los estribos ligeros sern usados en puentes de dimensiones comunes, existiendotres situaciones posibles en que pueden ser empleados:37 40. MANUAL DE DISEO DE PUENTES- En puentes a ser construidos antes del coronamiento de los terraplenes.- En puentes a ser construidos antes del coronamiento de los rellenos en los cortes.- Cuando los terraplenes de acceso son construidos antes del puente.Los estribos de gran magnitud sern usados en puentes de luces relativamentegrandes, que transmiten grandes fuerzas horizontales o con terraplenes altos,ejecutados posteriormente a la construccin del puente.2.1.4.3.5.3 CortinasLas cortinas son elementos transversales extremos dotados, en la cara externa, deuno o dos dientes a lo largo de toda su extensin. El diente superior es obligatoriopara soportar la losa de transicin y el diente inferior, opcional, contribuye a lacontencin del terrapln y las armaduras de las cortinas.2.1.4.3.5.4 AlasLas alas son estructuras laminares solidarias con las cortinas y con una geometraadecuada para la contencin lateral de los terraplenes de acceso. Las alas debentener un espesor no menor que 0.25 m y confinar preferentemente toda la losa detransicin.2.1.4.3.6 Juntas de DilatacinLas juntas de dilatacin deben ser limitadas a lo estrictamente necesario, por estarconstituidas por dispositivos con una vida til limitada.Las juntas de dilatacin intermedias y aquellas situadas en los estribos deben serescogidas en funcin del desplazamiento previsto despus de su colocacin.El diseo deber garantizar la impermeabilidad del tablero, incluyendo los extremoslaterales del puente.2.1.4.3.7 Principios Bsicos para el Drenaje2.1.4.3.7.1 Condiciones GeomtricasEl proyecto geomtrico deber considerar, en lo posible:- Una sola pendiente en el caso de puentes cortos.- La situacin de la mayor pendiente longitudinal posible, recomendndose valores mayores que 0.5 por ciento.En el caso de situaciones favorables (rampa con pendiente mayor que 2 % y longitudmenor que 50 m), el drenaje ser previsto por una captacin ubicada en el extremoms bajo de la obra y secciones transversales con una inclinacin mayor igual a 2%.En el caso de situaciones desfavorables (rampa sin pendiente longitudinal, trecho msbajo de curvas verticales cncavas) el drenaje puede ser proporcionado mediante unacanaleta lateral, con inclinacin no nula. 38 41. MANUAL DE DISEO DE PUENTES2.1.4.3.7.2 Elementos de CaptacinSon elementos para la toma de las aguas pluviales que caen al puente. Los elementosdebern ser colocados preferentemente cerca a los bordes exteriores de la va detrfico. Se considerarn soluciones adecuadas en caso de posibilidad de descargasdirectas elevadas. En el diseo se considerarn medidas de proteccin contra lacorrosin y las manchas ferruginosas, si se utilizan tubos dispositivos de fijacinmetlico.2.1.4.3.7.3 Drenaje de las Partes Internas de la EstructuraCuando exista la posibilidad de acumulacin de agua en las partes internas de laestructura, se prevern medidas de drenaje en la parte ms baja de la zona deacumulacin.2.1.4.3.7.4 Drenaje en EstribosPara estribos en zona de cortes o cuando el terrapln tiene proporciones irrelevantes,se considera al terreno natural como apoyo de los elementos de drenaje similares alos usados a lo largo de la va. En caso de drenaje con buzones de captacin, seevitar la erosin del terrapln enviando la captacin sobre el terrapln fuera de loslmites del puente.2.1.4.3.7.5 GoterasSon elementos de drenaje esenciales para mantener el buen aspecto de los puentes eincrementar su durabilidad. No se recomiendan entrantes o salientes pequeas por noser efectivas.2.1.4.3.8 PavimentacinLa pavimentacin de la superficie superior del puente y accesos deber ser realizadamediante el uso de pavimentos rgidos o flexibles. Se considerarn en la eleccin deltipo de pavimento aspectos tales como la facilidad de obtencin de los materiales,disponibilidad de equipos adecuados y la continuidad con el pavimento de la carretera.El espesor del pavimento ser definido en funcin al trfico esperado en la va. Engeneral, la ubicacin de las juntas del pavimento estar alineada con la ubicacin delas juntas de dilatacin de la superestructura.La especificacin de juntas en el pavimento adicionadas a las juntas de dilatacin dela estructura deber ser prevista en el proyecto. El diseo del pavimento serrealizado de acuerdo a las disposiciones correspondientes de la Norma Peruana deCarreteras. 39 42. MANUAL DE DISEO DE PUENTES2.1.4.3.9 Aparatos de ApoyoLos aparatos de apoyo proporcionan la conexin para controlar la interaccin de lascargas y los movimientos entre la superestructura y la subestructura del puente. En eldiseo de los dispositivos de apoyo se tendr en cuenta que la carga admisible y lacapacidad de movimiento del apoyo sean compatibles con los requerimientos de cargay los desplazamientos esperados en la superestructura. El proyecto deber serdetallado de tal forma que pueda ser posible el reemplazo de los aparatos de apoyo;en lo posible, para las operaciones de reemplazo, el proyectista deber optar porequipos que no empleen estructuras auxiliares ni que produzcan concentracionesgrandes de esfuerzos en los bordes de los elementos de la superestructura afectadosen estos trabajos.2.1.5 SealizacinEn el proyecto geomtrico debern ser establecidas las medidas de sealizacin a sertomadas durante las etapas de construccin y de servicio del puente, teniendo comoreferencia al Manual de Sealizacin de Caminos oficial. Los elementos y detalles quecomponen la sealizacin del puente sern presentados en planos, estableciendo lasdimensiones y secciones de refuerzo de los carteles y sus elementos de soporte, elmaterial de construccin, pintado y las especificaciones especiales de construccin.40 43. MANUAL DE DISEO DE PUENTES2.2 PRESENTACIN DEL PROYECTO2.2.1 Memoria Descriptiva y JustificacinLa memoria descriptiva es un documento que contiene la descripcin de la obra y delos procesos constructivos propuestos, as como la justificacin tcnica, econmica yarquitectnica de la estructuracin adoptada entre las alternativas de diseo.2.2.2 Memoria de ClculoTodos los clculos necesarios para la determinacin de las solicitaciones,desplazamientos y verificacin de los estados lmite en cada uno de los componentesdel puente debe ser presentado bajo una secuencia ordenada y con un desarrollo talque fcilmente puedan ser entendidos, interpretados y verificados. En lo posible,deben ser iniciados con un esquema del sistema estructural adoptado, indicandodimensiones, condiciones de apoyo y cargas consideradas. Las hiptesis de clculode los mtodos de verificacin utilizados deben ser indicados con claridad, lossmbolos utilizados deben ser bien definidos, las frmulas aplicadas deben figurarantes de la introduccin de los valores numricos y las referencias bibliogrficasdeben ser precisas y completas. Los resultados, con notaciones, unidades y smbolos,deben ser acompaados con diagramas de solicitaciones y desplazamientos.En la memoria de clculo se debe proporcionar:- Descripcin de la estructura- Hiptesis de clculo- Norma de Referencia- Dimensionamiento- Clculo de las solicitaciones- Croquis de detalles- BibliografaSi los clculos de la estructura son efectuados con asistencia de una computadora,estos deben ser presentados indicando los siguientes detalles: El programa de cmputo utilizado, indicando nombre, origen, mtodo de clculo,hiptesis bsicas, frmulas, simplificaciones, referencias bibliogrficas, indicandolos procedimientos de ingreso de datos e interpretacin de los resultados. Los datos de entrada, modelo estructural, descripcin detallada de la estructuraacompaada de esquema con dimensiones, propiedades de las secciones,condiciones de apoyo, caractersticas de los materiales, cargas y suscombinaciones.41 44. MANUAL DE DISEO DE PUENTESLos resultados del clculo por computador, parte integrante de la memoria de clculo,deben ser ordenados, completos y contener toda la informacin necesaria para suclara interpretacin. Adems de esto, deben permitir una verificacin global,independiente y de ser posible, contener resultados parciales del anlisis realizado.2.2.3 PlanosLos planos de un proyecto de puentes deben contener todos los elementos necesariospara la revisin y ejecucin de la obra, los mismos que debern ser concordantes conla memoria de clculo. En los planos se deber detallar:. Ubicacin del Puente. Vista general del puente. Esquema de sondajes del suelo. Encofrados de los elementos. Armaduras de los elementos componentes. Esquema de los procesos constructivos especiales. Esquema de colocacin del concreto. Sistemas de drenaje. Detalles de sealizacin. Especificaciones especiales. Tablas de metradosLa presentacin de los planos se har de acuerdo a la normalizacin dispuesta por laentidad oficial. El esquema de colocado de concreto debe ser consistente con el falsopuente y debe ser obligatoria su presentacin. Para su identificacin, se incluir unmembrete que contendr informacin sobre las entidades licitantes, nombre delpuente, ubicacin, luz total, contenido, sobrecarga, responsables del proyecto, diseo,grficos, revisin y aprobacin, escalas utilizadas y fecha. Incluir una tabla para laconsideracin de modificaciones hechas al diseo, la cual contendr informacinsobre la modificacin realizada, los responsables de tal medida y la fecha deaprobacin.La informacin sobre los tipos de planos y el contenido de los mismos se adjunta en elanexo correspondiente.2.2.4 Especificaciones ParticularesLas especificaciones tcnicas y las instrucciones generales particulares ycomplementarias sern proporcionadas en el proyecto ejecutivo e indicado en losplanos, conforme a lo definido en la seccin I del Ttulo Preliminar.42 45. MANUAL DE DISEO DE PUENTES2.2.5 MetradosEn los planos debern indicarse la relacin de metrados en forma ordenada, donde sehaga especial precisin en la relacin de armaduras. Se indicarn los datos quepermiten la identificacin de cada elemento metrado, sus dimensiones y detalles deconstruccin en campo, en lo posible, as como la cantidad de material necesario, enlas unidades correspondientes.Los metrados dependen del nivel de detalle que requiere el proyecto, por los quedeber realizarse con responsabilidad y precisin.43 46. MANUAL DE DISEO DE PUENTES2.3 CONSIDERACIONES GENERALES DEL PROYECTO2.3.1 Objetivos del ProyectoLos puentes deben ser proyectados para cumplir satisfactoriamente las condicionesimpuestas por los estados lmite previstos en el proyecto, considerando todas lascombinaciones de carga que puedan ser ocasionadas durante la construccin y el usodel puente. Asimismo, deben ser proyectados teniendo en cuenta su integracin con elmedio ambiente y cumplir las exigencias de durabilidad y servicio requeridas deacuerdo a sus funciones, importancia y las condiciones ambientales.2.3.2 Filosofa de diseoLos puentes debern ser diseados teniendo en cuenta los Estados Lmite que seespecificarn, para cumplir con los objetivos de constructibilidad, seguridad yserviciabilidad, as como con la debida consideracin en lo que se refiere a inspeccin,economa y esttica.La ecuacin. (1) deber cumplirse para todos los efectos de fuerza y combinacionesespecificadas sin tener en cuenta el tipo de anlisis usado.En muchos casos las Resistencias de Componentes y Conexiones son determinadosteniendo en cuenta el comportamiento inelstico, aunque los efectos de las fuerzasson calculados usando anlisis elstico.Esta inconsistencia es comn en la mayora de las especificaciones vigentes depuentes debido a la falta de conocimiento del anlisis inelstico en estructuras.2.3.2.1 ESTADOS LMITELas componentes y conexiones debern satisfacer la ecuacin (1) para cada estadolmite a menos que se especifique otra cosa.Para el estado lmite de servicio y el estado lmite de evento extremo, los factores deresistencia sern tomados como ecuacin (1). Todos los estados lmite sernconsiderados de igual importancia. ni i Rn = Rr(1)para el cual:n= nD nR nI > 0.95donde :i = factor de carga ( es un multiplicador obtenido estadsticamente que se aplica a los efectos de fuerza). = factor de resistencia (es un multiplicador obtenido estadsticamente que se aplica a la resistencia nominal de acuerdo al material y/o elemento como se especifica en Art 2.9n = factor que relaciona a la ductilidad, redundancia e importancia operativanD = factor que se refiere a la ductilidad como se especifica en el Art. 2.3.2.2 44 47. MANUAL DE DISEO DE PUENTESnR = factor que se refiere a la redundancia como se especifica en el Art. 2.3.2.3nI = factor que se refiere a la importancia operacional como se especifica en el Art. 2.3.2.4Qi = efectos de fuerzaRn = resistencia nominalRr = resistencia factorizada: RnLa ecuacin (1) es la base del mtodo LRFD.El factor de resistencia =1.0 asignados a todos los estados lmite menos al estadolmite de resistencia es una medida provisional ya que se estn llevando acabotrabajos de investigacin acerca de este tema.La ductilidad, la redundancia y la importancia operacional son aspectos significantesque afectan el margen de seguridad de los puentes. Los dos primeros aspectosrelacionan directamente a la resistencia fsica, el ltimo aspecto se refiere a lasconsecuencias que ocurren cuando un puente est fuera de servicio. Como se ve,estos aspectos referentes a las cargas son arbitrarios. Sin embargo, esto constituye unprimer esfuerzo de codificacin. Una aproximacin subjetiva, debido a la ausencia deinformacin ms precisa es que cada efecto, excepto para fatiga y fractura, esestimado como un 5% geomtricamente acumulado. Con el tiempo unacuantificacin mejorada de estos aspectos y su interaccin y la sinerga del sistemapodran ser alcanzados. Posiblemente esto conducir a un arreglo de la ecuacin (1),en el cual esos efectos podran aparecer sobre uno de los lados o en ambos lados dela ecuacin. Actualmente, el Proyecto 12-36 del NCHRP (AASHTO) est dirigiendo eltema de redundancia.2.3.2.1.1 Estado Lmite de ServicioEl estado lmite de servicio ser tomado en cuenta como una restriccin sobre losesfuerzos, deformaciones y ancho de grietas bajo condiciones regulares de servicio.El estado lmite de servicio da experiencia segura relacionada a provisiones, loscuales no pueden ser siempre derivados solamente de resistencia o consideracionesestadsticas.2.3.2.1.2 Estados Lmite de Fatiga y FracturaEl estado lmite de fatiga ser tomado en cuenta como un juego de restricciones en elrango de esfuerzos causados por un solo camin de Diseo que ocurre en el nmeroesperado de ciclos correspondientes a ese rango de esfuerzos.El estado lmite de fractura ser tomado en cuenta como un juego de requerimientosde tenacidad del material.El estado lmite de fatiga asegura limitar el desarrollo de grietas bajo cargas repetitivaspara prevenir la rotura durante la vida de diseo de puentes.45 48. MANUAL DE DISEO DE PUENTES2.3.2.1.3 Estado Lmite de ResistenciaEl estado lmite de resistencia ser tomado en cuenta para asegurar la resistencia yestabilidad. Ambas, local y global son dadas para resistir las combinacionesespecificadas de carga que se espera que un puente experimente durante su vida dediseo.Bajo el estado lmite de resistencia podra ocurrir dao estructural y frecuentesufrimiento, pero la integridad completa de la estructura se espera que se mantenga.2.3.2.1.4 Estado Lmite de Evento ExtremoEl estado lmite de evento extremo ser tomado en cuenta para asegurar lasupervivencia estructural de un puente durante un sismo importante o duranteinundaciones o cuando es chocado por un buque, vehculos o flujos de hielo,posiblemente ocurridos bajo condiciones muy especiales.Se considera que el Estado Limite de Evento Extremo ocurrir una sola vez con unperodo de retorno que puede ser significativamente ms grande que el de la vida dediseo del puente.2.3.2.2 DUCTILIDADEl sistema estructural de un puente ser proporcionado y detallado de tal forma que seasegure en los estados lmites de resistencia y evento extremo el desarrollo designificantes deformaciones inelsticas visibles antes de la falla.Las estructuras de concreto en las cuales la resistencia de una conexin es no menorque 1.3 veces el efecto de la fuerza mxima impuesta sobre la conexin por la accininelstica de las componentes adyacentes puede suponerse que los requerimientos deductilidad son satisfechos.Se puede aceptar el uso de aparatos disipadores de energa para proveer ductilidad.Valores de nD para el Estado Lmite de Resistencia: nD = 1.05 para componentes y conexiones no dctiles nD = 0.95 para componentes y conexiones dctilesValores de nD para los dems Estados Lmite:nD = 1.0Las respuestas ms all del estado elstico de las componentes o conexionesestructurales pueden ser caracterizadas por un comportamiento frgil o dctil.El comportamiento frgil no es deseable debido a que esto implica la repentina prdidade capacidad de carga inmediatamente despus de que el lmite elstico es excedido.El comportamiento dctil es caracterizado por la presencia de significativasdeformaciones inelsticas antes de que ocurra cualquier prdida significativa decapacidad de carga. 46 49. MANUAL DE DISEO DE PUENTESEl comportamiento dctil advierte la ocurrencia de la falla estructural debido a que seproducen deformaciones inelsticas. Bajo la accin de carga ssmica que se repite,grandes ciclos invertidos de deformacin inelstica disipan energa teniendo un efectobeneficioso en la supervivencia estructural.Si por medio del uso de confinamiento o si se toman otras medidas, una componente oconexin estructural hecha de materiales frgiles es capaz de soportar deformacionesinelsticas sin significativa prdida de capacidad de carga, esta componente puedeser considerada como dctil. Esas formas de proveer ductilidad sern verificadas porensayos.Para alcanzar adecuado comportamiento inelstico el sistema debera tener unnmero suficiente de miembros dctiles y tambin: Conexiones y uniones dctiles que puedan proveer disipacin de energa sin prdida de capacidad, o Uniones y conexiones que tengan suficiente resistencia como para asegurar que ocurra respuesta inelstica en los lugares designados para proveer ductilidad, (energy absorbing response).Caractersticas estticamente dctiles deben ser evitadas, ms no las respuestasdinmicamente dctiles. Ejemplos de este comportamiento son las fallas por corte yfallas de adherencia que se producen en miembros de concreto armado, as como laprdida de accin compuesta en componentes a flexin.Experiencias pasadas indican que las componentes tpicas diseadas en acuerdo conestas provisiones generalmente presentan adecuada ductilidad. Especial atencinrequiere el detallado en las uniones y conexiones, as como la previsin de las rutasde carga (capacidad ltima).El propietario puede especificar un mnimo factor de ductilidad como garanta de quela falla dctil ser obtenida.Este factor puede ser obtenido como:u =ydonde :u : deformacin ltimay : deformacin en el lmite elsticoLa capacidad de ductilidad de componentes o conexiones estructurales puede sertambin obtenida de ensayos a escala natural o a grandes escalas, as como conmodelos analticos que consideran materiales cuyas caractersticas del material hansido previamente establecidas.La capacidad de ductilidad para un sistema estructural puede ser determinadaintegrando las deformaciones locales del sistema estructural completo. 47 50. MANUAL DE DISEO DE PUENTESSe darn especiales requerimientos para los disipadores de energa debido a surigurosa demanda.2.3.2.3 REDUNDANCIADebern usarse rutas mltiples de carga y estructuras continuas a menos que setengan razones convincentes de lo contrario.Aquellos elementos y componentes cuya falla causara el colapso del puente serndiseados en falla crtica y el sistema estructural asociado ser no redundante.Alternativamente, los miembros con falla critica en tensin pueden ser diseados enfractura crtica. Los elementos y componentes cuya falla no se espera que produzcacolapso del puente no sern diseados en falla critica y el sistema estructural asociadoser redundante.Para el estado lmite de resistencia:nR = 1.05 para miembros no redundantesnR = 0.95 para miembros redundantesPara los dems estados lmite:nR = 1.00Para cada combinacin de carga y estado lmite, la clasificacin de redundancia de losmiembros, es decir si son redundantes o no redundantes, estar basado en lacontribucin de los miembros a la seguridad del puente.Varios valores de redundancia han sido propuestos por Frangopol (1991).2.3.2.4 IMPORTANCIA OPERATIVAEste artculo ser aplicado solamente a los Estados Lmite de Resistencia y EventoExtremo. El propietario puede declarar si un puente, una conexin o una componenteestructural tiene importancia operativa. Si un puente es considerado de importanciaoperativa, nl ser tomado como no menor de 1.05. En otros casos nl puede ser tomadocomo no menor de 0.95.La clasificacin referente a importancia operativa deber tomar en cuenta losrequerimientos sociales, de supervivencia, de seguridad y de defensa. Las cuales danalgunas guas de la importancia de las categoras seleccionadas debido a que estnrelacionadas al diseo por sismo.Esta informacin puede ser generalizada para otras situaciones. Como un especialcaso de importancia de la clasificacin, tres niveles de importancia es especificado en2.4.3.11.4, con respecto al diseo ssmico para el propsito de este artculo. Puentesque estn clasificados como crticos o esenciales en el artculo 2.4.3.11.4 debernser considerados como de importancia operativa.48 51. MANUAL DE DISEO DE PUENTES2.4 CARGAS Y FACTORES DE CARGAS2.4.1 Clasificacin y DefinicinPara los propsitos de este Manual de Diseo, las cargas se clasifican en: Permanentes Variables Excepcionales2.4.1.1 CARGAS PERMANENTESSon aquellas que actan durante toda la vida til de la estructura sin variarsignificativamente, o que varan en un solo sentido hasta alcanzar un valor lmite.Corresponden a este grupo el peso propio de los elementos estructurales y las cargasmuertas adicionales tales como las debidas al peso de la superficie de rodadura o albalasto, los rieles y durmientes de ferrocarriles. Tambin se consideran cargaspermanentes el empuje de tierra, los efectos debidos a la contraccin de fragua y elflujo plstico, las deformaciones permanentes originadas por los procedimientos deconstruccin y los efectos de asentamientos de apoyo.2.4.1.2. CARGAS VARIABLESSon aquellas para las que se observan variaciones frecuentes y significativas entrminos relativos a su valor medio. Las cargas variables incluyen los pesos de losvehculos y personas, as como los correspondientes efectos dinmicos, las fuerzasde frenado y aceleracin, las fuerzas centrfugas, las fuerzas laterales sobre rieles.Tambin corresponden a este grupo las fuerzas aplicadas durante la construccin, lasfuerzas debidas a empuje de agua y subpresiones, los efectos de variaciones detemperatura, las acciones de sismo y las acciones de viento.2.4.1.3 CARGAS EXCEPCIONALESSon aquellas acciones cuya probabilidad de ocurrencia es muy baja, pero que endeterminadas condiciones deben ser consideradas por el proyectista, como porejemplo las debidas a colisiones, explosiones o incendio.2.4.2 Cargas Permanentes2.4.2.1 PESO PROPIO Y CARGAS MUERTASEl peso propio se determinar considerando todos los elementos que seanindispensables para que la estructura funcione como tal. Las cargas muertas incluirnel peso de todos los elementos no estructurales, tales como veredas, superficies derodadura, balasto, rieles, durmientes, barandas, postes, tuberas, ductos y cables.49 52. MANUAL DE DISEO DE PUENTESEl peso propio y las cargas muertas sern estimados sobre la base de lasdimensiones indicadas en planos y en cada caso considerando los valores medios delos correspondientes pesos especficos.A falta de una informacin precisa, podrn usarse los pesos especficos de la tablasiguiente: 3 MATERIAL (kN/m3) ( kgf/m ) Agua dulce9,8(1000) Agua salada10,0(1020) Acero76,9(7850) Aluminio 27,4(2800) Arena, tierra o grava sueltas, arcilla 15,7(1600) Arena, tierra o grava compactas18,9(1900) Asfalto, Macadam 22,0(2200) Concreto ligero17,4(1740) Concreto normal23,5(2400) Concreto Armado25,0(2500) Hierro forjado 70,6(7200) Balasto22,0(2250) Madera 10,0(1020) Mampostera de piedra26,6(2700) Rieles y accesorios (por metro lineal de va frrea) 3 kN/m300kgf/m2.4.2.2 EMPUJE DE TIERRALos estribos y otras partes de la estructura que retienen tierra debern disearse pararesistir las correspondientes presiones, las mismas que sern calculadas de acuerdocon los principios de la mecnica de suelos y utilizando los valores medios de laspropiedades del material de relleno.El empuje no ser en ningn caso menor que el equivalente a la presin de un fluidocon un peso especfico de 5 kN/m3 (510 kgf/m3)Las caractersticas supuestas para el material de relleno debern ser verificadas conel material en obra y, en caso sea necesario, debern hacerse los ajustes necesariospara corregir cualquier discrepancia.En todos los casos el diseo incluir un sistema de drenaje del material de relleno.No obstante, deber considerarse la posibilidad que el suelo se sature total oparcialmente, a uno o a ambos lados de la estructura de contencin.Cuando se prevea trfico a una distancia horizontal, medida desde la parte superiorde la estructura, menor o igual a la mitad de su altura, las presiones sernincrementadas aadiendo una sobrecarga vertical no menor que la equivalente a 0,60m de altura de relleno. Cuando se disee una losa de aproximacin soportada en unextremo del puente, no ser necesario considerar dicho incremento de carga.50 53. MANUAL DE DISEO DE PUENTESEn caso la estructura de contencin forme parte de un prtico rgido, solamente podrconsiderarse en el diseo de losas o vigas hasta el 50% de cualquier efecto favorabledebido al empuje de tierra.2.4.2.3 DEFORMACIONES IMPUESTASLas deformaciones y esfuerzos originados por contraccin de fragua o por flujoplstico en elementos de concreto o de madera, los esfuerzos residuales originadospor el proceso de laminado o por la soldadura de elementos de acero, los posiblesdefectos de fabricacin o de construccin, los desplazamientos de apoyo de diversoorigen y otras fuentes de deformacin sern considerados como cargas permanentes.El proyectista deber estimar la magnitud de tales acciones y la fraccin de lasmismas que origina efectos desfavorables en la estructura.2.4.3 Cargas Variables2.4.3.1 CARGAS DURANTE LA CONSTRUCCINEl proyectista considerar todas las cargas debidas a pesos de materiales y equiposrequeridos durante la construccin, as como las cargas de peso propio u otras decarcter permanente que se apliquen en cada etapa del proceso constructivo. Deberpreverse la ubicacin de todas las cargas permanentes o temporales en cada etapa,dejando margen para posibles imprecisiones o errores.Deber considerarse la posibilidad que, durante el proceso constructivo o comoresultado de una posterior modificacin, la carga muerta sea retirada parcialmente,pudiendo reducirse un posible efecto favorable.Cuando las condiciones de diseo lo requieran, el expediente tcnico deber indicarclaramente la secuencia constructiva.2.4.3.2 CARGAS VIVAS DE VEHCULOS2.4.3.2.1 Nmero de vasPara efectos de diseo, el nmero de vas ser igual a la parte entera de w/3,60donde w es el ancho libre de la calzada, en metros, medido entre bordes desardineles o barreras. El ancho de cada va se supondr igual a 3,60 m, excepto paraanchos de calzada entre 6,00 m y 7,20 m, en que se considerar al puente como dedos vas, cada una con un ancho igual a la mitad del total.2.4.3.2.2 Cargas Vivas de Diseo2.4.3.2.2.1 GeneralidadesLa carga viva correspondiente a cada va ser la suma de: 51 54. MANUAL DE DISEO DE PUENTES Camin de diseo, segn 2.4.3.2.2.2, tndem, segn 2.4.3.2.2.3,tomndose aquello que produzca en cada caso los efectos msdesfavorables. Sobrecarga distribuidaPara el estado lmite de fatiga slo se considerar la carga correspondiente al caminde diseo, segn se indica en 2.4.3.2.4.Para el cmputo de deflexiones se tomar el mayor de los resultados obtenidos con elcamin de diseo o con la suma de la sobrecarga distribuida ms 25% del camin dediseo.2.4.3.2.2.2 Camin de DiseoLas cargas por eje y los espaciamientos entre ejes sern los in