tesis puentes 2.pdf

UNIVERSIDAD VERACRUZANA FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL

ANALISIS Y DISEO DEL PUENTE

CONGRESO SAN NICOLAS

DEL ESTADO DE PUEBLA, PUE.

M E M O R I A

QUE PARA OBTENER EL TITULO DE:

INGENIERO CIVIL

PRESENTA

ARTURO URRUTIA PIA

DIRECTOR DE TESIS

ING.DAVID HERNANDEZ SANTIAGO

XALAPA, VER 2010

DEDICATORIA:

A DIOS.

QUE SIEMPRE CONTAMOS CON EL EN TODO MOMENTO.

A MI ESPOSA E HIJOS.

ADELA ALFARO PEREZ, ISAAC ARTURO E IAN AXEL URRUTIA ALFARO

DEDICO CON MUCHO AMOR Y CARIO ESTA TESIS.

A MIS PADRES Y PADRINOS:

MARTIN URRUTIA LOZANO Y ANA PIA VAZQUEZ.

PEDRO VAZQUEZ SANTAMARIA Y ELVIRA BALLESTEROS CORONA

CON MUCHO CARIO Y POR DARME SU APOYO, AMISTAD Y CONFIANZA SIEMPRE.

A MIS HERMANOS:

POR SU COMPAA, CONFIANZA Y ALIENTO EN TODO MOMENTO ESPERANDO NO

HABERLOS DEFRAUDADOS LOS QUIERO MUCHO.

A MIS CUADAS Y CUADOS.

PARA QUIENES LES DESEO LO MEJOR DE ESTA HERMOSA VIDA.

LAS FAMILIAS:

POR QUE TENGO LA GRAN FORTUNA DE CONTAR CON USTEDES.

FAM. ALFARO PEREZ

FAM. URRUTIA PIA

FAM. PABLO SANCHEZ

FAM. USCANGA LOPEZ

FAM. RAYGADAS SALAZAR

FAM. MENDOZA MARTINEZ

FAM. LOPEZ HERNANDEZ

FAM. HERNANDEZ GOMEZ

FAM. CORTEZ SANCHEZ

FAM. HERNANDEZ FLORES

AGRADECIMIENTO:

A MIS AMIGOS

QUE DE ALGUNA U OTRA FORMA COLABORARON CONMIGO GRACIAS.

CATEDRATICOS.

LES AGRADESCO SU VALIOSA DIRECCION Y AYUDA EN ESTA TEIS, GRACIAS POR

DARME LA OPORTUNIDAD DE RELIZARME COMO PROFESIONAL.

ndice

CAPITULO I .................................................................................................................................................. 1

INTRODUCCION ................................................................................................................................. 1

1.1. HISTORIA DE LOS PUENTES EN MEXICO Y EL MUNDO .................................................................... 2

1.3. ANTECEDENTES. ............................................................................................................................. 13

1.4. ESTUDIO DE FACTIBILIDAD DEL PROYECTO CARRETERO DONDE SE UBICARA DEL CRUCE DEL

PUENTE. ................................................................................................................................................ 19

1.5. CARACTERSTICAS GEOMTRICAS DEL TRAMO DE LOCALIZACIN DEL CRUCE. ............................. 21

CAPITULO II ............................................................................................................................................... 24

ESTUDIOS DE CAMPO ................................................................................................................... 24

2.1. ESTUDIOS DE CAMPO ..................................................................................................................... 25

2.2. ESTUDIOS TOPOGRFICOS. ............................................................................................................ 25

2.3. GENERALIDADES DEL ESTUDIO TOPOHIDRAULICO E HIDROLOGICO.............................................. 26

2.4. ESTUDIOS HIDRAULICOS. ............................................................................................................... 28

2.5 ESTUDIOS DE CIMENTACIN. (MECANICA DE SUELOS) .................................................................. 38

2.6. ESTUDIOS DE CONSTRUCCIN. ...................................................................................................... 60

2.7. ESTUDIOS DE TRANSITO. ................................................................................................................ 61

CAPITULO III .............................................................................................................................................. 63

ELECCIN DEL TIPO DE PUENTE ........................................................................................... 63

3.1. DETERMINACIN DE LA LONGITUD DEL PUENTE A PARTIR DE LAS CONDICIONES TOPOGRFICAS.

.............................................................................................................................................................. 64

3.2. DETERMINACIN DEL TIPO DE CIMENTACIN Y LA PROFUNDIDAD DE DESPLANTE BASNDOSE

EN LAS RECOMENDACIONES DE MECNICA DE SUELOS. ...................................................................... 67

3.3. DETERMINACIN DE LA LONGITUD DE LOS CLAROS PARCIALES Y DE ELEVACIN DE LA RASANTE.

.............................................................................................................................................................. 70

3.4. ELECCIN DEL TIPO DE SUPERESTRUCTURA Y SUBESTRUCTURA. .................................................. 72

3.5. ELABORACIN DE 2 ANTEPROYECTOS PARA EL CRUCE. ................................................................ 80

CAPITULO IV ............................................................................................................................................ 103

ANLISIS Y DISEO ..................................................................................................................... 103

4.1. COMENTARIOS DE LAS PRINCIPALES ESPECIFICACIONES EN QUE SE BASARA EL PROYECTO DEL

PUENTE Y CRITERIOS A SEGUIR EN PARTES DE ANLISIS Y DISEO. ................................................... 104

4.2. DATOS DEL PROYECTO. ................................................................................................................ 120

4.3. ANLISIS LONGITUDINAL POR SISMO. ......................................................................................... 125

4.4. SUPERESTRUCTURA ANALISIS Y DISEO DE LOS ELEMENTOS DE LA SUPERESTRUCTURA ........... 133

4.5. SUPERESTRUCTURA ANALISIS Y DISEO DE LA LOSA ................................................................. 135

4.6. ANLISIS Y DISEO DE TRABES. ................................................................................................... 157

4.7. ANLISIS Y DISEO DE DIAFRAGMAS. .......................................................................................... 170

4.8. ANLISIS Y DISEO DE DIAFRAGMAS. .......................................................................................... 171

4.8. SUBESTRUCTURA ANALISIS Y DISEO DE LOS ELEMENTOS DE LA SUBESTRUCTURA ................... 173

4.9. SUBESTRUCTURA DATOS DEL CABALLETES. (ESTRIBO ................................................................. 175

4.10. SUBESTRUCTURA ANALISIS Y DISEO DE LOS CABALETES (ESTRIBO). ....................................... 176

4.11. SUBESTRUCTURA ....................................................................................................................... 218

4.12. SUBESTRUCTURA ANLISIS DEL SISMO. ..................................................................................... 221

4.13. SUBESTRUCTURA GRUPOS DE CARGAS CONSIDERADAS............................................................ 222

CAPITULO V ............................................................................................................................................. 224

ELABORACION DE PLANOS ..................................................................................................... 224

5.1. ELABORACION DE LOS PLANOS RESPECTIVOS PARA CADA UNO DE LOS ELEMENTOS QUE FORMAN

LA ESTRUCTURA GENERAL DEL PUENTE. ............................................................................................ 225

5.2. ELABORACION DE PLANO GENERAL CON DATOS, ESPECIFICACIONES, RECOMENDACIONES DE

CONTRUCCION Y CANTIDADES TOTALES DE OBRA. ........................................................................... 226

CAPITULO VI ............................................................................................................................................ 227

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES .......................................................................... 227

6.1. SE HARA UNA SINTESIS DE TODO EL TRABAJO Y SE DARAN SUGERENCIAS PARA FUTURAS

APLICACIONES DE LOS ELEMENTOS USADOS DURANTE EL DESARROLLO DEL PROYECTO.................. 228

6.2. SI ES POSIBLE SE DARAN RECOMENDACIONES PARA EL DESARROLLO DEL PROYECTO, PUENTES

SIMILARES HA ESTOS. ......................................................................................................................... 229

BIBLIOGRAFIA ................................................................................................................................ 230

ANALISIS Y DISEO DEL PUENTE CONGRESO SAN NICOLAS U. V. F. I. C.

PRESENTA: ARTURO URRUTIA PIA 1

CAPITULO I

INTRODUCCION



1.1. HISTORIA DE LOS PUENTES EN MEXICO Y EL MUNDO

La construccin de Mxico moderno se ha venido desarrollndose a travs de su historia con la

aplicacin de los conocimientos de la ingeniera en todas las ramas que la integran. Los

puentes reflejan una expresin universal de civilizacin y cultura, y a travs del tiempo han

significado una inquietud para los diseadores y constructores quienes se preocupan por

encontrar cada vez mejores soluciones estructurales adecuadas a los recursos econmicos,

materiales y al desarrollo de equipos y tcnicas constructivas, buscando adems superar cada

vez la belleza arquitectnica, lo que hace que el puente jerarquice la manifestacin artstica de

una obra vial.

El hombre primitivo descubri los puentes naturales, al enfrentarse ante un rio demasiado

ancho y para poder cruzar recorra sus mrgenes donde despus encontrara un rbol

derribado y atravesando el rio de orilla. Los primeros puentes fueron construidos por la misma

naturaleza, posteriormente trenzado ramas largas y finas construiran los primeros puentes

colgantes.

El primer puente que se menciono es el de babilonia sobre el rio ufrates (1900 a. c.) los

puentes sobre barcazas fueron construidos para la guerra, cuando los persas estaban

empeados en la conquista de babilonia. Tambin se tiene conocimiento que el primer

constructor de puentes fue Mondrucles de Samosi quien construyo un puente militar en el

Bsforo en el ao 493 a. c., la longitud de este puente era de 1 Km.

El puente ms antiguo de los que se conservan en el mundo hasta la fecha, fue construido por

los griegos en el ao 850 a. c., en la ciudad de Esmima, localidad que actualmente forma parte

del territorio de Turqua.

Los romanos son maestros en la fabricacin y el arte de los puentes, utilizando al principio la

madera, la piedra y el ladrillo, reforzando con grapas o abrazaderas de hierro. En la historia se

registra que el primer puente romano fue construido en el ao 621 a. c. sobre el rio Tbet,

siendo una raza de conquistadores, construyeron cientos de puentes desde el extremo norte de

las galias (hoy Francia) hasta en la frica y desde Espaa hasta el Asia menor. Hoy en da

subsisten numerosos puentes de los que se construyeron los romanos, a quienes con justicia

se considera como constructores por excelencia.

En Espaa se conservan muchos puentes de la poca romana entre los que merecen

mencionarlos : el salamanca sobre el Tormes con 27 arcos de 10.00 m de longitud; el de

Mrida sobre el Guaroliana con 60 arcos; el Crdoba, sobre el Guadalquivir con 16 arcos

reconstruidos para los musulmanes, el de Alcntara sobre el tajo, que tiene 48.00 m de altura

desde el nivel de aguas hasta el pavimento y hasta 60.00 m al fondo del rio; est formado por 6

arcos de medio punto, dos de los cuales tiene 28.00 a 30.00 m de luz.

El primer puente de piedra levantado sobre el rio Tmesis, en Inglaterra se termino a finales

del siglo XIII. Tena una galera cubierta de madera con tiendas alineadas en ambos lados

formando una calle, a fines del siglo XIX fue remplazado por otro nuevo, el famoso puente de la

torre de Londres, que mide ms de 265 m de largo.



A fines del siglo XVII se construir puentes de hierro fundido, donde este tipo de material no

puede ser aplastado, pero puede derrumbarse a causa de una considerable fuerza de traccin

por lo que se opto por utilizar otro tipo de material llamado hierro forjado, que tiene mayor

resistencia a la traccin. Con dicho material siguieron construyndose muchas obres de

ingeniera, hasta que en el siglo XIX a unirse el acero.

La construccin de los primeros puentes colgantes metlicos se debe al ingeniero francs

Marcos Seguin. Con el empleo de acero, es posibles cubrir grandes claros, as como tambin el

sistema constructivo permite construir mayores cloros, con puente de vigas no se pueden dar

distancias entre pilares superiores a 300 m, mientras que empleando acero se avanza hasta

500 m y con un puente colgante, de hasta 1300 m.

En este aspecto, Mxico heder una tradicin que data desde la poca de la colonia, segn se

tiene conocimiento, sus pobladores recorran grandes distancias en busca de alimentos, pero

sobre su paso se encontraban con mltiples obstculos como ros y barrancas; para evitar

estos, se improvisaban puentes que eran construidos a base de troncos y ramas de algunos

rboles que eran colocados perpendiculares a los ros o arroyos. Tambin se empleaban

grandes cuerdas con palos y troncos amarrados, los cuales formaban los famosos puentes

colgantes y que eran colocados en pequeas barrancas y precipicios.

Fue de esta manera como fueron apareciendo los primeros puentes ideados de acuerdo a las

necesidades de aquella poca y con el paso del tiempo, el descubrimiento del cemento y del

acero y la constante aparicin de ingenieros mexicanos en materia de planeacin, diseo y

construccin de vas terrestres, hoy en da se tiene un gran desarrollo en la ingeniera de

puentes en Mxico.

La evolucin de los puentes, se debe principalmente a los cambios que han tenido los

vehculos de motor, en sus dimensiones, peso y velocidad de operacin, al volumen del

trnsito, la disponibilidad de mejores materiales de construccin y su utilizacin racional; al

amplio conocimiento de los elementos que forman las estructuras y a la facilidad para su

anlisis con el empleo de computadoras electrnicas; a nuevos mtodos de diseo y a la

utilizacin de tcnicas adecuadas de construccin.

Los cruces se elegan generalmente normales a la corriente obligando as el trazo de la

carretera; lo que originaba en muchas ocasiones mayores desarrollos de la ruta y alineaciones

defectuosos, sobre todo horizontalmente, ya que con mucha frecuencia se obligaba a tener

curvas forzadas tanto a la entrada como a la salida del puente.

En Mxico, se han desarrollado diversos procedimientos de anlisis y de diseo y construccin

de puentes, as como diferentes materiales con que estos se han construido. Desde los aos

treinta se utilizo el concreto y el acero para puentes, proyectndose a base de la losa con 2, 3 y

hasta 4nervaduras y que salvan claros de hasta 15.00 metros. Al mismo tiempo inicia el uso de

estructuras metlicas, logrando salvar claros de hasta 20.00 metros.



Para el ano de 1955, evoluciono en forma acelerada la tcnica mundial en la construccin de

puentes y como ejemplo de ello, en Mxico se construye el primer puente de concreto

presforzado con un claro de 16.00 metros.

En Mxico, tanto en la topografa como la hidrologa han exigido puentes muy variados y

espectaculares en cuanto al tipo, tamao y forma, entre los que podemos mencionar al puente

Mezcala, el Panuco, el Tampico, el Coatzacoalcos y el puente Alvarado, entre otros; siendo

obras que por sus caractersticas constituyen un factor que retribuye primordialmente al

desarrollo del pas debido a que facilitan la comunicacin, el comercio y el turismo y que

representa el progreso de cualquier regin.

Para determinar la factibilidad y funcionalidad de un puente, se considera su importancia como

obra de servicio, a fin de establecer su prioridad al respecto; una vez realizados los estudios

topogrficos, hidrulicos, geolgicos, de construccin, de transito, de cimentacin, de diseo

estructural y econmicos; se elige el tipo de proyecto que nos genere el menor costo y que

satisfaga las exigencias tanto estticas como estructurales, adems de una conservacin y

vida til ilimitada.

Es por esto, que la finalidad principal de esta memoria es aportar a la sociedad en general la

metodologa para el diseo y construccin de puente congreso san Nicols, el cual tiene por

objeto dar continuidad a la carretera Puebla-Teziutlan sobre el tramo Puebla-limites de Puebla

/Tlaxcala en el kilometro 4 + 550.00 y salvar el arroyo Axatl que nace aproximadamente a

20.00 kilmetros del sitio del cruce y desemboca a 50.00 kilmetros aguas abajo en el rio

Atoyac.

Dicho proyecto ofrecer en conjunto con otras obras, mejorar las condiciones de desarrollo de

todos los sectores de las regiones que sern beneficiadas y del pas en general.

Definicin de un puente:

Es una estructura formada por un conjunto de elementos que combinados en forma sistemtica

realizan la funcin de enlace y continuidad de una va de comunicacin o de servicio; por lo que

el puente debe concebirse como parte del sistema general de va de comunicacin.

Cuando un obstculo fsico por salvar es menor de 6 metros, se denomina alcantarilla.

En las interacciones con barrancas sin tirantes de agua se denomina viaductos; y cuando es

necesario interceptar vas terrestres, se construye estructuras llamadas paso a desnivel.

Los puentes deben tener varias caractersticas emitidas por la AASHTO (THE AMERICAN

ASSOCIATION OF STATE HIGHWAY AND TRANSPORTATION OFFICIALES), como ancho

de calzada y de banqueta, guarniciones banquetas de emergencia, parapetos drenaje de la

calzada, Sobrelevacin en curva horizontal, acabado de la superficie de rodamiento,

proteccin contra humos glibos y espacios libres e instalaciones de servicio pblicos, etc.



Partes que integran un puente.

Un puente, ya se carretero o ferroviario; consta de:

1.- Superestructura: es la parte del puente que cubre los claros entre apoyos, est formada

por elementos que soportan directamente las cargas mviles y tiene la funcin de transmitir las

cargas a la subestructura. La superestructura se compone de: calzada o superficie de

rodamiento, guarnicin, banquetas parapetos y trabes.

2.- Subestructura: Esta integrada por elementos que tienen la funcin de transmitir las cargas

de la superestructura y su propio peso a la infraestructura. Estos elementos pueden ser:

columnas, pilas, caballetes etc.

3.- Infraestructura: Es el conjunto de elementos encargados de transmitir directamente al

terreno las cargas provenientes de la subestructura. De acuerdo con la capacidad del terreno la

infraestructura podr ser superficial o profunda.



CLASIFICACIN DE PUENTES

1.- Segn la naturaleza de carga que soporta:

1) Carreteros

2) Ferroviarios



3) Peatonales

4) Puente canal



2. -Segn su trazo horizontal

1) Normal 2) Esviajado

3) En curva horizontal



3.- Por su trazo vertical:

1) Con pendiente 2) Sin pendiente

3) en curva vertical



4.- Por su material de construccin:

1) Madera 2) Piedra

3) Concreto 4) Acero



5.- Por la movilidad de la superestructura:

1) FIJOS

2) MOVIBLES

a) Levadizo b) Giratorio

c) Basculante d) Deslizante.



6.- Por su comportamiento estructural:

1) ISOSTTICO.

2) HIPERESTATICOS



1.3. ANTECEDENTES.

A medida que un pas va creciendo en todos sus sectores, van surgiendo cada da ms

necesidades, tales como: vivienda, drenaje, agua potable, transporte, vialidades, etc.; por lo

que las autoridades tanto federales, estatales y municipales tienen el compromiso de dotar de

ellas.

Uno de los grandes retos que la actualidad se le presenta a la ingeniera mexicana, es el poder

comunicar sus pueblos, centros de produccin, recursos naturales polos de desarrollo y

litorales.

Gran parte de las vas de comunicacin que han hecho posible en enlace y pleno desarrollo del

pas, han sido los puentes; ya se han carreteros, ferroviarios, canales o martimos.

Es fundamental que los puentes al igual que otras estructuras, cumplan con la funcin para la

cual estn destinadas en sus condiciones normales de operacin y que tengan un grado de

seguridad adecuado, as como una inversin inicial razonable.

Tales el caso de Teziutlan en el estado de puebla. Que han manifestado un gran crecimiento

en los ltimos aos debido principalmente al sector agrcola que se refleja en un 36.35% de su

superficie, en la cual se produce principalmente maz, aguacate, manzana y pera entre otros;

favoreciendo principalmente al tipo de clima que predomina en la regin debido ha esto, la

comunidad reclama nuevos y mejores servicios como lo son: vas de comunicacin, que

comunica a todos los municipios y estados vecinos.

Teniendo presente estos antecedentes en conjunto con toda una serie de estudios realizados

sobre la regin, se detecto que en realidad era indispensable la construccin de nuevas y

mejores vialidades que permitan un pleno desarrollo de la regin y del pas en general.

Razn por lo cual, la Secretara de Comunicaciones y Transporte (S.T.C.) por producto de la

direccin general de servicios tcnicos elaboro e proyecto de la carretera Puebla Teziutlan

tramo puebla limites de Puebla/Tlaxcala que corresponde a una carretera estatal que

comunicara a la ciudad capital con el municipio de Teziutlan y sus alrededores.

Dentro de este proyecto carretero en el kilometro 4 + 550.00 se presenta el cruce con el arroyo

Axatl en el municipio de amozoc puebla, que nace aproximadamente a 20.00 km. Del sitio del

cruce y desemboca a 50.00 km. En el rio Atoyac, lo que da origen a la construccin de en

puente el cual lleva por nombre Congreso San Nicols y que tendr por objeto salvar dicho

cruce y dar continuidad a la carretera.

Este arroyo provoca una influencia hidrulica en el cruce, debido a una cada localizada en el

cruce mismo, adems existe cambio de pendiente de suave a pronunciada a una cascada de

cerca del cruce. El rea de cuenca drenada hasta el cruce es de 19.00 km2 y pertenece al

regin hidrulica No. 18 balsas segn clasificacin SARH., los cuerpos flotantes que arrastra la

corriente durante las avenidas, estn formadas por ramas y basura.



El escurrimiento es de carcter intermitente, la precipitacin madia anual es de 100mm, el clima

predominante en la regin se clasifica como templado subhumedo. La geologa superficial que

se observa en el fondo del cruce, est constituida por arenas limos y boleos, mientras que en

ambos mrgenes se cuenta con arenas y boleos.

El paso actual de los vehculos en la zona de cruce es sobre un puente existente el cual tiene

un antigedad de 49 aos aproximadamente y se compone de 6 claros: uno de 6.5metros dos

de 6.40 metros, dos de 6.35 meros y otro de 6.20, con una altura media hasta la parte inferior

de la superestructura de 1.00 metros, habiendo funcionado a su mxima capacidad.

El puente por proyectar, estar ubicado aguas abajo del actual puente y se localiza en tangente

vertical y tangente horizontal. Tendr un ancho total de 10.00 metros, el ancho de la carpeta

ser de 7.20 metros y se proyecta para una carga viva tipo 1 (T3-S2-R4) en dos fajas. Dicho

proyecto estar a cargo de CDCO CIPRES S.A.DE C.V.

Para la realizacin de este proyecto, ser importante tener presente ciertas condiciones y

restricciones proporcionadas por los estudios de campo, que son lavase de todo proyecto y

este a su vez de la construccin. Dichos estudios nos proporcionarn las caractersticas

necesarias para dar la solucin ms adecuada a nuestro proyecto.

Una vez conocidas las limitaciones, se producen a determinar aspectos importantes para el

proyecto como es el tipo de estructura, el dimensionamiento de los aspectos geomtricos y

caractersticas del puente.

Mediante este proyecto, se pretende que las pequeas comunidades perteneciente a los

municipios de amozoc y acajete (considerados grandes productores en el sector agrcola

destacando la produccin de maz, aguacate, y manzana, favoreciendo por el tipo de clima

predominante ) en el estado de puebla se vean beneficiados por la ubicacin del puente y en

general por el paso cercano a la nueva carretera, ya que pondrn estar comunicados de

manera ms directa con la ciudad capital y con otros municipios, para que de esta forma los

principales productores puedan salir a vender sus productos a los lugares donde obtengan una

mayor remuneracin a cambio.



Croquis de localizacin



DATOS TRASCENDENTES DE LA REGION DONDE SE UBICARA EL PROYECTO Y SUS

ALDEDEDORES

LONGITUD NORTE

COMUNIDAD GRADOS MINUTOS ALTITUD

TEZIUTLAN 19 49 1940

AMOZOC 19 3 2320

ACAJETE 19 6 2460

LONGITUD OESTE

COMUNIDAD GRADOS MINUTOS ALTITUD

TEZIUTLAN 97 22 1940

AMOZOC 98 3 2320

ACAJETE 97 56 2460

POBLACION

COMUNIDAD TOTAL HOMBRES MUJERES

TEZIUTLAN 54699 26978 27721

AMOZOC 71228 34250 36978

ACAJETE 47253 23031 24222

REGISTRO DE VEHICULOS

COMUNIDAD TIPO DE VEHICULO No. VEHICULO

TEZIUTLAN AUTOMOVILES 5078

CAMIONES PASAJEROS 60

CAMIONES DE CARGA 2801

MOTOCICLETAS 36

AMOZOC AUTOMOVILES

CAMIONES PASAJEROS

CAMIONES DE CARGA

MOTOCICLETAS

ACAJETE AUTOMOVILES

CAMIONES PASAJEROS

CAMIONES DE CARGA

MOTOCICLETAS



1.4. ESTUDIO DE FACTIBILIDAD DEL PROYECTO CARRETERO DONDE SE UBICARA DEL CRUCE

DEL PUENTE.

Estos estudios nos determinan la posibilidad de que una obra determinada se lleve a cabo y

son el producto de un anlisis tcnico y econmico que tiene como finalidad precisamente esto:

justificar la realizacin o no de un proyecto. Cualquier proyecto de ingeniera de puentes no

queda excluido de ser objeto de este tipo de estudios, ya que la construccin o remodelacin

de una va de comunicacin como lo son las carreteras que tiene por objeto permitir una

circulacin eficiente entre centros poblacionales; lo cual, justificara la inversin del proyecto.

En esta ocasin se trata de la construccin de la carretera Puebla Teziutlan y el puente

Congreso - San Nicols, localizado sobre el tramo Puebla limites de Puebla /Tlaxcala en el

kilometro 4+550.00 y que se salvara al arroyo Axatl

La construccin y ubicacin de este puente se determino que era factible tras haber realizado

reconocimientos directos a la zona en estudio; as como de la participacin de os siguiente

aspectos:

1. Objetivo del puente

2. Ubicacin del puente

3. Principal actividad econmica de la zona donde se ubicara el puente

4. Fondo econmico para la ejecucin del proyecto.

1. Objetivo del puente

El primer objetivo de llevar a cabo la construccin de puente Congreso San Nicols dar

continuidad a la carretera Puebla Teziutlan sobre el tramo Puebla limites de

Puebla/Tlaxcala en el kilometro 4+550.00 y que se salvara al arroyo Axatl que nace

aproximadamente a 20.00 km. Del sitio del cruce y desemboca a 50.00 km. Aguas abajo en el

rio Atoyac. Obra que en conjunto con otras, pretende mejorar las condiciones de desarrollo de

todos los sectores de las regiones que sern beneficiadas.

2. Ubicacin del puente.

Este fue determinado a travs del informe general de estudio topohidraulicos, mismo que como

se menciona ms adelante; establece que sobre el cruce ya existe un puente que ser

demolido y que estudio la posibilidad de que en el mismo sitio del cruce se construya el nuevo

puente, sin embargo se determino que no era factible construido en el mismo sitio, debido a

que la distancia libre vertical que debera dejarse entre en nivel de aguas mximas

extraordinarias y la parte inferior de la superestructura para permitir el paso de los cuerpos

flotantes seria de 1.00 metros, cuando para este proyecto, dicha distancia de ser cuando

menos de 2.00 metros.



Por la razn, se procedi a estudiar otra nueva alternativa, que consisti en ubicar el puente

aguas abajo del que ya exista, con el fin de obtener la distancia libre de 2.00 metros como

minio y al a vez, evitar la cada hidrulica que se localiza bajo el puente que ya existe.

Por lo que de acuerdo a esto, esta alternativa resulto la ms ptima.

3. Principal actividad econmica de la zona donde se ubicara el puente

La zona donde se ubicara el puente, correspondiente al municipio de amozoc en estado de

puebla, que en conjunto con el municipio de acajete han manifestado un gran crecimiento en

los ltimos anos, destacando por su importancia el sector agrcola, del que destaca la

produccin de maz, aguacate, y manzana, favoreciendo por el tipo de clima predominante en

la regin, razn por la que con la ejecucin del proyecto, se vern beneficiadas las

comunidades de esta regin.

Debido a esto, las comunidades reclaman nuevos y mejores servicios como lo son; vas de

comunicacin que comuniquen a todos los municipios de estados vecinos.

4. Fondo econmico para la ejecucin del proyecto

Los recursos econmicos destinados para la ejecucin del proyecto son aportados por el

gobierno del estado para la ampliacin y conservacin de la infraestructura vial de los

municipios que lo integran, para que la Secretaria de Comunicaciones y Transporte (S.C.T.) por

conducto de la direccin general de servicios tcnicos elabore el proyecto de la carreta puebla-

Teziutlan; proyecto que comprende la construccin del puente Congreso San Nicols que

estar a cargo de CDCO CIPRES S.A.DE C.V.

En conclusin teniendo presentes estos aspectos en conjunto con toda una serie de estudios

realizados sobre la regin, se detecto que en realidad era dispensable la construccin del

puente Congreso San Nicols para salvar el arroyo Axatl y dar continuidad a la carretera

Puebla Teziutlan que permita el pleno desarrollo de la regin y del pas en general.



1.5. CARACTERSTICAS GEOMTRICAS DEL TRAMO DE LOCALIZACIN DEL CRUCE.

El proyecto geomtrico abarca todos los aspectos del proyecto de un camino bajo el punto de

vista de la ingeniera. El proyecto geomtrico comprende la discusin de las dimensiones de los

elementos de calzada y sus combinaciones; comprende tanto la ingeniera de detalle como la

ingeniera de los elementos ms generales de los estudios de una carretera.

Estos aspectos son:

a) Proyectos de Rasante.

Debido a que la posicin econmica de la rasante depende principalmente de la topografa de

la zona, se debe tomar en cuenta lo siguiente:

1.- En terrenos planos, la altura de la rasante sobre terrenos planos estar

generalmente regulada por las obras de drenaje.

2.- En terrenos de lomero, se recomienda adoptar rasantes onduladas, las cuales

convienen tanto en razn de operacin, como de la economa en el costo de construccin.

3.- En terrenos montaosos, la rasante estar controlada estrechamente por las

condiciones crticas de la topografa, como son los cantiles y caadas.

4.- Dos curvas sucesivas y en la misma direccin, separadas por una tangente corta

ms o menos de 60 m, deben ser evitadas.

5.- Una rasante escalonada es preferible, a una sola pendiente sostenida, porque nos

permite aprovechar el aumento de la velocidad previo al ascenso y su correspondiente impulso.

6.- La rasante debe cumplir con las especificaciones ordenadas en el proyecto.

7.- En general, se entiende que el alineamiento horizontal es definitivo, pues se

supone que todos los problemas inherentes a l han sido previstos en la fase de anteproyecto,

sin embargo hay ocasiones en que se requiere modificado localmente.

8.- La rasante a proyectar debe permitir el buen funcionamiento de las alcantarillas

puente y paso desnivel, dando las elevaciones exigidas. En zonas donde no hay obras, su

altura debe ser la necesaria para evitar humedades perjudiciales a las terraceras y pavimentos

causadas por zonas de inundacin o humedad excesiva en el terreno natural.

De acuerdo con lo anterior se considera que los elementos que define el proyecto de la rasante

econmica son los siguientes:

1.- Condiciones topogrficas.



2.- Condiciones geotcnicas.

3.- Rasante mnima.

4.- Costo de las terraceras.

El proyecto del camino se ha realizado con las siguientes especificaciones.

1. Ancho de corona = 10.00 m

2. Ancho de carpeta = 7.20 m

3. Curva mxima = 5.583o

4. Pendiente mxima = 1.375 %

Considerando los datos anteriores, el cruce de arroyo Axatl est localizado conforme al eje de

proyecto del camino, a 85.482 m posteriores a la salida de la curva vertical No. 2 (ver plano de

02 modificacin de trazo), cuyos elementos de curva son los siguientes:

P.C.V. = 4+379.680

P.I.V. = 4+409.680

P.T.V. = 4+439.360

S.T.1 = 30.00 m

S.T.2 = 30.00 m

G.C. = 4.850O

R.C. = 236.181 m

C. = 14.478O

L.C. = 59.68 m

Dicha curva horizontal finalizada en el P.T.V. = 4+439.360 e iniciado un tangente cuya longitud

es de 85.482 m.

El eje de trazo cruza a la corriente en sentido perpendicular; es decir con un ngulo de

esviajamiento de 0o.

Otra caracterstica importante que podemos mencionar, es que el arroyo Axatl provoca una

influencia hidrulica en el cruce, debido a una cada localizada en el cruce mismo, adems

existe cambio de pendiente de suave a pronunciada a una cascada cerca del cruce. El rea de

la cuenca drenada hasta el cruce es de 19.00 km2 y pertenece a la regin hidrulica No. 18

balsas, segn clasificacin de SARH., los cuerpos flotantes que arrastra la corriente durante las

avenidas, estn formadas por ramas y basura.

Todas las plantas configuradas y dems levantadas quedaron referidos a la elevacin del

banco de nivel BN-1 rotulado sobre poste de concreto de 19.21 metros a la derecha de la

estacin 4+507.07 con una elevacin arbitraria de 97.00 metros.



ANEXO A

Plano de la Modificacin del Trazo.



CAPITULO II

ESTUDIOS DE CAMPO



2.1. ESTUDIOS DE CAMPO

En el estudio de la ingeniera de puentes, cuando se trata de buscar soluciones satisfactorias

tanto tcnicas como econmicas, dirigidas al estudio y la construccin de un puente, las

actividades del ingeniero debern ser abocadas, hacia el estudio de campo.

Estos estudios, son destinados para recabar los informes necesarios que serviran en base

para el diseo. Deben ser realizados con todo cuidado y buen criterio pues de nada nos servira

un buen diseo si este se basa en estudios de campo incompletos, errneos o deficientes.

Los estudios de campo segn su importancia y su orden cronolgico los podemos agrupar de la

siguiente manera.

1.- Estudios Topogrficos.

2.- Estudios Hidrolgicos e Hidrulicos.

3.- Estudios de Cimentacin.

4.- Estudios de Transito.

5.- Estudios de Construccin.

2.2. ESTUDIOS TOPOGRFICOS.

Para el presente estudio, primeramente es indispensable que el ingeniero a cargo realice un

reconocimiento de la zona de cruce ya definido o bien, de la zona en que debe construirse el

puente con el firme propsito de conocer las condiciones generales del terreno.

Bsicamente, para la ubicacin de un puente se debe considerar dos aspectos muy

importantes; que son el tcnico y el econmico. Por lo que respecta al aspecto tcnico, el sitio

de cruce ser aquel que ofrezca un buen alineamiento de trazo en las proximidades del puente,

adems de un buen perfil de la lnea (especialmente en el caso de F.F.C.C.). Adems de

condiciones de cimentacin deben ser satisfactorias, que el cauce del rio en la zona de cruce

este bien definido (no divagante) y alejado de las curvas horizontales y cadas o rpidas en su

curso.

Dentro del aspecto econmico y a travs de la practica y la experiencia en la construccin de

puentes, se dice que el puente menos costoso en el cruce ms econmico, no siempre

representa el mas optimo, ya que este caso puede exigir un trazo en sus accesos y por lo tanto

lo convierte en antieconmico; sin embargo es posible que exista un cruce que exija un puente

costoso (ya sea por su longitud, altura o cimentacin). Pero que los tramos de acceso del

camino sean reducidos. Por lo tanto, se debe comparar el costo del puente en su conjunto.

Bsicamente, los estudios topogrficos comprenden los siguientes pasos:

1. Reconocimiento de zona y cruces posibles.

2. Levantamiento general de la zona de los cruces o croquis posibles.

3. Levantamiento configurado del terreno en la zona de cada cruce, que se apoyara en

polgonos cerradas y se har por medio de secciones o con estadas. abarcara una



extensin suficiente mente amplia para apreciar el alineamiento general del cauce del

arroyo antes del cruce y despus del mismo en avenidas.

4. Levantamiento detallado de una faja de terreno aun y otro lado del eje del cruce,

dibujando a mayor escala que el inmediato anterior.

5. Estudios de los tramos de liga de cruce con el resto de lnea, para juzgar del

alineamiento, de las pendientes y del costo de esos tramos.

6. Seccin transversal del rio, segn del cruce indicando los niveles de aguas mximas

ordinarias y mnimas.

Para este proyecto en estudio (Puente Congreso -San Nicols) se realizaron reconocimiento a

la zona por parte de la brigada de campo. Se determinaron los distintos cruces posibles, se

realizo un levantamiento general de la zona, as como un levantamiento configurativo del

terreno en la zona de cruce. Tambin se analizaron los aspectos tcnicos y econmicos antes

mencionados. Se contino con la realizacin de los levantamientos topohidraulicos

correspondientes al cruce en estudio, que consistieron en: planta general, planta detallada,

perfil de construccin, perfil detallado, trazo del camino y levantamiento de las secciones

transversales hidrulicas y puntos auxiliares.

El arroyo nace aproximadamente a 20.00 km. Del sitio de cruce y desemboca a 50.00 km., en

el rio Atoyac. Si provoca influencia hidrulica en el cruce, debido a una cada localizada en el

cruce del mismo. Adems existe cambio de pendiente de suave a pronunciada o una cascada

cerca del cruce. El rea de la cuenca drenada hasta el cruce es de 19.00 km2 y pertenece a la

regin hidrolgica No. 18 balsas, segn su clasificacin de SARH. Los cuerpos flotantes que

arrastra la corriente durante las avenidas, estn formadas por ramas y basura.

El eje del trazo cruza a la corriente con un ngulo de esviajamiento de 0o

Todos las plantas configuradas y adems levantamientos quedaron referidos a la elevacin del

banco de nivel BN-1 rotulado sobre poste de concreto de 19.21 metros a la derecha de la

estacin 4+507.07 con una elevacin arbitraria de 97.00 metros.

2.3. GENERALIDADES DEL ESTUDIO TOPOHIDRAULICO E HIDROLOGICO

El arroyo nace aproximadamente a 20.00 km. Del sitio de cruce y desemboca a 50.00

km., en el rio Atoyac.

Si provoca influencia hidrulica en el cruce, debido a una cada localizada en el cruce

del mismo.

Si existe cambio de pendiente de suave a pronunciada o una cascada cerca del cruce.

El rea de la cuenca drenada hasta el cruce es de 19.00 km2 y pertenece a la regin

hidrolgica No. 18 balsas, segn su clasificacin de SARH. En la zona de cruce, la



vegetacin se puede clasificar como agricultura de temporal la topografa es

sensiblemente plana.

Elevacin y descripcin del banco de nivel BN-1 rotulado sobre poste de concreto a

19.21 m a la derecha de la Estacin. 4+507.07 con una elevacin arbitraria de 97.00 m.

El escurrimiento es de carcter : intermitente

Tipo y longitud mxima de los cuerpos flotantes: armazn y basura.

La precipitacin medio anual es de 100 mm.

El clima predominante en la regin se clasifica como: templado hmedo.

Informacin adicional (Erosin marginal, cadas, ubicacin del cruce en una curva del

cruce curvas cercanas, etc.)

Geologa superficial en el fondo: arenas, limos y boleos.

En el margen izquierda: arenas y boleos.

En la margen derecha : arenas y boleos

El paso actual de los vehculos en la zona de cruce es: sobre un puente existente

Si existen puentes cercanos al cruce sobre la misma corriente proporcionar los datos

siguientes.

Ubicacin: en el mismo cruce.

Numero y longitud de claros: seis claros, uno de 6.50 m. dos de 6.40 m. dos de 6.35

m. y otro de 6.20m.

Altura media hasta la parte inferior de la superestructura:1.00 m

ha funcionado el puente a su mxima capacidad? Si, por la influencia hidrulica de

la estructura.

rea total bajo el puente: 32.30 m2

Antigedad de la obra: 49 aos aproximadamente.

Otros datos tiles a juicio del observador.

I. ESTUDIO HIDROLOGICO

Mtodo aplicado: Ven te Chow.

Informacin utilizada: isoyetas de intensidad de lluvia periodo de retorno.



Se obtuvo del caudal mximo de 47.68 m3/seg, asociado a un periodo de retorno de 50

aos.

Observaciones (fuente de informacin, confiabilidad, etc.).El gasto obtenido es confiable

debido a que la informacin para la elaboracin de las isoyetas es muy amplia.

II. ESTUDIO HIDRAULICO.

Nivel de aguas mnimas: cauce seco.

Nivel de aguas mximas extraordinarias: 101.85 m (datos de la seccin levantada a 200

m aguas arriba). No se considero la seccin hidrulica en el cruce por que el NAME

desbordara hacia ambas mrgenes por la insuficiencia hidrulica del puente).

Mtodo aplicado: seccin y pendiente hidrulica.

Seccin levantada: a 200 m aguas arriba y a 150 m aguas abajo.

Gasto obtenido en la seccin levantada a 200 m aguas arriba: 29.82 m3 / seg.

Velocidad media mxima: 2.66 m/seg.

Observaciones (fuente de informacin, confiabilidad, etc.). las huellas de los niveles

mximos no corresponde a los niveles reales, ya que el escurrimiento es alterado por la

obstruccin que se forma en el puente existente provocando un embalse desborda en

ambas mrgenes.

III. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

Se recomienda un gasto de diseo de 47.68 m3/seg asociado a una velocidad de 2.66 m/seg

La distancia libre que deber dejarse entre el nivel de aguas mximas extraordinarias y la parte

inferior de la superestructura para permitir el paso de los cuerpos flotantes se de 2.00 m.

2.4. ESTUDIOS HIDRAULICOS.

La importancia de los estudios de hidrulicos de un cauce pluvial por salvar, es muy grande,

como es fcil comprender el caudal a gasto mximo durante las avenidas que alcanza el agua

cuando esta tiene lugar, la frecuencia con que se presentan, la duracin de las mismas, el nivel

a que llega el agua, las zonas que inunda, la direccin general de la corriente en crecientes, el

alineamiento del rio y otras caractersticas que influyen en las caractersticas de la obra por

construir, as como en el costo y funcionamiento de la misma.

La mejor manera de conocer la magnitud del canal en avenidas y estiaje, los niveles

alcanzados, la frecuencia de las avenidas y su duracin, es por medio de estaciones de aforo y

cuyos datos son recopilados a lo largo del tiempo. Desgraciadamente no es posible contar con

esto acopio de datos relativos a un rio o arroyo en particular.



En Mxico hay infinidad de ros y arroyos de los cuales no se tienen datos directos de aforo,

razn por la cual el ingeniero tiene que valerse de medios indirectos para estimar los caudales

de los ros en avenidas. Estos mtodos indirectos ms usados son las llamadas Formulas de

Escurrimiento y el proceso de Seccin y Pendiente.

METO DE VEN TE CHOW:

Con la finalidad de determinar la magnitud del gasto mximo que producira la corriente del

arroyo Axatl hasta el sitio de cruce con el eje de la carretera Puebla Teziutlan, se realizo un

estudio hidrolgico asociado a un periodo de retorno de 50 aos, aplicando el mtodo e

propuesto de Ven Te Chow con al informacin de lluvia contenida en los mapas de Isoyetas de

intensidad de lluvia Duracin Frecuencia, que proporciona la informacin clave para

determinar los caudales mximos generados por las cuencas hidrolgicas que han de ser

drenadas a travs de las diversas obras que se construyen en el pas. Estos mapas fueron

elaborados por la Secretara de Comunicaciones y Transporte.

El mtodo de Chow est basado principalmente en el concepto de hidrograma unitario y del

hidrograma unitario sinttico.

En la descripcin de este mtodo se usara la siguiente notacin:

A = rea de la cuenca en Km2.

d = duracin total de la tormenta, en horas

L = longitud del cauce principal, en m

N = numero de escurrimiento, adimensional

P = lluvia de la zona en estudio para una duracin dada, d en cm.

Pb = lluvia en la estacin base para la duracin d, en mm

Pa = precipitacin media anual en la zona en estudio, en mm

Pab = precipitacin media anual en la estacin base, en mm

Pe = lluvia en exceso en la zona de estudio para la duracin d, en cm

Qb = gasto base, en m3/s

Qd = gasto diseo, en m3/s

Qm = gasto pico del hidrograma del escurrimiento directo, en m3 /s

qm = gasto pico del hidrograma unitario, en m3/s por cm de lluvia en exceso,

para una duracin de d horas.

S = pendiente media del cauce, en porcentaje.

tp = tiempo de retraso, en h

X = factor de escurrimiento, en cm/h

Y = factor climtico, adimensional.

Z = factor de reduccin del pico, adimensional.

El hidrograma es una expresin integral de las caractersticas fisiogrficas y climticas que

gobiernan las relaciones entre la precipitacin y el escurrimiento en una cuenca particular. El

hidrograma de una corriente es la representacin grafica de sus variaciones de flujo, arregladas



en orden cronolgico. En general, para expresar el flujo, se usa el gasto, que indica el volumen

escurrido en la unidad de tiempo.

Este mtodo considera que el gasto de pico del escurrimiento directo de una cuenca puede

calcularse como el producto de la lluvia en exceso Pe por el gasto de pico de un hidrograma

unitario, qm, o sea:

Qm= qm Pe.....................................(1.1)

Considerando una lluvia en exceso igual a 1 cm. Con una duracin de d horas sobre una

cuenca de A km2, el escurrimiento de equilibrio, o sea el escurrimiento producido por una lluvia

de intensidad constante continuando idnticamente, ser igual a 2.78 A / d. La relacin del

gasto de pico del hidrograma unitario qm a 2.78 A/d, se define como factor de reduccin del

pico, Z.

Z= qm d . (1.2) 2.78 A

Y entonces

qm = 2.78 A Z .. (1.3)

d

Sustituyendo la ecuacin (1.3) en la ecuacin (1.1) se obtiene:

Qm =2.78 A Z Pe.. (1.4)

d

Llamando X al cociente de Pe entre d, o sea:

X = Pe . (1.5)

d

La ecuacin del gasto queda;

Qm =2.78 A X Z .. (1.6)

Si el gasto base en el tiempo del gasto pico es Qb, entonces el de diseo es:

Qd=Qb + Qm

Factores que afectan al escurrimiento:

Los factores que afectan al escurrimiento, considerados en este mtodo, pueden dividirse en

dos grupos. Uno que afecta directamente a la cantidad de lluvia en exceso o escurrimiento

directo, el cual est compuesto principalmente por el uso de la tierra, la condicin de la

superficie, el tipo de suelo y cantidad y duracin de la lluvia. El otro grupo afecta la distribucin



del escurrimiento e incluye el tamao y la forma de la cuenca, la pendiente del terreno y el

efecto de retencin del flujo por medio del tiempo de retraso. Esta distribucin del escurrimiento

directo expresada en trminos de hidrograma unitario de la cuenca, el cual se define como el

hidrograma del escurrimiento directo resultante de 1 cm de lluvia en exceso generada

uniformemente sobre toda la cuenca y con la intensidad tambin uniforme durante un periodo

especifico de tiempo.

Existe una cierta interdependencia entre los dos grupos de factores. Sin embargo, esta

interdependencia es desconocida y, para propsitos prcticos, puede considerarse que no

afecta a la relacin entre el escurrimiento directo de la lluvia en exceso. Esta hiptesis es la

base para poder establecer la ecuacin 1.1.

Para tomar en cuenta el efecto del primer grupo, se introduce el nmero de escurrimiento. N, el

cual es funcin del uso de suelo y de las caractersticas de este.

El uso de suelo de la cuenca en estudio se investigo en la carta USO DEL SUELO Y

VEGETACION (heroica Puebla de Zaragoza E14B43) escala 1:50,000 editada por INEGI y

que comprende a la cuenca en estudio, aparece el tipo de suelo clasificado con los smbolos:

Je + Hh, el cual indica que se trata de un suelo Fluvisol (del latn fluvis: rio. Literalmente suelo

del rio).

Se caracteriza por estar formados siempre por materiales acarreados por agua. Estn

constituidos por materiales disgregados que no presentan estructura en terrones, es decir, son

suelos muy poco desarrollados. Presentan capas alteradas de arena, arcilla o grava que son

producto de acarreos de dichos materiales por inundaciones o crecidas muy antiguas.

Feozem (del griego phaeo: pardo; y del ruso zemlja: tierra. Literalmente, tierra parda)

Son suelos que se encuentran en varias condiciones climticas, desde zonas semiridas, hasta

templadas o tropicales muy lluviosas, as como en diversos tipos de terrenos, desde planos

hasta montaosos. Muchos foezems profundos y situados en terrenos planos se utilizan en

agricultura de riego o temporal, de granos, legumbres u hortalizas.

Gleysol (del ruso gley; suelo pantanoso)

Son suelos que se encuentran en casi todos los climas, en zonas donde se acumulan y se

estanca el agua, cuando menos en la poca de lluvias, como las lagunas costeras, o las partes

ms bajas y planas de los valles y las llanuras.

De acuerdo al sistema nico de clasificaciones de suelos (S.U.C.S.), corresponde a un tipo de

suelo; SC (se clasifican dentro de este tipo de suelos las Arenas Arcillosas). Los suelos se

clasifican, segn influencia las caractersticas del material en el escurrimiento, la vegetacin



generalmente aumenta la capacidad de infiltracin de los suelos arcillosos, debido a que

modifica la permeabilidad de dichos suelos este tipo de suelos pertenece al grupo C.

Conocido el tipo de suelo con la clasificacin anterior, y tomando el uso que tenga el suelo, se

entra a la tabla No. 9 del manual de la SARH, donde se podr conocer el valor de N (numero

de escurrimiento).

USO DE SUELO TIPO DE SUELO

A B C D

AGRICULTURA TEMPORAL 55 69 78 83

Una vez conocido el nmero de escurrimiento, el valor de la lluvia en exceso, Pe, puede

calcularse para una altura de lluvia dada P, mediante la ecuacin siguiente:

(P-508+5.08)2

. N .

Pe = P+20.32-20.32. (1.8)

N

Determinacin del factor de escurrimiento X.

Para calcular el valor X se requiere conocer la precipitacin en exceso en la cuenca, para lo

cual se usa la ecuacin 1.8 basndose en la lluvia registrada en la estacin base Pb, durante la

tormenta de d horas, y transportada a la cuenca mediante el factor climtico Y.

La estacin que se escoja como base debe contar con pluviografo, ya que se requiere conocer

la distribucin de la lluvia con respecto al tiempo.

Para determinar Pb se debern elaborar previamente las curvas de intensidad Duracin de

Periodo de retorno.

Determinacin de factor climtico Y.

Este factor trata de tomar en cuenta el hecho de que el sitio donde se requiere valuar el gasto

generalmente est alejada de la estacin base, o sea que sirve para transportar la tormenta,

La liga entre estacin base y la zona en estudio la hace Chow mediante un plano de isoyetas

de precipitacin diarias con periodo de retorno a 50 aos. A falta de esta informacin la SCT

usa la carta de isoyetas de precipitacin media anual elaborada por la SARH, en cuyo caso el

factor climtico se expresa como sigue:

Y=. Pa .. (1.9)

Pab



Determinacin del factor de reduccin del pico, Z

El factor Z, como ya se explico antes, (ecuacin 1.2), es igual a la relacin entre el gasto de

pico de un hidrograma unitario debido a una lluvia de duracin dada, d, y el escurrimiento de

equilibrio, o sea el escurrimiento correspondiente a la misma intensidad de lluvia pero de

duracin infinita.

El valor de Z se puede calcular como una funcin de la relacin entre la duracin de la tormenta

d y del tiempo de retraso tp. Dicho tiempo tp se define como el intervalo de tiempo medio de

centro de masa de un bloque de intensidad de lluvia al pico resultante del hidrograma. Este

tiempo de retraso es igual al tiempo de pico del escurrimiento en un hidrograma unitario

instantneo, el cual se define como un hidrograma hipottico cuya duracin de lluvia en exceso

se aproxima a cero como lmite, mientras se mantiene fija la cantidad de lluvia en exceso igual

a 1 cm.

Por otra parte, e tiempo de retraso depende principalmente de la forma del hidrograma y de las

caractersticas fisiogrficas de la cuenca y es independiente de la duracin de la lluvia .Chow

encontr para la zona en estudio, que el tiempo de retaso e puede representar mediante la

ecuacin siguiente:

tp = 0.00505(L/s1/2)0.64.(1.10)

Conocido el valor de tp de la cuenca en estudio, para cada duracin de tormenta se puede

calcular Z.

Procedimiento de clculo:

Para aplicar el mtodo de Chow, se requiere los datos siguientes:

a). Datos fisiogrficos:

rea de la cuenca por estudiar

longitud de cause principal

pendiente media del cauce principal

uso del suelo en la cuenca

b). Datos climatolgicos:

curva intensidad duracin periodo de retorno para la estacin base de la zona en

estudio.

Plano o carta de isoyetas para ligar la cuenca en estudio con la estacin base.

El procedimiento de clculo para obtener el gasto mximo con un determinado periodo de

retorno empleando el mtodo de Chow es el siguiente:

1. Con los datos del tipo y uso de suelo se calcula el valor de N, empleando el manual de

la SARH.

2. Se escoge una cierta duracin de lluvia, d



3. de las curvas de intensidad duracin periodo de retorno, con el valor de d asignado

y el periodo de retorno escogido, se obtiene la intensidad de lluvia para esta tormenta.

Multiplicando la intensidad de lluvia por la duracin d, se obtiene la precipitacin total Pb

4. Usando la ecuacin 1.9 se calcula Y.

5. Se obtiene el valor de la precipitacin en la cuenca correspondiente a la duracin d,

transportando la precipitacin Pb de la estacin base mediante el factor climtico.

YP = Y Pb 6. Con los valores calculados de N y P, se calcula la lluvia en exceso Pe empleando la

ecuacin 1.8

7. Con los valores calculados de Pe y d, se calcula X aplicando la ecuacin 1.5

8. Con la longitud y al pendiente del cauce aplicando la ecuacin 1.10, se calcula el valor

de tp.

9. Se calcula la relacin d/tp y empleando la formula de la plantilla mtodo de Ven Te

Chow se obtiene el valor de Z.

10. Aplicando la ecuacin 1.6 se calcula el gasto.

11. Se repiten los pasos de 3 al 10 para otras duraciones de tormenta.

12. Se representa, mediante una grafica, los gastos obtenidos contra las duraciones de

tormenta correspondiente. El mayor gasto es el de diseo.

13. Si la corriente es perenne, se agrega al gasto mximo determinado el flujo base Qb

METODO RACIONAL

En el sistema mtrico se puede escribir de la siguiente manera:

Qp = 0.278 C I A.. (1)

Donde:

Qp = gasto pico en m3 /s

C = coeficiente de escurrimiento, adicional

I = intensidad de lluvia para una duracin igual al tiempo de concentracin, en mm/hr

A = rea drenada en km2

0.278 = factor de homogeneidad de unidades

El coeficiente C representa la relacin entre el volumen escurrido y el llovido y depende de las

caractersticas de la cuenca.

En la siguiente tabla, se muestran los valores de este coeficiente comnmente empleados.

TIPO DEL AREA POR DRENAR

PENDIENTE EN % COEFICIENTE DE

ESCURRIEMIENTO "C"

Suelo arenoso 2 0.05 - 0.10



Suelo arenoso 2 a 7 0.10 - 0.15

Suelo arenoso 7 0.15 - 0.20

Suelo grueso 2 1.13 - 0.17

Suelo grueso 2 a 7 0.18 - 0.22

Suelo grueso 7 0.25 - -0.35

Campos de cultivos 0.20 - 0.40

Zonas forestadas 0.10 - 0.30

Una de las hiptesis en que se basa la formula racional expresada que el gasto producido por

una lluvia de intensidad constante sobre una cuenca es mxima cuando dicha intensidad se

mantienes por un lapso igualo mayor que el tiempo de concentracin, el cual se define como el

tiempo de recorrido del agua desde el punto hidrulicamente ms alejado hasta el punto de

salidas de la cuenca, ya que el cumplir con esta condicin toda el rea de la cuenca contribuye

al escurrimiento.

Por consiguiente, es necesario calcular previamente el tiempo de concentracin para lo cual se

emplea alguna de las formulas empricas que existen. Las hiptesis ms importantes en las

que se basa el mtodo racional son las siguientes:

La duracin de la precipitacin coinciden con el tiempo de pico del escurrimiento.

Todas las porciones de la cuenca contribuyen a la magnitud del pico del escurrimiento.

La capacidad de infiltracin es constante en todo tiempo.

La intensidad de precipitacin es uniforme sobre toda la cuenca.

Los antecedentes de humedad y almacenaje de la cuenca son despreciables.

CALCULO DELTIEMPO DE CONCENTRACION

Para aplicar esta frmula (ecuacin 2), necesitamos conocer los valores de L y S.

L = 20.00 km.

S = 0.0625

Sustituyendo valores se tiene:

(20.00)0.77

Tc = 0.0662. .= 1.933 = 115.98 = 120 minutos

(0.0625)0.385

DETERMINACION DELPERIODO DE RETORNO

En trminos generales se puede decir que el periodo de retorno de proyectos depende

principalmente de las dimensiones y del tipo de la obra de drenaje, as como de la importancia

de la va terrestre. En el caso de las alcantarillas, un valor comnmente empleado del periodo

de retorno es el de 25 aos, y en el caso de puentes de 50 aos. Por la magnitud del gasto



obtenido con los otros mtodos aplicados y por la topografa del cauce en l seccin del cruce es

de esperar que dicho gasto pueda drenar con una estructura del orden de 30 a 60 metros de

claro, por lo que se considera el periodo de retorno de proyectos de 50 aos.

CALCULO DE LA INTENSIDAD DE PRESIPITACION

Buscando la ubicacin de la zona de estudio en el mapa de isoyetas intensidad de lluvia para el

estado de Puebla (mm/hr) con un periodo de de retorno de 50 anos y una duracin de 120

minutos, se deduce un valor de intensidad de lluvia de 35 mm/hr.

CALCULO DEL COEFICIENTE DE ESCURRIMIENTO

Por tratarse de zonas destinadas a la agricultura, con pendiente mayores al 2 % el valor de

0.25 es aplicable al coeficiente de escurrimiento.

AREA DRENADA: 19.00 Km2.

Sustituyendo los valores de los parmetros ya determinados en la expresin (1) se obtiene:

CPA 0.278 * 0.25 * 35 * 19.00 = 46 m3/seg

METODO DE SECCION Y PENDIENTE HIDRAULICA:

El mtodo de la seccin y pendiente consiste en la determinacin del gasto por medio de

secciones hidrulicas definidas y de la pendiente del rio o arroyo. Este mtodo se usa

generalmente en el estudio de los arroyos perfectamente definidos.

Las secciones deben ser hidrulicas, es decir, normales a la direccin general de los filamentos

del agua en poca de las mximas extraordinarias, por que el gasto se calcula para estas.

Para obtener el gasto es conveniente tomar varias secciones, una de ellas en el cruce y como

mnimo una aguas arriba y otra aguas debajo del. La distancia de la dos secciones auxiliares

aleje, debe ser como mnimo de 200 metros con el objeto de que en la determinacin de la

pendiente no influyan accidentes locales tales como vados, pozos, gasas del rio, etc.

Las secciones hidrulicas deben por tanto elegirse en un tramo en que las mrgenes estn

bien definidas y la velocidad sea prcticamente constante y no haya rgimen hidrulico

turbulento.

Se establecieron puntos de control o de apoyo por medio de una poligonal abierta por una de

las mrgenes, localizndola arriba del nivel de aguas mximas y aproximadamente paralela al

eje de la corriente, la secciones transversales se apoyaron en una poligonal y se levantaron las

secciones transversales normales al eje de la corriente, abarcando los niveles superiores al

aguas mximas, tomando los niveles de aguas mximas y las aguas normales en cada una de

las mrgenes. Tambin se realizo una inspeccin minuciosa del cauce, para fijar el valor del



coeficiente de rugosidad, necesario para el clculo de la velocidad media correspondiente a la

cresta de la corriente. Como en la mayor parte de los casos es difcil fijar un valor medio del

coeficiente de rugosidad, no solamente para todo el tramo, sino tambin para cada seccin,

dividiendo esta en reas parciales limitadas de acuerdo con los cambios de dicho coeficiente.

Para el caso del arroyo Axatl se fijo un valor para el coeficiente de rugosidad de n=0.040 por

ser un arroyo pequeo de planicie, cauce limpio, etc. llano, con algunas pozas y bancos de

arena. Como complemento de la inspeccin, se tomo una serie de fotografas de diferentes

tramos del cauce y tomando otras relativas a las caractersticas del lecho y mrgenes de la

corriente.

La formula generalmente utilizada para hacer la determinacin de la velocidad media es la

llamada de Manning:

1

V=. .r2/3 s1/2

N

En la cual:

V = velocidad media de la corriente

N = coeficiente de rugosidad que depende de la naturaleza del cauce

r = radio hidrulico de la seccin, expresado en metros, que es igual al cociente que

resulta dividir el rea de la seccin (A), expresada en m2 entre el permetro mojado (p),

expresado en metros.

S = pendiente hidrulica, que es aproximadamente, el cociente que resulta de dividir la

diferencia de nivel que existe entre los puntos extremos del tramo, entre las distancias

que los separan. Rigurosamente debe ser la pendiente del gradiente de la energa, y es

el un numero abstracto que no tienen unidades.

Una vez obtenida la velocidad media (V) se multiplica por rea (A), a fin de obtener el gasto

(Q).

Para hacer la estimacin se trabajo con cada una de las secciones por separado,

determinando los valores de reas, coeficientes de rugosidad, radios hidrulicos y la

pendiente general del todo el tramo.

Las reas se determinaron limitado la parte superior de cada una de las secciones

transversales por medio de una horizontal, cuya elevacin se fijara de acuerdo con al atura

e as lneas de aguas mximas.

El valor del coeficiente de rugosidad, aplicable a cada una de las secciones transversales,

se obtendrn multiplicando las reas parciales en que se considere dividida cada seccin,

por los valores de aquel coeficiente que la afecta; despus se suman estos productos y

finalmente la suma se divide entre el rea total, con lo que se tiene el valor de dicho

coeficiente aplicable para toda la seccin.



El radio hidrulico de cada seccin transversal se obtiene dividiendo el rea total de la

misma entre su permetro mojado.

2.5 ESTUDIOS DE CIMENTACIN. (MECANICA DE SUELOS)

1. Objetivo y alcance

A). Los principales objetivos de este estudio son los siguientes:

1. determinar la estratigrafa de subsuelo, as como sus propiedades ndice y mecnica ms

importantes.

2. Proponer la solucin de cimentacin que deber tener cada uno de los apoyos de la

estructura.

3. Calcular la capacidad de carga neta admisible para disear la cimentacin propuesta.

4. Calcular la profundidad mxima de socavacin esperada.

5. Proponer el procedimiento constructivo de la cimentacin del puente.

B). Alcance:

Debido a la magnitud de la obra por realizar, para cumplir con los objetivos antes

mencionados, se realizaron dos sondeos con una profundidad de 15.00 m localizados como

se muestra en la (fig. 2)

En el punto No. 1 se describe brevemente los trabajos de campo que se realizaron para

obtener las muestras del subsuelo. El punto No. 2 contiene la descripcin de los ensayes

de laboratorio que se realizaro0n con las muestras recuperadas. En el punto No. 3 se

consigna la descripcin de los materiales existentes indicado la estratigrafa encontrada y

las clasificaciones de los depsitos de acuerdo al SUCS.

El punto No. 4 contiene los anlisis realizados para estimar la profundidad de socavacin.

El punto No. 5 contiene la solucin de cimentacin que se propone para los apoyos del

puente, as como los resultados de la capacidad de carga, los asentamientos que ocurrira

en la cimentacin. En el puno No. 6 se presenta el procedimiento constructivo de la

cimentacin. El punto No. 7 se presenta las recomendaciones, mientras que los puntos 8, 9,

10, y 11 contiene las referencias, tablas y figuras.

2. Trabajos de campo

2.1 Resea geolgica de la zona

Las unidades litolgicas que afloran en el rea y sus alrededores son depsitos de

terciario y cuaternario de origen igneo, compuesto totalmente por lavas y materiales



de origen lacustre, que prcticamente no han sufrido perturbaciones desde que se

depositaron.

El vulcanismo se localiza principalmente al nivel de grandes estrato-volcanes que se

levantan en medio de grandes llanuras lacustres pliocenicas que se forma el valle de

puebla. En la zona se pueden localizar rocas que van desde el jurasico hasta el

reciente. La fase volcnica ms antigua es del jurasico superior reconstruyendo el

arco alisitos, de igual forma se identifica rocas del cretcico medio al Eoceno, se

tienen afloramientos conocidos del Oligo - Mioceno. Este vulcanismo se puede

asociar con la fase compresiva que se desarrollo a lo largo de a costa del pacifico.

Finalmente, a partir del mioceno superior se origina un cambio radical del

vulcanismo, iniciando las fases baslticas.

La erosin e intemperismo de las rocas volcnicas, originan los sedimentos

granulares superficiales que actualmente se tiene en zonas bajas.

2.2 Sondeo exploratorio

Para determinar la estratigrafa del subsuelo y obtener las muestras necesarias para

conocer las caractersticas ndices y propiedades mecnicas del subsuelo se

programo la ejecucin de dos sondeos de tipo mixto, alternando la ejecucin de la

prueba de penetracin estndar con el muestreo inalterado usando tubos tipo

Shelby. Sin embargo, por la naturaleza de los materiales encontrados, no fue

posible recuperar muestras inalteradas. El SPE-1 se localiza aguas debajo de cruce

del camino y en la margen izquierda del mismo. El SPE-2 se localiza aguas arriba

en la margen derecha del mismo (fig. 2).

La prueba de penetracin estndar se efectu de acuerdo a la norma ASTM-D1586

que indica que debe hacerse hincando en el suelo una herramienta estndar de 3.5

cm de dimetro interior y 5.08 cm de dimetro exterior, por medio de la energa que

le transmite la cada libre de un martinete de 63.5 kg. De peso, al dejarlo caer desde

una altura de 76 cm. Durante su ejecucin se cuente el nmero de golpes (n)

necesario para hincar la herramienta estndar una longitud de 30. cm.

Cuando la naturaleza de los materiales encontrados no fue posible realizar la

penetracin de los 30 cm especificados, se retiro en penetrmetro y se completo el

avance utilizando una broca tricnica para suelos duros y barril con broca de

diamante para boleos.

Con este procedimiento de muestreo se logran dos finalidades de gran importancia:

Obtener muestras representativas de los materiales del subsuelo

Obtener el resultado de la prueba de penetracin estndar



Con las muestras que se recuperaron de la ejecucin de esta prueba de campo se

determinaron las caractersticas ndices del subsuelo.

La descripcin de las herramientas que se utilizan en esta prueba, el modo de

realizarla y la interpretacin de los resultados, se han estudiado amplia

tesis puentes 2.pdf

Documents