Cimentacion de estribos

198 Pages·2014·10.84 MB·Spanish

Trabajo de grado Ingeniería Civil

PONTIFICIA UNIVERSIDAD JAVERIANA

FACULTAD DE INGENIERÍA

CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL

TRABAJO DE GRADO

Propuesta metodológica para la evaluación de la susceptibilidad y socavación
de puentes apoyada en un Sistema de Información Geográfico (SIG).

AUTORES

Germán Giraldo Arenas

Daniel Enrique Vega Castillo

DIRECTOR

Ing. Edgar Eduardo Muñoz Díaz

Bogotá D.C

Noviembre 2013

1
Trabajo de grado Ingeniería Civil

2
Trabajo de grado Ingeniería Civil

CARTA DE APROBACIÓN

APROBACIÓN

El Trabajo de grado con título “Propuesta metodológica para la evaluación de la
susceptibilidad y socavación de puentes apoyada en un Sistema de
Información Geográfico (SIG)”, desarrollado por los estudiantes German
Giraldo Arenas y Daniel Enrique Vega Castillo, en cumplimiento de uno de los
requisitos depuestos por la Pontificia Universidad Javeriana, Facultad de
Ingeniería, Departamento de Ingeniería civil, para optar el Título de ingeniero
Civil, fue aprobado por:

Ing. Edgar Muñoz
Director de trabajo de grado

3
Trabajo de grado Ingeniería Civil

4
Trabajo de grado Ingeniería Civil

Propuesta metodológica para la evaluación de la susceptibilidad y
socavación de puentes apoyada en un Sistema de Información
Geográfico (SIG).

German Giraldo Arenas

Daniel Enrique Vega Castillo

La Pontificia Universidad Javeriana, no es responsable por los conceptos
emitidos por los autores-investigadores del presente trabajo, por lo cual son
responsabilidad absoluta de sus autores y no comprometen la idoneidad de la
institución ni de sus valores.

5
Trabajo de grado Ingeniería Civil

6
Trabajo de grado Ingeniería Civil
Contenido
1 INTRODUCCION ...................................................................................... 15
2 ANTECEDENTES Y JUSTIFICACION ..................................................... 16
2.1 REGISTROS HISTÓRICOS DE COLAPSOS DE PUENTES ................... 17
2.1.1 Colapsos a nivel mundial ............................................................. 17
2.1.2 Colapsos a nivel Nacional ............................................................ 22
2.1.3 Crisis invernal en Colombia .......................................................... 25
2.2 ESTUDIOS REALIZADOS A NIVEL NACIONAL E INTERNACIONAL
EN EL TEMA DE SOCAVACIÓN .......................................................................... 28
2.3 SISTEMAS DE ADMINISTRACION DE PUENTES EN EL MUNDO ........ 31
2.4 SISTEMA DE ADMINISTRACIÓN DE PUENTES EN COLOMBIA
(SIPUCOL) ........................................................................................................... 34
2.4.1 Inventario ..................................................................................... 35
2.4.2 Inspección Principal ..................................................................... 35
2.4.3 Inspección especial ...................................................................... 36
2.4.4 Capacidad de carga ..................................................................... 37
2.4.5 Inspección rutinaria, mantenimiento rutinario y limpieza de puentes
37
2.4.6 Diseño de reparación y refuerzo .................................................. 37
2.4.7 Priorización de obras de reparación y refuerzo ............................ 37
2.5 LOS SISTEMAS DE INFORMACIÓN GEOGRÁFICA EN COLOMBIA .... 37
2.6 CRISIS INVERNAL .................................................................................. 39
2.6.1 Impacto del Calentamiento Global................................................ 39
3 OBJETIVO GENERAL .............................................................................. 41
3.1 OBJETIVOS ESPECÍFICOS: ................................................................... 41
4 MARCO TEORICO .................................................................................. 42
4.1 SOCAVACIÓN ......................................................................................... 42
4.1.1 Definición ..................................................................................... 42
4.1.2 Formas de Socavación ................................................................. 42
4.1.3 Tipos de Socavación .................................................................... 43
4.1.4 Socavación local en pilas ............................................................. 49
4.1.5 Socavación local en estribos ........................................................ 50
4.1.6 Factores que afectan la socavación en las pilas........................... 51
4.1.7 Factores que afectan la socavación local en estribos ................... 61
4.1.8 Escalas para la evaluación de la socavación ............................... 66
7
Trabajo de grado Ingeniería Civil
4.1.9 Monitoreo e instrumentación de la socavación ............................. 69
4.1.10 Obras de rehabilitación ............................................................. 70
4.1.11 Factores externos que afectan la estabilidad de los puentes .... 73
4.1.12 Erosión en ríos y corrientes de agua ......................................... 77
4.1.13 Efectos de la geología............................................................... 82
4.2 CONCEPTOS DE AMENAZA, VULNERABILIDAD Y RIESGO .............. 85
4.2.1 Evaluación de riesgos .................................................................. 85
4.2.2 Antecedentes y preparación del análisis ...................................... 86
4.3 Conceptos básicos de sistemas de información geográfica ..................... 87
4.3.1 Componentes de un SIG .............................................................. 87
4.3.2 FUNCIONES DE LOS ELEMENTOS DE UN SISTEMA DE
INFORMACIÓN GEOGRÁFICO ............................................................... 88
5 METODOLOGIA ....................................................................................... 90
5.1 COMPONENTES DE LA METODOLOGÍA DE PRIORIZACIÓN .............. 91
5.2 Análisis de amenaza, vulnerabilidad y riesgo........................................... 93
5.3 FASE 1 IMPORTANCIA Y VULNERABILIDAD PRELIMINAR ................. 95
5.3.1 Implementación en SIG fase 1 ..................................................... 96
5.4 FASE 2 FACTORES DE EROSION, GEOLOGIA Y TIPO DE SUELO
(35%) 100
5.4.1 Implementación en SIG Fase 2 .................................................. 101
5.5 FASE 3 FACTORES CLIMATICOS Y TIPO DE LA CUENCA (60%) ..... 105
5.5.1 Análisis de fase 3 amenaza por tipo de cauce, precipitación e
implementación en SIG .......................................................................... 105
5.6 FASE 4 LABORES DE CAMPO (50%) .................................................. 109
5.6.1 Equipos o Herramientas ............................................................. 109
5.6.2 Consideraciones de seguridad en la inspección ......................... 110
5.6.3 Análisis de riesgo ante la socavación obtenido por la visita de
campo 110
5.6.4 Formato y guía de Registro en la inspección .............................. 111
5.6.5 Definiciones y terminología de formato de campo ...................... 112
5.7 FASE 5 EVALUACIÓN DETALLADA DE LA SOCAVACIÓN. ................ 127
5.7.1 El estudio topográfico ................................................................. 129
5.7.2 El estudio geológico ................................................................... 129
5.7.3 El estudio geotécnico ................................................................. 129
5.7.4 Estudio hidráulico e hidrológico .................................................. 130
8
Trabajo de grado Ingeniería Civil
5.8 FASE 6 PLAN DE ACCIÓN. (POA) ....................................................... 132
5.8.1 Desarrollo y estructuración de planes de acción ........................ 132
5.8.2 Sostenibilidad de los planes de acción ....................................... 134
6 ANÁLISIS Y VALIDACIÓN ..................................................................... 135
6.1 Resultados de inspección visual de un puente ...................................... 135
6.2 Aplicativo computacional ....................................................................... 140
6.3 Análisis de amenaza, vulnerabilidad y riesgo de la vía .......................... 146
6.3.1 Fase 1 Importancia y vulnerabilidad preliminar........................... 146
6.3.2 Fase 2 Análisis de factores de erosión, geología y tipo de suelo 157
6.3.3 Fase 3 Factores climáticos y tipo de cuenca .............................. 160
6.3.4 Evaluación de riesgo preliminar ................................................. 163
6.3.5 Labores de campo ..................................................................... 165
6.3.6 Evaluación de riesgo total .......................................................... 167
6.4 Validación SIPUCOL ............................................................................. 170
6.5 Priorización ............................................................................................ 173
7 CONCLUSIONES ................................................................................... 177
8 Recomendaciones y trabajos futuros ...................................................... 184
9 BIBLIOGRAFÍA....................................................................................... 185

9
Trabajo de grado Ingeniería Civil
LISTA DE TABLAS
Tabla 2-1 Colapsos históricos de puentes a nivel internacional Fuente: (Muñoz
E. , 2012) ......................................................................................................... 17
Tabla 2-2 Colapsos históricos de algunos de los puentes por socavación a nivel
Nacional Fuente: (Muñoz E. , 2012) ................................................................ 23
Tabla 2-3 Metodologías de priorización de la socavación basado en (Muñoz E. ,
2012) ............................................................................................................... 28
Tabla 2-4 Nombre, definición y características de algunos Sistemas de
Administración de puentes en el mundo (Sedano, Et al. 2011) ........................ 32
Tabla 4-1 Factores que afectan la socavación General Fuente: adaptada al
español de (Bruce W. Melville, Et al. 2000) ..................................................... 47
Tabla 4-2 Principales divisiones de los tiempos geológicos, rocas tipo y
afloramientos principales. Fuente: (I. Cantarino, 2001) .................................... 83
Tabla 5-1 Categorización de las vías (INVIAS) ................................................ 96
Tabla 5-2 Peso según ancho del tablero (Propio) ............................................ 97
Tabla 5-3 Peso según número de luces (Propio) ............................................. 97
Tabla 5-4 Peso según longitud total del puente (propio) .................................. 97
Tabla 5-5 Clasificación de importancia según calificación (Propio) .................. 97
Tabla 5-6 Peso según año de construcción (Propio) ....................................... 98
Tabla 5-7 Pesos por registros históricos (Propio) ............................................ 99
Tabla 5-8 Pesos por tipo de cimentación en pilas (Propio) .............................. 99
Tabla 5-9 Pesos por tipo de cimentación estribos (Propio) .............................. 99
Tabla 5-10 Tabla de vulnerabilidad ante la socavación (Propia) ...................... 99
Tabla 5-11 Pesos según erosión de los suelos (Propio) ................................ 101
Tabla 5-12 Calificación de la amenaza por agradación y degradación del cauce
(Propio) .......................................................................................................... 102
Tabla 5-13 Peso según tipo de suelo en la cimentación (Propio) .................. 102
Tabla 5-14 Peso según tipo de material de cimentación ................................ 103
Tabla 5-15 Análisis de amenaza por geología de la cuenca (propio) ............. 105
Tabla 5-16 Pesos según edad del rio (Propia) ............................................... 106
Tabla 5-17 Pesos según morfología del rio (Propio) ...................................... 106
Tabla 5-18 Pesos según pendiente del rio (Propio) ....................................... 106
Tabla 5-19 Pesos según la velocidad de la corriente (Propio) ....................... 106
Tabla 5-20 Tabla de amenaza generada por el rio ante la socavación (Propia)
...................................................................................................................... 107
Tabla 5-21 Pesos por registros históricos amenaza invernal (Propio) ............ 107
Tabla 5-22 Pesos por registros de precipitación (Propio) ............................... 107
Tabla 5-23 Amenaza por precipitación (Propia) ............................................. 108
Tabla 5-24 Riesgo ante la socavación (Propio).............................................. 108
Tabla 5-25 Terminología de formato de campo ............................................. 113
Tabla 5-26 Riesgo complementario ante la socavación (Propio) ................... 126
Tabla 5-27 Evaluación general del riesgo ante la socavación. Adaptado de:
(Melville, Et al. 2001) ..................................................................................... 127
Tabla 6-1 Ejemplo de inspección de un puente ............................................. 135
Tabla 6-2 Ejemplo de formato de campo para Inspección Visual 1 ................ 136
Tabla 6-3 Ejemplo de formato de campo para Inspección Visual 2 ................ 137
10