Evaluación de Alternativas

 

1. EVALUACIÓN DE ALTERNATIVAS El proyecto consiste en el diseño estructural de un puente para la calzada derecha de la vía que pasa sobre la quebrada “Los Cristales”. El primer apoyo del puente se encuentra localizado en el

K6+610.50 de la vía y el último apoyo se ubica en el K6+870.5, dando como resultado una longitud . Para el diseño de la estructura se cuenta con información topográfica, total de  = 260 . sísmica y geotécnica. Teniendo en cuenta las características del proyecto, se consideraron varias alternativas plausibles, usando como criterios de selección la luz entre apoyos y el e l costo aproximado de cada una de las superestructuras.

1.1.  Alternativa Alternativa 1: Puente de Placa – Vigas, Concreto Reforzado. Teniendo en cuenta que el puente tiene una longitud total de  = 260 , , se prevén 9 luces internas de 24  y  y 2 luces externas de 22 . . En este sentido, de acuerdo con la tabla t abla 2.5.2.6.31, se tiene una altura mínima de vigas de ℎ = 0.07 ∗ 24 = 1.70 , incluyendo el espesor del tablero ( ( = 0.20 ). Cabe mencionar que las luces mencionadas están medidas entre ejes de pilas y estribos, por lo que la longitud real de las vigas será un poco menor. A fin de manejar una 0.500.70 (incluyendo separación entre vigas menor a 3 m, se manearán 5 vigas de 0.500.70  (incluyendo la placa), separadas una distancia  = 2.70 . En este orden de ideas se dejan voladizos de 1.15  a  a cada lado.

Figura 1. Sección transversal. Alternativa 1: Placa –  Vigas  Vigas de concreto reforzado.

La siguiente tabla presenta los costos aproximados de la superestructura, calculados a partir de cuantías típicas de refuerzo.

PUENTE LONGITUD TOTAL = 260 m - ALTERNATIVA PLACA-VIGAS EN CONCRETO REFORZADO ELEMENTO ITEM UN CANT VALOR UNIT. VALOR TOTAL m3 681 $ 350,000 $ 238,420,000 TABLERO CONCRETO 280 Kg/cm2 (t=.20) Acero de Refuerzo fy=4200 Kg/cm2 kg 102180 $ 4,000 $ 408,720,000 VIGAS

CONCRETO 280 Kg/cm2

m3

1326

$ 350,000

$ 464,100,000

Acero de Refuerzo fy=4200 Kg/cm2

kg 238680 $ 4,000 954,720,000 COSTO PRELIMINAR APROX $$2,065,960,000

 

1.1.1.  Ventajas   Manejando sólo dos tipos de luces de diseño, se requiere únicamente el diseño y



especificación de dos tipos de vigas, lo que se traduce en una reducción de tiempo y costos, dado que sólo se necesitan dos tipos de formaleta, agilizando la construcción de la superestructura.

 



Este sistema no requiere el uso de equipos especiales para su construcción (como si ocurre con los equipos de tensionamiento de las vigas postensadas).

  El análisis simplificado de costos de las alternativas predimensionadas indica que



esta opción es más económica que la de viga cajón.

  Al tratarse de vigas fundidas in-situ, se minimizan los problemas de transporte



(variable que ha de tenerse en cuenta en el caso de la alternativa de vigas metálicas).

1.1.2.  Desventajas   Según la tabla 2.5.6.3-1 este tipo de puente requiere una mayor altura de vigas, en



función de su longitud, que los puentes de vigas postensadas y de acero, ace ro, por lo que, manteniendo una misma altura de vigas, esta alternativa requiere de más apoyos intermedios (pilas), lo que puede repercutir en el costo final y tiempo de ejecución del proyecto.

  Al necesitarse más apoyos, se requieren más juntas lo cual, de acuerdo a su nivel de



detalle, puede repercutir en el confort de los usuarios de la vía.

  Como esta alternativa requiere más apoyos, habrá un mayor número de pilas que



deben apoyarse sobre el río, por lo que el diseño de estos elementos deberá ser lo suficientemente detallado y estudiado en conjunto con el ingeniero geotecnista, para evitar posibles problemas de socavación.

1.2.  Alternativa  Alternativa 2: Puente Viga cajón, Concreto Reforzado. Teniendo en cuenta que el puente tiene una longitud total de  = 260 , , se prevén 9 luces internas de 24  y  y 2 luces externas de 22 . . En este sentido, de acuerdo con la tabla 2.5.2.6.31 (CCP-14), se tiene una altura mínima de vigas de ℎ = 0.06 ∗ 24 = 1.45 , incluyendo el espesor del tablero (( = 0.20 ). Cabe mencionar que las luces mencionadas están medidas entre ejes de pilas y estribos, por lo que la longitud real de las vigas será un poco menor. Se manejaron 6 almas, separadas una distancia  = 2.16 . En este orden de ideas se dejan voladizos de 1.15  a  a cada lado.

 

  Figura 2. Sección transversal. Alternativa 2: Viga cajón de concreto concreto reforzado.

La siguiente tabla presenta los costos aproximados de la superestructura, calculados a partir de cuantías típicas de refuerzo.

PUENTE LONGITUD TOTAL = 260 m - ALTERNATIVA VIGAS CAJÓN EN CONCRETO REFORZADO ELEMENTO ITEM UN CANT VALOR UNIT. VALOR TOTAL 681 $ 350,000 238,420,000 CONCRETO 280 Kg/cm2 m3 TABLERO (t=.20) $ 4,000 408,720,000 Acero de Refuerzo fy=4200 Kg/cm2 kg 102180 VIGA CAJON

CONCRETO 280 Kg/cm2 Acero de Refuerzo fy=4200 Kg/cm2

m3

1068 kg 170922

$ 350,000

373,891,700

$ 4,000

683,687,680

COSTO PRELIMINAR APROX 1,704,719,380

1.2.1.  Ventajas   Esencialmente posee las mismas ventajas que los puentes de placa-vigas de



concreto reforzada, con la característica adicional de tener un mejor comportamiento a torsión.

1.2.2.  Desventajas   Presenta desventajas similares a las listadas para la alternativa 1. Además, la



resistencia a la torsión adicional, implica una mayor cantidad de concreto, lo cual no se justifica para una curvatura tan leve como la del proyecto, por lo que la principal ventaja de este tipo de sección secc ión no se estaría aprovechando.

 

1.3.  Alternativa Alternativa 3: Puente de Placa - Vigas, concreto Postensado Para cubrir la luz total de  = 260 260 , , se prevén 7 apoyos (2 estribos y 5 pilas) y 6 luces de  = 43.33 . . De acuerdo con la tabla 2.5.2.6.3-1 (CCP-14), este tipo de superestructura requiere una altura mínima de ℎ = 0.045 = 0.045 ∗ 43.33  ≈ 2.00 . . Se emplearían 5 vigas separadas una distancia  = 2.70  con voladizos a ambos lados de 1.15 . .

Figura 3. Sección transversal. Alternativa 3: Placa - Vigas, conc concreto reto postensado.

La siguiente tabla presenta los costos aproximados de la superestructura, calculados a partir de cuantías típicas de refuerzo.

 

PUENTE LONGITUD TOTAL = 260 m - ALTERNATIVA VIGAS EN CONCRETO POSTENSADO ELEMENTO ITEM UN CANT VALOR UNIT. VALOR TOTAL CONCRETO 280 Kg/cm2 m3 681 $ 350,000 238,420,000 TABLERO (t=.20) Acero de Refuerzo fy=4200 Kg/cm2 kg 102180 $ 4,000 408,720,000 CONCRETO 280 Kg/cm2 VIGAS POSTENSADAS fs = 18.900 Kgf/cm2

1.3.1.  Ventajas

m3

960

T-m 100100

$ 350,000

335,881,000

$ 16,000

1,601,600,000

COSTO PRELIMINAR APROX 2,584,621,000

  Al requerirse menos luces y apoyos, el sobre costo de la superestructura puede



compensarse con una reducción de tiempo y dinero en la construcción de las pilas.

  Como se requieren menos pilas, se reduce la probabilidad de que se presente un



fenómeno de socavación, al requerirse que una menor cantidad de estos elementos se apoyen en el cauce del río.

  Al tratarse de vigas fundidas in-situ, se minimizan los problemas de transporte



(variable que ha de tenerse en cuenta en el caso de la alternativa de vigas metálicas).

  Las vigas postensadas poseen una menor área transversal que las vigas de concreto



reforzado, lo cual implica un menor peso de la superestructura y una consecuente reducción en la masa de dicho elemento, lo cual influye directamente en las fuerzas sísmicas que actúan sobre la estructura.

  De acuerdo al análisis preliminar, posee un menor costo que el puente de vigas



metálicas.

1.3.2.  Desventajas   La construcción de las vigas postensadas requiere de equipo especializado de



tensionamiento, de modo que, si dicho equipo no se encuentra disponible, el montaje de la superestructura se vería retrasado.

per sonal que sepa usarlo   El manejo de dicho equipo de tensionamiento requiere de personal



adecuadamente, a diferencia del concreto reforzado, el cual requiere de personal menos especializado.

  La superestructura de esta alternativa presenta un mayor costo que la de las



alternativas 1 y 2.

 

1.4.  Alternativa Alternativa 4: Puente de Placa – Vigas metálicas Para cubrir la luz total de  = 260 260 , , se prevén 6 apoyos (2 estribos y 4 pilas) y 5 luces de  = 52 . De acuerdo con la tabla 2.5.2.6.3-1 (CCP-14), este tipo de superestructura requiere una altura mínima de ℎ = 0.04 = 0.04 ∗ 52  ≈ 2.10 . Se emplearían 5 vigas metálicas fabricadas con las siguientes dimensiones: ℎ = 2100 ;  = 600 ;  = 60 ;  = 38   La vigas poseen un peso aproximado de 873 / y / y están separadas una distancia  = 2.70, de modo que ambos voladizos tendrían una longitud de 1.15 . .

Figura 4. Sección Sección transversal. Alternativa 4: Placa –  Vigas metáilcas.

La siguiente tabla presenta los costos aproximados de la superestructura, calculados a partir de cuantías típicas de refuerzo.

ELEMENTO TABLERO VIGAS

PUENTE LONGITUD TOTAL = 80,95m - ALTERNATIVA VIGAS METÁLICAS ITEM UN CANT VALOR UNIT. VALOR TOTAL CONCRETO 280 Kg/cm2

m3

681

$ 350,000

238,420,000

Acero de Refuerzo fy=4200 Kg/cm2

kg

102180

$ 4,000

408,720,000

ACERO ASTM A-588 GRADO B

kg 1134900

$ 9,000

10,214,100,000

COSTO PRELIMINAR APROX 10,861,240,000

 

1.4.1.  Ventajas   Esta alternativa permite el menor número de apoyos intermedios de todas las



alternativas, lo cual conlleva un ahorro sustancial en el costo y tiempo de construcción de pilas.

  Como las vigas son prefabricadas, la construcción de la superestructura se limita al



montaje de estos elementos y la fundida del tablero. t ablero.

  Como se requieren menos pilas, se reduce la probabilidad de que se presente un



fenómeno de socavación, al requerirse que una menor cantidad de estos elementos se apoyen en el cauce del río.

  Del mismo modo, como se requieren menos pilas, se requiere un menor número de



dados y pilotes, lo cual se puede traducir en un importante ahorro de tiempo y costos de construcción de la cimentación. Este hecho puede ser determinante, sobre todo en el caso de los pilotes, los cuales, dependiendo de las condiciones del terreno y la disponibilidad del equipo, podrían requerir ser construidos como caisson (excavación manual). En el caso de requerirse de pilotes excavados a mano, los tiempos de construcción de la cimentación se multiplicarían.

  La superestructura presenta el menor peso de todas las alternativas, por lo que las



fuerzas sísmicas que actúan sobre las pilas, serían menores, lo cual se puede traducir en secciones menos robustas y por tanto, más económicas. eco nómicas.

  Un menor número de apoyos intermedios implica un menor número de juntas, lo



cual mejora el grado de confort c onfort de los usuarios de la vía.

  El uso de estructura metálica, generalmente, implica un menor porcentaje de



desperdicios en obra.

1.4.2.  Desventajas   La superestructura de esta alternativa es la más costosa de todas, de acuerdo al



análisis preliminar aproximado. Esto quiere decir que un factor importante de la viabilidad de esta opción, se basa en poder equilibrar el sobrecosto de la superestructura con los ahorros en tiempo y dinero en la construcción co nstrucción de los demás elementos (pilas, cimentación, etc.).

  Al tratarse de vigas prefabricadas, se genera un consto adicional de transporte de



los elementos.

  Los puentes metálicos requieren de mantenimiento periódico, actividad que no



suele llevarse a cabo con la rigurosidad y frecuencia fre cuencia del caso, en nuestro país.

 

1.5. Alternativa   Definitiva Con base en los análisis previos se concluye que la alternativa más adecuada podría ser la del puente de placa-vigas de concreto postensado. En cuestión de costos de superestructura sólo es superado por el puente de vigas de concreto co ncreto reforzado, sin embargo, dicho sobrecosto puede ser superado con los posibles ahorros en e n la construcción de las pilas y su respectiva r espectiva cimentación. Estos ahorros son posibles porque se requieren menos apoyos intermedios y por el menor peso de la superestructura, lo cual, como se dijo anteriormente, reduce las fuerzas sísmicas con que se deben diseñar las pilas y la cimentación. Aunque la alternativa 2 puede ser la más adecuada, se presenta el diseño de la alternativa 1 (Placa-Vigas de concreto reforzado), teniendo en cuenta el e l alcance del curso.