Fundaciones profundas de un puente en arco de 100 m

El reto

Qué había que resolver

En un arco biempotrado de 100 m, la cimentación y la superestructura son un mismo problema estructural. El arco entrega a cada arranque un empuje horizontal enorme además de la carga vertical, y su propio esquema estático depende de que esos arranques no cedan: si la fundación gira o se desplaza, el arco redistribuye momentos y deja de ser el que se calculó. El reparto tampoco es evidente, porque parte de ese empuje lo equilibran dos vigas tirante postensadas, de modo que cuánta fuerza llega realmente al suelo depende de las pérdidas del postensado. Y todo ello sobre un cauce con socavación y en Zona Sísmica 4 de la AASHTO, con una aceleración de diseño de 0,415 g.

La solución

Lo que hicimos

No se calculó la fundación por separado. Se construyó un único modelo global en RFEM 6 —arco, péndolas, tablero, vigas tirante, estribos y los veinticuatro pilotes— con la interacción suelo-pilote representada por resortes p-y laterales y resortes axiales distribuidos a lo largo del fuste, de manera que el reparto del empuje entre tirante y fundación y la flexibilidad del grupo se resuelven a la vez y no uno detrás de otro. Las pérdidas del postensado se evaluaron dentro de ese mismo modelo, porque de ellas depende la reacción real en los arranques. El grupo quedó en doce pilotes perforados de Ø 1,20 m y 30 m por estribo, en malla de 3 × 4, con el encepado monolítico con el arranque para conservar el empotramiento del arco y el estribo centrado bajo la resultante. La socavación se aplicó como longitud libre de pilote en todas las combinaciones, y la verificación geotécnica se contrastó en GEO5 con un método independiente del de RFEM.

El resultado

Qué se consiguió

La relación demanda/capacidad del pilote quedó en 0,97 con la estimación no drenada y 0,93 con la capacidad drenada, el factor de seguridad en servicio en 2,35 y el asentamiento del grupo en 35 mm. El hallazgo que ordenó el diseño fue cuál es el estado límite que manda: la longitud de 30 m no la fija el peso del puente sino el evento extremo —en servicio la demanda sobre el pilote es 0,85 y con sismo sube a 0,97—. Y subir el diámetro de 1,10 a 1,20 m permitió recortar cuatro metros de perforación por pilote: noventa y seis metros menos en los veinticuatro, en un terreno con bolonería donde cada metro perforado es tiempo y riesgo.

Galería

Obra y modelo

Entregables

Lo que recibió el cliente

• ✓Modelo global del puente en RFEM 6 con interacción suelo-pilote
• ✓Memoria de verificación geotécnica: capacidad axial, efecto de grupo, asentamiento y capacidad lateral
• ✓Diseño estructural del pilote a flexocompresión, cortante y confinamiento sísmico
• ✓Diseño del encepado por flexión, bielas y tirantes y punzonamiento
• ✓Diseño del cuerpo del estribo y del postensado de las vigas tirante
• ✓Esquemas de armado de pilote, encepado, estribo y viga tirante