Efectos de los factores ambientales en los cimientos de los puentes

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Se estudió la influencia de las condiciones ambientales en la elección del tipo de cimentación del puente de agua. Diseñar cimientos para puentes acuáticos es una tarea difícil y tediosa que plantea desafíos extremos para los diseñadores. El factor más importante que determina el diseño de un puente de agua es la condición ambiental, no la condición del terreno, a diferencia del diseño de los cimientos del puente en tierra, que se rige por la condición del terreno. Por lo tanto, es muy importante comprender las condiciones ambientales que rigen el diseño de los acueductos e identificar su impacto en la elección del tipo de cimentación y el método de construcción.

Figura 1: Cimentación de un puente flotante

Efectos de las condiciones ambientales en los cimientos de los puentes

Los factores ambientales que influyen en la elección de los tipos de cimientos flotantes y sus métodos de construcción se analizan a continuación.

• Condiciones de exposición y profundidad del agua
• corriente o corriente de río
• colisión de barcos
• témpano de hielo
• terremoto

Condiciones de exposición de los cimientos del puente y profundidad del agua

Cuando las estructuras de los puentes se construyen sobre grandes aguas abiertas que atraviesan la bahía, generalmente están expuestas a fuertes corrientes y vientos. Esta condición agresiva tiene efectos indeseables como el deterioro de las estructuras sin terminar y la vida útil limitada de las plantas de construcción flotante. Esta condición indeseable fomenta el uso de miembros estructurales prefabricados bastante grandes. Por ejemplo, cajones de pozo abierto y cajones de caja. Las unidades de cajón normalmente se envían flotando al sitio de construcción del puente. Luego se sumergen en agua y se colocan en una cama o pila preparada.

Figura 2: Apertura del cajón sumergido en el lecho preparado

Los cajones tipo cajón se pueden usar cuando hay agua lo suficientemente profunda como para que los cajones salgan a la superficie. Las condiciones climáticas juegan un papel importante durante el transporte de cajas de cajones a los sitios de construcción de puentes, hundimiento e instalación de unidades de cajones. Por lo tanto, se deben considerar los retrasos en la construcción debido al mal tiempo. Para cajones de pozo abierto, es adecuado flotar el fondo de calado poco profundo para trasladarse al sitio de construcción y levantar gradualmente las paredes para retirar y sumergir el suelo del pozo abierto. Tenga en cuenta que el proceso de construcción de cajón de pozo abierto es más susceptible a las condiciones climáticas en comparación con el proceso de instalación de la unidad de cajón de caja. La instalación de cajones cajón se puede realizar en un período de tiempo bastante corto, siempre que el mal tiempo no detenga la instalación.

Efectos de las corrientes oceánicas o fluviales en los cimientos de los puentes

Los pilotes y pilares pueden estar sujetos a fuerzas de arrastre causadas por las corrientes oceánicas y las corrientes de los ríos. Esta fuerza crea pozos de socavación a nivel del lecho marino donde el suelo es susceptible a la erosión. La presencia de estos agujeros alrededor de la ataguía es indeseable. Esto se debe a condiciones temporales, como tablestacas parcialmente hincadas, que provocan movimientos de circulación de agua en este lugar. El arrastre de corriente puede causar problemas durante la instalación de tablestacas o pilotes de apoyo. Esto se debe a que las fuerzas aplicadas a altas velocidades oscilan y, en consecuencia, dañan el pilote antes de colocar la tapa del pilote o proporcionar arena provisional para evitar la oscilación del pilote.

efecto de Colisión de barco con cimientos de puente

Pueden ocurrir colisiones ya que el barco puede perder el control y los muelles pueden romperse. En ciertos estuarios grandes, los canales profundos pueden oscilar de un lado al otro en un período de tiempo bastante corto, lo que podría poner en peligro casi todos los pilares de un puente construido. El derrumbe debido al choque de un barco contra uno de los pilares del antiguo puente Sunshine Skyway en 1980 es un ejemplo real del riesgo de colisión de barcos.

Figura 3: Colapso del antiguo puente Sunshine Skyway

Figura 4: Daños causados ​​por la colisión de un barco con uno de los pilares del antiguo Sunshine Skyway Bridge en 1980

Por lo tanto, se deben tomar las medidas necesarias para evitar el peligro de que el buque golpee el muelle. Estas precauciones definitivamente aumentarán el costo total de la construcción de cimientos. Un ejemplo de medidas de prevención de colisiones de barcos es la construcción de islas artificiales alrededor de los muelles para detener los barcos antes de que choquen con los muelles. Esta salvaguarda debe ser considerada para muelles en aguas poco profundas.

Figura 5: Los muelles de la isla de Penang están protegidos de las colisiones de barcos al proporcionar una isla artificial

Figura 6: Detalle de la isla artificial que rodea el muelle para protegerlo de la colisión de barcos

Construir una isla artificial en las profundidades del mar requiere inevitablemente una gran cantidad de rompeolas y adoquines para evitar la socavación que dificulta la navegación. Otra medida de protección es la provisión de pilotes de defensa, que generalmente están conectados por una gran viga anular. La viga circular debe estar separada del muelle para permitir la desviación del muelle mientras consume la energía cinética del barco en movimiento para detenerlo.

Figura 7: Proporcionar pilotes cortos alrededor del muelle como consideración para la protección contra la colisión de embarcaciones, Sunshine Skyway Bridge

Figura 8: Protección del embarcadero contra la colisión de barcos

Efectos del hielo flotante en los cimientos de los puentes

Hay similitudes entre los efectos de una capa de hielo flotante y el impacto de un barco que colisiona en un muelle. Por lo tanto, sus diseños también son similares entre sí. Sin embargo, en el primer caso existe un peligro especial de acumulación de presión debido a la acumulación de bolsas de hielo. La dirección del aumento de la presión puede ser lateral al pilar o perpendicular cuando comienzan a formarse crestas de presión. Los pilotes individuales son preferibles a los pilotes de grupo, ya que los pilotes individuales desvían los témpanos de hielo y evitan la acumulación de presión en las crestas. Para estructuras de cimentación por gravedad, la mejor forma de cimentación de puentes en áreas expuestas a témpanos de hielo es la aplicación de pilares angostos con cimentaciones macizas. Esto se debe a que este último proporciona resistencia a las fuerzas de deslizamiento y vuelco, mientras que el primero produce menos resistencia a las fuerzas de las capas de hielo flotantes. Además, si las condiciones del terreno requieren el uso de pilotes, se debe instalar un anillo de pilotes de falda poco espaciados alrededor de los pilotes de grupo. Finalmente, si el movimiento del agua es paralelo a la orilla del río, la introducción de un tajamar en las estacas dará una respuesta satisfactoria a las fuerzas del hielo flotante. Esto se debe a que el tajamar atraviesa la bolsa de hielo, evitando así el impacto y la presión de la capa de hielo flotante.

Efectos de los terremotos en los cimientos de los puentes

Los terremotos ejercen fuerzas devastadoras en los pilares de los puentes, especialmente en aguas profundas. Esto se debe a que las fuerzas sobre la superestructura del puente se combinan con las cargas del pilar, lo que da como resultado un momento de vuelco significativo en la base del pilar. Se especifica que la masa de agua desplazada por el muelle se suma a la masa del muelle. Las cargas excéntricas que soportan los pilares son muy altas en aguas profundas, por lo que la opción preferida es elegir pilares largos y angostos y cimientos macizos. Se recomienda un cilindro porque las fuerzas sísmicas no tienen una dirección específica y pueden actuar en cualquier dirección. Otro problema es la licuefacción de suelos sueltos a de densidad media debido a la sacudida del suelo. Este problema se puede abordar mediante el uso de cimientos de pilotes para densificar el suelo en la medida en que pueda soportar con seguridad los pilares. Finalmente, la licuefacción puede generar tsunamis y deslizamientos de corrientes submarinas que pueden crear fuerzas horizontales en la base del malecón.
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