Libro Puente Si i

Puentes

P U E N T E S (II) Evolución – Tipología – Normativa - Cálculo

CARLOS JURADO CABAÑES Doctor Ingeniero de Caminos Canales y Puertos Profesor Titular Universidad Politécnica de Madrid Coordinador y Responsable de la asignatura de Puentes en la Escuela Técnica Superior de Ingeniería Civil

Puentes

Foto de la cubierta puente sobre el río Aare, Berna (Suiza) (cortesía IABSE) Primera edición septiembre 2013 ©

Carlos Jurado Cabañes

Reservados los derechos para todos los países. Ninguna parte de la publicación puede ser reproducida por ningún medio sin previa autorización del autor. ISBN TOMO II: 978-84-616-6148-0 ISBN OBRA COMPLETA: 978-84-616-6149-7 Depósito Legal:

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Índice

PUENTES

ÍNDICE POR TOMOS TOMO I CAPÍTULO 1: EVOLUCIÓN HISTÓRICA DE LOS PUENTES CAPÍTULO 2: TIPOLOGÍA Y CÁLCULO DE PUENTES

TOMO II CAPÍTULO 3: ELEMENTOS DE UN PUENTE CAPÍTULO 4: ESTABLECIMIENTO DE ACCIONES EN PUENTES DE CARRETERA, SEGÚN IAP CAPÍTULO 5: ESTABLECIMIENTO DE ACCIONES EN PUENTES DE FERROCARRIL, SEGÚN IAPF CAPÍTULO 6: TIPOLOGÍA Y CÁLCULO DE TABLEROS RECTOS CAPÍTULO 7: TIPOLOGÍA Y CÁLCULO DE ESTRIBOS CAPÍTULO 8: TIPOLOGÍA Y CÁLCULO DE PILAS CAPÍTULO 9: ELEMENTOS DE APOYO DEL TABLERO Y JUNTAS CAPÍTULO 10. LA PRUEBA DE CARGA REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

V

Puentes

Índice

A mi esposa, Isabel y a mis hijos Carlos, David, Isabel y Sara

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Puentes

Índice

INDICE PRÓLOGO DEL AUTOR

CAPÍTULO 1: EVOLUCIÓN HISTÓRICA DE LOS PUENTES 1.1.

Introducción

1.2.

Puentes primitivos

1.2.1. Puentes catenaria incas 1.2.2. Puentes catenaria en China y en el Tíbet 1.2.3. Puentes colgantes en el Renacimiento 1.2.4. Puentes de barcas 1.2.5. Puentes en voladizo o Cantiléver 1.2.6. Puentes bóveda naturales o artificiales 1.3.

Puentes de piedra

1.3.1. Periodo romano 1.3.2. Periodo medieval 1.3.3. Periodo renacentista 1.3.4. El siglo XVIII 1.3.5. Los últimos puentes de piedra 1.4.

Puentes de madera

1.5.

Puentes metálicos

1.5.1. Puentes de fundición 1.5.2. Puentes de hierro forjado 1.5.3. Puentes de acero 1.5.4. Arcos de acero 1.6.

Puentes de hormigón armado

1.7.

Puentes de hormigón pretensado

1.8.

Puentes mixtos

1.9.

Puentes colgantes

1.9.1. Etapa primitiva 1.9.2. Etapa de redescubrimiento de los puentes colgantes 1.9.3. Etapa desde el puente de Brooklyn al puente de Tacoma 1.9.4. Etapa desde el puente de Tacoma a los actuales puentes europeos y asiáticos 1.9.5. Grandes puentes colgantes futuros VII

Puentes

Índice

1.10. Puentes atirantados 1.10.1.

Primeros puentes atirantados

1.10.2.

Puentes atirantados metálicos

1.10.3.

Puentes atirantados de hormigón

1.10.4.

Puentes atirantados singulares

1.11. Puentes extradosados 1.12. Puentes de banda tensada CAPÍTULO 2: TIPOLOGÍA Y CÁLCULO DE PUENTES 2.1.

Introducción

2.2.

Clasificación de los puentes

2.2.1. Clasificación de los puentes por la forma de trabajo 2.2.2. Clasificación de los puentes por el material utilizado 2.2.3. Clasificación de los puentes por su geometría en planta 2.2.4. Clasificación de los puentes según su tráfico 2.3.

Puentes catenaria

2.4.

Puentes de vigas, puentes losa y puentes cantiléver 2.4.1. Puentes de vigas 2.4.2. Cálculo de los puentes viga 2.4.3. Métodos constructivos de los puentes viga

2.5.

Puentes arco 2.5.1. Tipología de los puentes arco 2.5.2. Puentes arco con tablero superior 2.5.3. Puentes arco con tablero intermedio 2.5.4. Puentes arco con tablero inferior 2.5.5. Cálculo de los puentes arco 2.5.6. Métodos constructivos de los puentes arco

2.6.

Puentes pórtico 2.6.1. Tipología de los puentes pórtico 2.6.2. Puentes pórtico de madera 2.6.3. Puentes pórtico metálicos 2.6.4. Puentes pórtico de hormigón 2.6.5. Cálculo de los puentes pórtico 2.6.6. Métodos constructivos de los puentes pórtico

2.7.

Puentes en celosía VIII

Puentes

Índice

2.7.1. Tipología de los puentes en celosía 2.7.2. Grandes arcos en celosía 2.7.3. Cálculo de los puentes en celosía 2.7.4. Métodos constructivos de los puentes en celosía 2.8.

Puentes colgantes 2.8.1. Tipología y características de los puentes colgantes 2.8.2. Los cables 2.8.3. Las torres o pilonos 2.8.4. Las péndolas 2.8.5. El tablero 2.8.6. Las sillas 2.8.7. Los macizos de anclaje 2.8.8. Cálculo de los puentes colgantes 2.8.9. Métodos constructivos de los puentes colgantes

2.9.

Puentes atirantados 2.9.1. Elementos estructurales de los puentes atirantados 2.9.2. Ventajas de los puentes atirantados 2.9.3. Tipología de los puentes atirantados 2.9.4. Conexión y anclajes 2.9.5. Cálculo de los puentes atirantados 2.9.6. Métodos constructivos de los puentes atirantados

2.10. Puentes esviados 2.10.1.

Viga esviada biapoyada

2.10.2.

Viga esviada continua

2.10.3.

Tablero losa esviado biapoyado

2.10.4.

Tablero esviado continuo

2.10.5.

Tablero esviado de vigas

2.10.6.

Viga cajón esviada

2.10.7.

Viga cajón esviada continua

2.10.8.

Puentes pérgola

2.10.9.

Puentes con semitableros desplazados

2.10.10. Métodos constructivos de los puentes esviados 2.11. Puentes curvos 2.11.1.

La viga curva

2.11.2.

Tableros losa curvos IX

Puentes

Índice

2.11.3.

El tablero cajón curvo

2.11.4.

Métodos constructivos de los puentes curvos

CAPÍTULO 3: ELEMENTOS DE UN PUENTE 3.1.

Introducción

3.2.

Definiciones

3.3.

Elementos de un puente

CAPÍTULO 4: ESTABLECIMIENTO DE ACCIONES EN PUENTES DE CARRETERA, SEGÚN IAP

4.1.

Introducción

4.2.

Requisitos fundamentales

4.3.

Vida útil de una estructura

4.4.

Criterios de comprobación 4.4.1. Situaciones de proyecto 4.4.2. Estados límite 4.4.3. Verificaciones

4.5.

Clasificación de las acciones

4.6.

Valores característicos de las acciones 4.6.1. Acciones permanentes de valor constante (G) 4.6.2. Acciones permanentes de valor no constante (G’) 4.6.3. Sobrecargas de uso (Q) 4.6.4. Viento 4.6.5. Acción térmica 4.6.6. Nieve 4.6.7. Otras acciones variables

4.7.

Valores representativos de las acciones 4.7.1. Valor representativo de las acciones permanentes 4.7.2. Valor representativo de las acciones variables 4.7.3. Valor representativo de las acciones accidentales

4.8.

Valor de cálculo de las acciones 4.8.1. Valor de cálculo para comprobaciones en ELU 4.8.2. Valor de cálculo para comprobaciones en ELS

4.9.

Combinación de acciones 4.9.1. Combinaciones para comprobaciones en ELU X

Puentes

Índice

4.9.2. Combinaciones para comprobaciones en ELS 4.10. Criterios para la comprobación de los ELS 4.10.1.

Criterios funcionales relativos a las flechas

4.10.2.

Criterios funcionales relativos a las vibraciones

4.11. Pruebas de carga CAPÍTULO 5: ESTABLECIMIENTO DE ACCIONES EN PUENTES DE FERROCARRIL SEGÚN IAPF 5.1.

Introducción

5.2.

Criterios generales

5.3.

Criterios de comprobación 5.3.1. Estados límites de servicio (E.L.S.) 5.3.2. Estados límites últimos (E.L.U.) 5.3.3. Comprobación de la estructura

5.4.

Clasificación de las acciones

5.5.

Valores característicos de las acciones 5.5.1. Acciones permanentes de valor constante (Gk) 5.5.2. Acciones permanentes de valor no constante (Gk*) 5.5.3. Acciones variables (Qk) 5.5.4. Acciones accidentales (Ak) 5.5.5. Interacción longitudinal vía-tablero

5.6.

Valores representativos de las acciones 5.6.1. Acciones permanentes de valor constante (G) 5.6.2. Acciones permanentes de valor no constante (G*) 5.6.3. Acciones variables (Q) 5.6.4. Acciones accidentales (A)

5.7.

Valores de cálculo de las acciones 5.7.1. Estados Límites Últimos (E.L.U.) 5.7.2. Estados Límites de Servicio (E.L.S.) 5.7.3. Criterios de funcionalidad en relación con las deformaciones y las vibraciones 5.7.4. Estados límite para la seguridad del tráfico

5.8.

Combinación de acciones 5.8.1. Estados Límite últimos 5.8.2. Estados Límite de Servicio XI

Puentes

Índice

5.9.

Pruebas de carga

CAPÍTULO 6: TIPOLOGÍA Y CÁLCULO DE TABLEROS RECTOS 6.1

El tablero 6.1.1. Tableros de hormigón 6.1.2. Tableros de vigas en doble T 6.1.3. Tableros de vigas artesa 6.1.4. Tableros de vigas cajón 6.1.5. Tableros losa

6.2

Disposición y dimensionaiento de los tableros de vigas 6.2.1. Dimensionamiento de tableros de vigas

6.3

Tableros formados por vigas cajón 6.3.1. Predimensionamiento de la sección 6.3.2. Características de los materiales y coeficientes de mayoración 6.3.3. Determinación de las acciones de cálculo 6.3.4. Determinación de esfuerzos longitudinales en el tablero 6.3.5. Predimensionamiento del pretensado de las vigas 6.3.6. Obtención de los esfuerzos que provoca el pretensado en estado vacío 6.3.7. Comprobación tensional en servicio de las tensiones de las fibras extremas de la viga a lo largo de todas las fases del proceso constructivo 6.3.8. Comprobación de los E.L.U. de flexión y cortante en las vigas 6.3.9. Cálculo de la armadura transversal de rasante de las alas de la viga, y la armadura de conexión con el tablero.

6.4

Tableros metálicos y mixtos 6.4.1. Tablero mixto 6.4.2. La sección transversal bijácena 6.4.3. Vigas longitudinales 6.4.4. Clase de secciones 6.4.5. Clasificación de las secciones 6.4.6. Diafragmas 6.4.7. Morfología de las secciones mixtas 6.4.8. La sección transversal en cajón 6.4.9. Tableros metálicos XII

Puentes

Índice

6.4.10. Nuevas tendencias en tableros metálicos y mixtos CAPÍTULO 7: TIPOLOGÍA Y CÁLCULO DE ESTRIBOS 7.1 ,

Los estribos

7.2

Estribos cerrados

7.3

Estribos abiertos

7.4

Estribos prefabricados

7.5

Estribos de tierra armada

7.6

Elementos de un estribo 7.6.1. La meseta de apoyo 7.6.2. Los apoyos del tablero 7.6.3. El murete de guarda o espaldón 7.6.4. Estribos sin murete de guarda 7.6.5. La losa de transición 7.6.6. El muro frontal del estribo 7.6.7. Cálculo de estribos 7.6.8. Cálculo de estribos con cimentación superficial 7.6.9. Cálculo de estribos en zonas sísmicas 7.6.10.Cálculo de estribos pilotados

CAPÍTULO 8: TIPOLOGÍA Y CÁLCULO DE PILAS 8.1.

Las pilas

8.2.

Pilas en tableros de vigas

8.3.

Pilas en tableros losa

8.4.

Pilas de gran altura

8.5.

Pilas prefabricadas

8.6.

Cálculo de pilas. Cimentación superficial

8.7.

8.6.1.

Cargas estáticas

8.6.2.

Cargas dinámicas

8.6.3.

Modelos de suelo

8.6.4.

Parámetros de cimentaciones superficiales

8.6.5.

Rigideces estáticas de cimentaciones superficiales

Cálculo de pilas. Cimentación mediante pilotes

CAPÍTULO 9: ELEMENTOS DE APOYO DEL TABLERO Y JIUNTAS XIII

Puentes

Índice

9.1.

Los aparatos de apoyo

9.2.

Articulaciones de hormigón

9.3.

Aparatos de apoyo de neopreno zunchado 9.3.1. Características de los materiales 9.3.2. Rigidez de los apoyos elastoméricos

9.4.

Apoyos elastoméricos armados

9.5.

Apoyos elastoméricos armados anclados 9.5.1. Dimensiones más habituales 9.5.2. Cálculo de las acciones sobre el apoyo 9.5.3. Solicitaciones 9.5.4. Características mecánicas del apoyo 9.5.5. Comportamiento del apoyo bajo distintas solicitaciones

9.6.

Apoyos de neopreno en caja fija (POT) 9.6.1. Esquema de funcionamiento

9.7.

Apoyos de neopreno-teflón 9.7.1. El teflón 9.7.2. Los apoyos de neopreno-teflón

9.8.

Apoyos de neopreno zunchado anclados

9.9.

Aparatos de apoyo pretensados verticalmente

9.10. Aparatos de apoyo metálicos 9.10.1. Apoyos fijos 9.10.2.Apoyos móviles 9.11. Casquetes metálicos esféricos 9.12. Consideraciones sobre los distintos tipos de apoyos 9.13. Elección del tipo de apoyo 9.14. Disposición de los apoyos en el tablero 9.15. Puesta en obra de los aparatos de apoyo 9.16. Patología de los aparatos de apoyo 9.17. Sustitución de los aparatos de apoyo 9.18. Las juntas 9.18.1.

Tipología de juntas

9.18.2.

Elección del tipo de juntas

XIV

Puentes

Índice

CAPÍTULO 10: LA PRUEBA DE CARGA 10.1. Introducción 10.2. Pruebas de carga en puentes de carretera 10.3. Objeto del ensayo. Obligatoriedad 10.4. Dirección de las pruebas de carga 10.5. Objeto de la prueba 10.5.1.

Estados de carga

10.5.2.

Zonas de aplicación de la carga

10.5.3.

Vehículos tipo

10.5.4.

Magnitudes a medir

10.5.5.

Actuaciones complementarias

10.5.6.

Instrumentación

10.6. Materialización del tren de cargas 10.6.1.

Estados de carga

10.7. Forma de aplicación del tren de carga 10.8. Duración de las cargas. Criterios de estabilización 10.9. Remanencias 10.9.1.

Criterio de remanencia

10.10. Criterios de aceptación 10.11. Prueba dinámica 10.12. Informe de la prueba de carga 10.13. Acta de la prueba de carga 10.14. Pruebas de carga en puentes de ferrocarril 10.14.1. Tipos de prueba de carga 10.14.2. Objeto 10.14.3. Alcance 10.14.4. Periodicidad 10.14.5. Personal 10.14.6. Características 10.14.7. Criterios de aceptación de la prueba 10.14.8. Resultado de la prueba

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

XV

Puentes

Capítulo 3 – Elementos de un puente

FIGURA 3.3. ALCANTARILLA

En la figura siguiente se recogen dos modelos clásicos de pontones nº 44 y 52.

FIGURA 3.4. MODELOS OFICIALES CLÁSICOS DE PONTONES 44 Y 52

491

Puentes

Capítulo 3 – Elementos de un puente

En la figura siguiente se incluye un pontón en una antigua línea de ferrocarril que no se asimila a ningún modelo de la colección oficial.

FIGURA 3.5. PONTÓN EN ANTIGUA LÍNEA DE FERROCARRIL

Las tajeas, las alcantarillas y los pontones no requieren un cálculo específico y basta adaptarse a los tipos regulados en la Instrucción de Carreteras 4.1. IC “Obras pequeñas de fábrica”.

FIGURA 3.6. OBRA PEQUEÑA DE FÁBRICA SEGÚN 4.1-IC

Otro tipo de pequeñas obras de fábrica que se utilizan para cruzar un flujo de agua a presión bajo la vía o camino son los sifones. 492

Puentes

6.2.

Capítulo 6 – Tipología y cálculo de tableros rectos

DISPOSICIÓN Y DIMENSIONAMIENTO DE LOS TABLEROS DE VIGAS

La sección transversal del tablero comprende todas las características resistentes y constructivas del mismo. Para el correcto dimensionamiento del tablero es necesario tener en cuenta las acciones a que está sometido. Las más importantes son las cargas verticales: peso propio, carga permanente y sobrecarga. Las dos primeras actúan siempre y los esfuerzos que generan crecen con el cuadrado de la luz de cálculo, por lo que es fundamental aligerar la sección del tablero a medida que aumenta la luz del mismo. En cuanto a la disposición de las vigas en la sección transversal, depende del tipo de sobrecarga. En el caso de los puentes de ferrocarril deben disponerse bajo los raíles para evitar tener que proyectar una losa muy resistente, pues de esta forma las cargas se transmiten a las vigas con el menor recorrido horizontal, a través de la losa.

FIGURA 6.9. DISPOSICIÓN DE VIGAS ARTESA EN PUENTE DE FERROCARRIL

En el caso de los puentes de carretera, las vigas se distribuyen uniformemente en la sección transversal, pues la sobrecarga puede actuar en cualquier punto del tablero, disponiendo a bordes las dos extremas para evitar encofrados en voladizo de la losa de compresión.

FIGURA 6.10. DISPOSICIÓN DE VIGAS DOBLE T EN PUENTE DE CARRETERA

665

Puentes

Capítulo 6 – Tipología y cálculo de tableros rectos

Por lo tanto el dimensionamiento de un tablero de vigas requiere determinar los siguientes aspectos: •

Forma de las vigas

•

Separación entre las vigas

•

Cuantía de arriostramiento transversal del tablero

Para ello es necesario tener en cuenta los siguientes tres aspectos importantes: •

Relación entre carga permanente y sobrecarga

•

Tipo de viga pretensada a utilizar

•

Clase de pretensado a utilizar

La relación entre carga y sobrecarga determina la cuantía de la oscilación de los momentos flectores principales que actúan sobre las vigas. En puentes con poca luz los momentos debidos a la sobrecarga son mayores que los de cargas permanentes. En puentes de carretera de luces medias de 30 a 40 m, los momentos debidos a la sobrecarga son iguales o menores que los debidos a la carga permanente. En puentes de ferrocarril las sobrecargas son muy importantes y provocan grandes oscilaciones. Si los momentos flectores a que van a estar sometidas las vigas en situación de servicio son muy variables, se deben utilizar secciones con un gran radio de giro; es decir, que la mayor cantidad de masa se concentre lejos del centro de gravedad, lo que conduce a almas delgadas y grandes cabezas superior e inferior, para garantizar una situación de compresión compuesta permanente. Sin embargo, la exigencia de mantener la viga en estado de compresión compuesta sólo se da en el caso de puentes de ferrocarril, ya que la cuantía de la sobrecarga y la fisuración aumentan las oscilaciones de tensión en los cables de pretensado y pueden generar fenómenos de fatiga. En puentes de carretera, la exigencia de mantener las vigas en estado permanente de compresión no existe y por tanto pueden utilizarse vigas con menor radio de giro. Por otro lado, en el caso de puentes de ferrocarril, sí se plantea una construcción “in situ” como suele ser usual en la alta velocidad, se acude a la sección en losa aligerada o a la sección en cajón. En el caso de acudir a la prefabricación de las vigas, interesa un perfil más elaborado que el de la construcción in situ, para ahorrar pretensado al ajustar la geometría de la viga y alcanzar su máxima eficacia resistente, logrando una viga lo más ligera posible, que facilite el transporte y el montaje. En el caso de utilizar vigas prefabricadas en artesa el número de vigas necesarias es inferior al que se necesitaría utilizando vigas en doble T. Puede indicarse que dos vigas artesa son equivalentes a cinco vigas doble T. 666

Puentes

6.4.8.

Capítulo 6 – Tipología y cálculo de tableros rectos

LA SECCIÓN TRANSVERSAL EN CAJÓN

La sección en cajón puede utilizarse para luces cortas y medias, como para agrandes luces L > 50 m. Sin embargo como hemos indicado en el caso de luces cortas y medias, la eficacia del acero de la chapa inferior no es óptima y por ello resulta más competitiva la sección bijácena. Sin embargo, si se distribuyen los espesores de la losa inferior disponiendo mayor espesor en la zona de almas y menor en el centro, es decir aproximándose a la solución bijácena, se reduce bastante la pérdida de eficacia. Sin embargo, en el caso de grandes luces L> 50 m o en el caso de tableros curvos, la sección en cajón resulta claramente competitiva.

FIGURA 6.45. SECCIÓN EN CAJÓN DE ACCIÓN MIXTA SIMPLE

Si se dispone losa inferior en la sección bijácena, se convierte esta debido a la acción mixta doble en una viga cajón, que a efectos de optimización puede reducirse a las zonas con momentos negativos. La esbeltez del tablero cajón puede ser mayor que la de la sección bijácena, alcanzando los valores: •

Sección constante

h 1 = L 22 •

Sección variable h 1 = en apoyos L 25 h 1 1 = a en centro de vano L 40 50

Hay que indicar que el canto es una variable asociada al espesor de las cabezas de las vigas, a la resistencia del material y a la flexibilidad del puente, pudiendo jugar con uno y otro según convenga en cada caso. 705

Puentes

•

Capítulo 6 – Tipología y cálculo de tableros rectos

Elementos de un tablero mixto con sección en cajón Los elementos constitutivos de un tablero mixto con sección en cajón de acción mixta simple se indican en la siguiente figura:

FIGURA 6.46. ELEMENTOS DE UN TABLERO MIXTO EN CAJÓN

Cuando la anchura del tablero se hace grande, se puede adoptar la solución de separar las almas, lo que obliga a disponer una viga longitudinal en el eje del tablero apoyada en la celosía transversal para reducir la flexión de la losa perpendicular al eje del puente. En este caso al aumentar la relación ancho/luz del tablero, se pierde eficacia en el rendimiento de la losa inferior y aumenta la distorsión de la sección en cajón.

FIGURA 6.47. SECCIÓN EN CAJÓN DE ACCIÓN MIXTA SIMPLE CON VIGA EN EJE DE LOSA

706

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Capítulo 7 – Tipología y cálculo de estribos

En algunas ocasiones se separa la función de contener las tierras, de las de soportar el dintel, que en este caso estará pilotado y se situará por delante del muro de tierra armada (figura 7.16). En este caso la carga del muro de tierra armada puede generar a los pilotes rozamientos negativos, que podrían hacerlos trabajar en tracción. Para evitar esto conviene construir en primer lugar el muro de tierra armada y posteriormente el pilotaje del durmiente que debe realizarse lo más tarde posible para que se haya producido la mayor parte del asiento del muro.

7.6.

ELEMENTOS DE UN ESTRIBO

Además del muro frontal y las aletas, los estribos deben disponer de otros elementos como a) la meseta de apoyo; b) los apoyos del tablero; c) el murete de guarda o espaldón; d) la losa de transición; e) el muro frontal del estribo; f) la zapata de cimentación.

7.6.1.

LA MESETA DE APOYO

Para alojar el tablero, el muro frontal del estribo debe disponer de un ensanchamiento en su parte frontal para apoyar el tablero (vigas, cajón, etc.), por intermedio de los aparatos de apoyo. Es usual disponer pendiente hacia el espaldón y un canalito de recogida que puede llevar hacia el trasdós el agua de lluvia.

FIGURA 7.17. DETALLE TÍPICO DE LA CORONACIÓN DEL MURO FRONTAL DEL ESTRIBO

Los apoyos de neopreno se sitúan en esta plataforma y en el caso de vanos de compensación cortos con posibilidad de tracciones en los apoyos deben ser anclados. Los neoprenos rectangulares siempre deben disponerse con el lado más corto en la dirección del eje longitudinal del puente. Debe dejarse un resguardo entre el neopreno y el borde exterior de la meseta, por lo que es usual que el eje del neopreno esté a 731

Puentes

Capítulo 7 – Tipología y cálculo de estribos

unos 40 cm. del borde, debiendo quedar entre el borde del neopreno y el borde de la meseta un valor mínimo de 10 a 15 cm. Por otro lado el tablero (vigas, cajón, etc.), que puede girar y moverse en sentido longitudinal, debe estar dispuesto con respecto al eje del neopreno, de forma que quede una culata o distancia hasta el extremo del tablero de unos 40 cm. Además debe quedar una junta entre tablero y espaldón superior al máximo movimiento de dilatación de este. Un valor de 5 a 10 cm, suele ser suficiente en la mayoría de los casos. También es conveniente que el eje del neopreno se sitúe en el eje del muro frontal del estribo para evitar momentos flectores en este debidos a las reacciones verticales.

FIGURA 7.18. DETALLES DE ESTRIBO PILOTADO (PROYECTO AUTOR)

En la figura siguiente se recogen el murete de guarda, la meseta de apoyo y el apoyo del tablero con una serie de medidas recomendadas.

732

Puentes

Capítulo 8 – Tipología y cálculo de pilas

TABLA 8.3. VALORES DEL MÓDULO DE ELASTICIDAD E Y DEL COEFICIENTE DE BALASTO K30 Módulo de elasticidad E(Kp/cm2)

TIPO DE SUELO ** Suelo fangoso *Arena seca o húmeda, suelta (NSPT de 3 a 9) *Arena seca o húmeda, media (NSPT de 9 a 30) *Arena seca o húmeda, densa (NSPT de 30 a 50) * Grava fina con arena fina *Grava media con arena fina * Grava media con arena gruesa * Grava gruesa con arena gruesa *Grava gruesa firmemente estratificada **Arcilla blanda (qu entre 0,25 a 0,50 Kp/cm2) **Arcilla media (qu entre 0,50 a 2,00 Kp/cm2) **Arcilla compacta (qu entre 2,00 a 4,00 Kp/cm2) Arcilla margosa dura (qu entre 4,00 a 10,00 Kp/cm2) Marga arenosa rígida Arena de miga y tosco Marga Caliza margosa alterada Caliza sana Granito meteorizado Granito sano

Coeficiente de balasto Placa de 1 pie2 K30 (Kp/cm3)

11,00 a 33,00 0,16H a 0,48H 0,48H a 1,60H 1,60H a 3,20H 1,07H a 1,33H 1,33H a 1,60H 1,60H a 2,00H 2,00H a 2,66H 2,66H a 5,32H 15 a 30 30 a 90 90 a 180 180 a 480

0,50 a 1,50 1,20 a 3,60 3,60 a 12,00 12,00 a 24,00 8,00 a 10,00 10,00 a 12,00 12,00 a 15,00 15,00 a 20,00 20,00 a 40,00 0,65 a 1,30 1,30 a 4,00 4,00 a 8,00 8,00 a 21,00

480 a 1000 500 a 2500 500 a 50000 3500 a 5000 20000 a 800000 700 a 200000 40000 a 800000

21,00 a 44,00 22 a 110 22 a 2200 150 a 220 885 a 36000 30 a 9000 1700 a 3600

Donde: H Profundidad de la cimentación en cm * Los terrenos granulares si están sumergidos se tomarán con una E o K30, igual a los de la tabla multiplicados por 0,60. ** Los valores considerados corresponden a cargas de corta duración. Si se consideran cargas permanentes, se multiplicarán los valores de la tabla E o K30 por 0,25. NSPT Nº de golpes del ensayo SPT (penetrómetro dinámico) qu Resistencia por punta (penetrómetro estático) TABLA 8.4. COEFICIENTE DE POISSON SUELOS Compacidad ν

Densa 0,30

Media 0,35

ROCAS Blanda 0,40

797

Densa 0,20

Media 0,25

Blanda 0,30

Puentes

Capítulo 8 – Tipología y cálculo de pilas

8.6.4.2. Modelo plástico En el caso de arenas, los parámetros son la cohesión c y el ángulo de rozamiento interno φ, medidos en tensiones efectivas. En el caso de arcillas para el análisis a corto plazo, el terreno se comporta como puramente cohesivo en tensiones totales, con una cohesión Cu denominada resistencia al corte sin drenaje y obtenida como la mitad de la resistencia a la compresión simple Ru.

ϕu = 0

Cu =

Ru 2

En el caso de arcillas para el análisis a largo plazo se utilizan los valores de c y φ en tensiones efectivas. En la tabla 5 se incluyen unos valores indicativos de c, φ y cu TABLA 8.5. PROPIEDADES EN ROTURA DE SUELOS COHESIVOS Tipo de suelo Limos de granulometría uniforme con algo de arena y arcilla Arcillas y limos arcillosos Pueden contener gravas y/o arenas en proporciones menores al 70%

Cu (Kp/cm2)

C (Kp/cm2)

Φ (*)

1

0,5

35

Media

0,6

0,2

30

Blanca

0,2

0,1

25

Muy blanda

0,1

0

20

Dura o fina

3

0,5

30

Media

1

0,2

25

Blanca

0,5

0,1

20

Muy blanda

0,3

0

15

Consistencia Dura o fina

8.6.4.3. Modelo de Winkler El parámetro fundamental de este modelo es el módulo o coeficiente de balasto, que depende del área cargada. Los valores K30 se obtienen a partir del ensayo de carga en placa cuadrada de 0,30 m. de lado (1 pie2). En la tabla 5 (“Geotecnia y Cimientos III. Primera parte”. Jiménez Salas y otros) se recogen los valores de K30 para diferentes materiales en el caso de placa cuadrada de 0,30 m. de lado (1 pie2). Para zapatas corridas de ancho b (m) Terzaghi (1955) sugirió extrapolar los valores K30 mediante las expresiones siguientes: K = K30

0,30 b

⎛ b + 0 ,30 ⎞ K = K 30 ⎜ ⎟ ⎝ 2b ⎠

(suelos cohesivos) 2

(suelos granulares) 798

Puentes

Capítulo 9 – Elementos de apoyo del tablero y juntas

•

Frenado y arranque

•

Sismo, etc.

Sean de pequeña magnitud y puedan ser resistidos por el terreno del trasdós del estribo. Existen realizaciones de puentes integrales en países como Estados Unidos, Gran Bretaña; Alemania y Suiza.

FIGURA 9.52 PUENTE INTEGRAL SOBRE LA AUTOPISTA A8 EN GÖBRICH (ALEMANIA)

En España la realización de puentes integrales se propugna por el Ministerio de Fomento en la “Guía para la concepción de puentes integrales de carreteras”.

FIGURA 9.53. ESQUEMA DE UN PUENTE INTEGRAL DE CARRETERA DE TRES VANOS

Con independencia de esta tipología, la práctica habitual es la de disponer juntas que normalmente suelen estar en los extremos del puente para absorber estos movimientos horizontales longitudinales del tablero. A estos efectos conviene conocer una terminología normalmente utilizada en las juntas, que sin ánimo de ser exhaustivos puede reducirse a: 862

Puentes

Capítulo 9 – Elementos de apoyo del tablero y juntas

•

La separación o huelgo estructural

•

La abertura de junta

•

El juego o carrera

•

Rango

•

Los labios de junta, etc.

La separación o huelgo estructural es el tamaño de la abertura entre los distintos tramos del puente contiguos a la junta o entre el extremo del tablero y el murete de guarda en los estribos. La abertura de junta es la magnitud del desplazamiento relativo de los elementos contiguos del tablero a uno y otro lado de la junta. El juego o carrera es la diferencia entre la abertura máxima y la mínima en la vida del puente. Rango, es el máximo desplazamiento relativo que puede admitir un tipo concreto de junta. Labios de la junta son los bordes longitudinales de esta.

FIGURA 9.54. JUNTA DE PEINE

9.18.1.

TIPOLOGÍA DE JUNTAS

Entre los tipos de juntas más conocidos se pueden enumerar los siguientes: 1.

Junta sellada con material elástico 863

Puentes

Capítulo 10 – La prueba de carga

CAPÍTULO 10 LA PRUEBA DE CARGA _______________________________________________________ 10.1. INTRODUCCIÓN Todo puente de nueva construcción debe someterse antes de su puesta en servicio a la realización de una prueba de carga. Las pruebas de carga en puentes de carretera están reguladas por el documento de la Dirección General de Carreteras del Ministerio de Fomento denominado “Recomendaciones para la realización de pruebas de carga de recepción en puentes de carretera” de 1999. Las pruebas de carga en puentes de ferrocarril se describen el documento del Ministerio de Fomento denominado “Instrucción sobre las inspecciones técnicas en los puentes de ferrocarril (ITPF-05)” de 2005. Mientras que las pruebas de carga en puentes de carretera pueden ser solo estáticas en puentes de ferrocarril serán siempre estáticas y dinámicas.

FIGURA 10.1. PRUEBA DE CARGA EN UN PUENTE CON ARCO CENTRAL OJIVAL

Se describen a continuación los procesos a realizar en el Proyecto y la Ejecución de las pruebas de carga en puentes tanto de carretera como de ferrocarril.

872

Puentes

10.2.

Capítulo 10 – La prueba de carga

PRUEBAS DE CARGA EN PUENTES DE CARRETERA

La prueba de carga de recepción de una estructura es un conjunto de operaciones consistente en la reproducción de uno o varios estados de carga sobre la misma, antes de su puesta en servicio, con objeto de confirmar que el proyecto y construcción de la obra se han llevado a cabo de forma satisfactoria. Con este objeto es necesario comprobar que, para unas situaciones de carga representativas de las acciones a que va a estar sometida la estructura durante su vida en servicio, el comportamiento de la misma se ajusta a las previsiones de proyecto. 10.3.

OBJETO DEL ENSAYO. OBLIGATORIEDAD

En el caso de puentes nuevos, la prueba de carga estática es preceptiva, según la vigente “Instrucción sobre las acciones a considerar en el proyecto de puentes de carretera (IAP)”, que en su capítulo 8 establece lo siguiente: “Todo puente proyectado de acuerdo con la presente Instrucción deberá ser sometido a pruebas de carga antes de su puesta en servicio, de acuerdo con lo indicado en el preceptivo anejo que sobre la materia incluirá todo proyecto aprobado por la Dirección General de Carreteras”. “Tales pruebas podrán ser estáticas o dinámicas. Las primeras serán obligatorias para aquellas obras en que alguno de sus vanos tenga una luz igual o superior a 12 m (medida entre ejes de apoyo del tablero o, para estructuras tipo marco, entre paramentos vistos de hastiales). Para luces inferiores, se podrá decidir la realización de la prueba en función de las circunstancias específicas de la estructura”. “Las pruebas de carga dinámicas serán preceptivas, y así quedará recogido en el proyecto, en puentes de luces superiores a 60 m o en aquéllos cuyo diseño sea inusual, se utilicen nuevos materiales o contengan zonas de tránsito peatonal en las que se prevea que las vibraciones pueden causar molestias a los usuarios. En estos casos, en el proyecto se determinarán los parámetros dinámicos estructurales (modos principales de vibración y sus frecuencias correspondientes)”. De acuerdo con el artículo 1 de la IAP-11, “También será de aplicación esta Instrucción al proyecto de estructuras asimilables a los puentes (tales como falsos túneles, pontones o tajeas), a pasarelas para peatones ciclistas o ciclomotores y a las obras de acompañamiento, como son las escaleras, rampas de acceso y muros”. En pasarelas, las pruebas de carga dinámicas serán preceptivas cuando sea necesario efectuar en el proyecto un estudio específico que contemple las solicitaciones dinámicas ejercidas por los peatones. En estos casos, además de dicho estudio, el proyecto de la pasarela incluirá el proyecto de prueba de carga dinámica (parámetros dinámicos estructurales, casos de carga, puntos de medida y valores esperados)” La obligatoriedad de la prueba de carga a que hace referencia la IAP se entenderá para obras de paso en que alguno de sus vanos tenga una luz igual o superior a 12 m. Para luces inferiores a 12 m, el Director de la Obra, o en su caso el Director del Proyecto, podrá decidir la realización de la prueba en función de las características o circunstancias de la estructura. 873