Puentes
P U E N T E S (III) Evolución – Tipología – Normativa - Cálculo
CARLOS JURADO CABAÑES Doctor Ingeniero de Caminos Canales y Puertos
Ingeniero Técnico de Obras Públicas 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 2015
© 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 III: 978-84-616-6148-0 (pendiente) ISBN OBRA COMPLETA: 978-84-616-6149-7 Depósito Legal: M-32007-2013
Puentes
V
P U E N T E S
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
TOMO III
CAPÍTULO 11: CIMENTACIONES DE PUENTES
CAPÍTULO 12: CÁLCULO SÍSMICO DE PUENTES
CAPÍTULO 13: CONSERVACIÓN, MANTENIMIENTO Y REHABILITACIÓN DE PUENTES
Puentes Índice
VII
INDICE
Pág. PRÓLOGO DEL AUTOR CAPÍTULO 1: EVOLUCIÓN HISTÓRICA DE LOS PUENTES 1
1.1. Introducción 1 1.2. Puentes primitivos 3
1.2.1. Puentes catenaria incas 3 1.2.2. Puentes catenaria en China y en el Tíbet 8 1.2.3. Puentes colgantes en el Renacimiento 10 1.2.4. Puentes de barcas 10 1.2.5. Puentes en voladizo o Cantiléver 11 1.2.6. Puentes bóveda naturales o artificiales 12
1.3. Puentes de piedra 15 1.3.1. Periodo romano 15 1.3.2. Periodo medieval 20 1.3.3. Periodo renacentista 23 1.3.4. El siglo XVIII 26 1.3.5. Los últimos puentes de piedra 32
1.4. Puentes de madera 34 1.5. Puentes metálicos 54
1.5.1. Puentes de fundición 54 1.5.2. Puentes de hierro forjado 58 1.5.3. Puentes de acero 62 1.5.4. Arcos de acero 68
1.6. Puentes de hormigón armado 72 1.7. Puentes de hormigón pretensado 82 1.8. Puentes mixtos 88 1.9. Puentes colgantes 94
1.9.1. Etapa primitiva 94 1.9.2. Etapa de redescubrimiento de los puentes colgante 99 1.9.3. Etapa desde el puente de Brooklyn al puente de Tacoma 112 1.9.4. Etapa desde el puente de Tacoma a los actuales puentes europeos
y asiáticos 128 1.9.5. Grandes puentes colgantes futuros 142
Puentes Índice
VIII
1.10. Puentes atirantados 145 1.10.1. Primeros puentes atirantados 145 1.10.2. Puentes atirantados metálicos 162 1.10.3. Puentes atirantados de hormigón 189 1.10.4. Puentes atirantados singulares 208
1.11. Puentes extradosados 214 1.12. Puentes de banda tensada 221
CAPÍTULO 2: TIPOLOGÍA Y CÁLCULO DE PUENTES 229
2.1. Introducción 229 2.2. Clasificación de los puentes 229
2.2.1. Clasificación de los puentes por la forma de trabajo 229 2.2.2. Clasificación de los puentes por el material utilizado 230 2.2.3. Clasificación de los puentes por su geometría en planta 230 2.2.4. Clasificación de los puentes según su tráfico 230
2.3. Puentes catenaria 231 2.4. Puentes de vigas, puentes losa y puentes cantiléver 233
2.4.1. Puentes de vigas 233 2.4.2. Cálculo de los puentes viga 243 2.4.3. Métodos constructivos de los puentes viga 246
2.5. Puentes arco 263 2.5.1. Tipología de los puentes arco 267 2.5.2. Puentes arco con tablero superior 267 2.5.3. Puentes arco con tablero intermedio 273 2.5.4. Puentes arco con tablero inferior 276 2.5.5. Cálculo de los puentes arco 281 2.5.6. Métodos constructivos de los puentes arco 288
2.6. Puentes pórtico 305 2.6.1. Tipología de los puentes pórtico 308 2.6.2. Puentes pórtico de madera 311 2.6.3. Puentes pórtico metálicos 312 2.6.4. Puentes pórtico de hormigón 314 2.6.5. Cálculo de los puentes pórtico 326 2.6.6. Métodos constructivos de los puentes pórtico 328
2.7. Puentes en celosía 330
Puentes Índice
IX
2.7.1. Tipología de los puentes en celosía 330 2.7.2. Grandes arcos en celosía 338 2.7.3. Cálculo de los puentes en celosía 341 2.7.4. Métodos constructivos de los puentes en celosía 351
2.8. Puentes colgantes 352 2.8.1. Tipología y características de los puentes colgantes 356 2.8.2. Los cables 364 2.8.3. Las torres o pilonos 372 2.8.4. Las péndolas 380 2.8.5. El tablero 381 2.8.6. Las sillas 384 2.8.7. Los macizos de anclaje 384 2.8.8. Cálculo de los puentes colgantes 386 2.8.9. Métodos constructivos de los puentes colgantes 390
2.9. Puentes atirantados 393 2.9.1. Elementos estructurales de los puentes atirantados 398 2.9.2. Ventajas de los puentes atirantados 400 2.9.3. Tipología de los puentes atirantados 405 2.9.4. Conexión y anclajes 426 2.9.5. Cálculo de los puentes atirantados 436 2.9.6. Métodos constructivos de los puentes atirantados 478
2.10. Puentes esvíados 483 2.10.1. Viga esviadas biapoyada 484 2.10.2. Viga esviadas continua 488 2.10.3. Tablero losa enviado biapoyado 490 2.10.4. Tablero enviado continuo 494 2.10.5. Tablero enviado de vigas 494 2.10.6. Viga cajón esviadas 495 2.10.7. Viga cajón esviadas continua 496 2.10.8. Puentes pérgola 497 2.10.9. Puentes con semitableros desplazados 499 2.10.10. Métodos constructivos de los puentes esviados 500
2.11. Puentes curvos 501 2.11.1. La viga curva 502 2.11.2. Tableros losa curvos 508
Puentes Índice
X
2.11.3. El tablero cajón curvo 513 2.11.4. Métodos constructivos de los puentes curvos 516
CAPÍTULO 3: ELEMENTOS DE UN PUENTE 519
3.1. Introducción 519 3.2. Definiciones 519 3.3. Elementos de un puente 524
CAPÍTULO 4: ESTABLECIMIENTO DE ACCIONES EN PUENTES DE CARRETERA, SEGÚN IAP 527
4.1. Introducción 527 4.2. Requisitos fundamentales 527 4.3. Vida útil de una estructura 528 4.4. Criterios de comprobación 528
4.4.1. Situaciones de proyecto 528 4.4.2. Estados límite 529 4.4.3. Verificaciones 530
4.5. Clasificación de las acciones 531 4.6. Valores característicos de las acciones 532
4.6.1. Acciones permanentes de valor constante (G) 533 4.6.2. Acciones permanentes de valor no constante (G’) 535 4.6.3. Sobrecargas de uso (Q) 539 4.6.4. Viento 548 4.6.5. Acción térmica 558 4.6.6. Nieve 578 4.6.7. Otras acciones variables 581 4.6.8. Acciones accidentales 583
4.7. Valores representativos de las acciones 587 4.7.1. Valor representativo de las acciones permanentes 587 4.7.2. Val representativo de las acciones variables 587 4.7.3. Valor representativo de las acciones accidentales 589
4.8. Valor de cálculo de las acciones 589 4.8.1. Valor de cálculo para comprobaciones en ELU 590 4.8.2. Valor de cálculo para comprobaciones en ELS 593
4.9. Combinación de acciones 595
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XI
4.9.1. Combinaciones para comprobaciones en ELU 595 4.9.2. Combinaciones para comprobaciones en ELS 597
4.10. Criterios para la comprobación de los ELS 598 4.10.1. Criterios funcionales relativos a las flechas 598 4.10.2. Criterios funcionales relativos a las vibraciones 599
4.11. Pruebas de carga 602
CAPÍTULO 5: ESTABLECIMIENTO DE ACCIONES EN PUENTES DE FERROCARRIL SEGÚN IAPF 603
5.1. Introducción 603 5.2. Criterios generales 603 5.3. Criterios de comprobación 604
5.3.1. Estados límites de servicio (E.L.S.) 604 5.3.2. Estados límites últimos (E.L.U.) 605 5.3.3. Comprobación de la estructura 605
5.4. Clasificación de las acciones 606 5.5. Valores característicos de las acciones 607
5.5.1. Acciones permanentes de valor constante (Gk) 607 5.5.2. Acciones permanentes de valor no constante (Gk*) 609 5.5.3. Acciones variables (Qk) 612 5.5.4. Acciones accidentales (Ak) 661 5.5.5. Interacción longitudinal vía-tablero 669
5.6. Valores representativos de las acciones 675 5.6.1. Acciones permanentes de valor constante (G) 675 5.6.2. Acciones permanentes de valor no constante (G*) 676 5.6.3. Acciones variables (Q) 676 5.6.4. Acciones accidentales (A) 676
5.7. Valores de cálculo de las acciones 677 5.7.1. Estados Límites Últimos (E.L.U.) 677 5.7.2. Estados Límites de Servicio (E.L.S.) 678
5.8. Combinación de acciones 685 5.8.1. Estados Límite últimos 685 5.8.2. Estados Límite de Servicio 686
5.9. Pruebas de carga 687
Puentes Índice
XII
CAPÍTULO 6: TIPOLOGÍA Y CÁLCULO DE TABLEROS RECTOS 689
6.1 El tablero 689 6.1.1. Tableros de hormigón 689 6.1.2. Tableros de vigas en doble T 689 6.1.3. Tableros de vigas artesa 693 6.1.4. Tableros de vigas cajón 693 6.1.5. Tableros losa 694
6.2 Disposición y dimensionamiento de los tableros de vigas 696 6.2.1. Dimensionamiento de tableros de vigas 699
6.3 Tableros formados por vigas cajón 714 6.3.1. Predimensionamiento de la sección 715 6.3.2. Características de los materiales y coeficientes de mayoración 715 6.3.3. Determinación de las acciones de cálculo 716 6.3.4. Determinación de esfuerzos longitudinales en el tablero 716 6.3.5. Predimensionamiento del pretensado de las vigas 717 6.3.6. Obtención de los esfuerzos que provoca el pretensado en estado
vacío 717 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 718
6.3.8. Comprobación de los E.L.U. de flexión y cortante en las vigas 719 6.3.9. Cálculo de la armadura transversal de rasante de las alas de la viga,
y la armadura de conexión con el tablero. 719
6.4 Tableros metálicos y mixtos 719 6.4.1. Tablero mixto 721 6.4.2. La sección transversal bijácena 724 6.4.3. Vigas longitudinales 728 6.4.4. Clase de secciones 728 6.4.5. Clasificación de las secciones 730 6.4.6. Diafragmas 733 6.4.7. Morfología de las secciones mixtas 733 6.4.8. La sección transversal en cajón 736 6.4.9. Tableros metálicos 742 6.4.10. Nuevas tendencias en tableros metálicos y mixtos 745
Puentes Índice
XIII
CAPÍTULO 7: TIPOLOGÍA Y CÁLCULO DE ESTRIBOS 751
7.1 , Los estribos 751 7.2 Estribos cerrados 752 7.3 Estribos abiertos 757 7.4 Estribos prefabricados 758 7.5 Estribos de tierra armada 728 7.6 Elementos de un estribo 762
7.6.1. La meseta de apoyo 762 7.6.2. Los apoyos del tablero 764 7.6.3. El murete de guarda o espaldón 766 7.6.4. Estribos sin murete de guarda 766 7.6.5. La losa de transición 767 7.6.6. El muro frontal del estribo 770 7.6.7. Cálculo de estribos 770 7.6.8. Cálculo de estribos con cimentación superficial 772 7.6.9. Cálculo de estribos en zonas sísmicas 777 7.6.10. Cálculo de estribos pilotados 790
CAPÍTULO 8: TIPOLOGÍA Y CÁLCULO DE PILAS 795
8.1. Las pilas 795 8.2. Pilas en tableros de vigas 797 8.3. Pilas en tableros losa 803 8.4. Pilas de gran altura 809 8.5. Pilas prefabricadas 818 8.6. Cálculo de pilas. Cimentación superficial 820
8.6.1. Cargas estáticas 820 8.6.2. Cargas dinámicas 822 8.6.3. Modelos de suelo 825 8.6.4. Parámetros de cimentaciones superficiales 827 8.6.5. Rigideces estáticas de cimentaciones superficiales 831
8.7. Cálculo de pilas. Cimentación mediante pilotes 838 CAPÍTULO 9: ELEMENTOS DE APOYO DEL TABLERO Y JIUNTAS 839
9.1. Los aparatos de apoyo 839
Puentes Índice
XIV
9.2. Articulaciones de hormigón 839 9.3. Aparatos de apoyo de neopreno zunchado 849
9.3.1. Características de los materiales 850 9.3.2. Rigidez de los apoyos elastoméricos 851
9.4. Apoyos elastoméricos armados 852 9.5. Apoyos elastoméricos armados anclados 854
9.5.1. Dimensiones más habituales 855 9.5.2. Cálculo de las acciones sobre el apoyo 856 9.5.3. Solicitaciones 856 9.5.4. Características mecánicas del apoyo 857 9.5.5. Comportamiento del apoyo bajo distintas solicitaciones 858
9.6. Apoyos de neopreno en caja fija (POT) 864 9.6.1. Esquema de funcionamiento 865
9.7. Apoyos de neopreno-teflón 867 9.7.1. El teflón 867 9.7.2. Los apoyos de neopreno-teflón 869
9.8. Apoyos de neopreno zunchado anclados 873 9.9. Aparatos de apoyo pretensados verticalmente 874 9.10. Aparatos de apoyo metálicos 875
9.10.1. Apoyos fijos 876 9.10.2. Apoyos móviles 876
9.11. Casquetes metálicos esféricos 880 9.12. Consideraciones sobre los distintos tipos de apoyos 881 9.13. Elección del tipo de apoyo 882 9.14. Disposición de los apoyos en el tablero 882 9.15. Puesta en obra de los aparatos de apoyo 885 9.16. Patología de los aparatos de apoyo 889 9.17. Sustitución de los aparatos de apoyo 891 9.18. Las juntas 892
9.18.1. Tipología de juntas 895 9.18.2. Elección del tipo de juntas 902
9.19. Puentes sin juntas (puentes integrales y semi-integrales 902 9.19.1. Desventajas de las juntas y apoyos de un puente 906 9.19.2. Limitaciones e inconvenientes 907 9.19.3. Consideraciones a tener en cuenta en el proyecto 907
Puentes Índice
XV
CAPÍTULO 10: LA PRUEBA DE CARGA 911
10.1. Introducción 911 10.2. Pruebas de carga en puentes de carretera 912 10.3. Objeto del ensayo. Obligatoriedad 912 10.4. Dirección de las pruebas de carga 913 10.5. Objeto de la prueba 913
10.5.1. Estados de carga 914 10.5.2. Zonas de aplicación de la carga 915 10.5.3. Vehículos tipo 915 10.5.4. Magnitudes a medir 916 10.5.5. Actuaciones complementarias 916 10.5.6. Instrumentación 918
10.6. Materialización del tren de cargas 918 10.6.1. Estados de carga 919
10.7. Forma de aplicación del tren de carga 920 10.8. Duración de las cargas. Criterios de estabilización 921 10.9. Remanencias 925
10.9.1. Criterio de remanencia 925 10.10. Criterios de aceptación 928 10.11. Prueba dinámica 928 10.12. Informe de la prueba de carga 931 10.13. Acta de la prueba de carga 934 10.14. Pruebas de carga en puentes de ferrocarril 934
10.14.1. Tipos de prueba de carga 934 10.14.2. Objeto 934 10.14.3. Alcance 934 10.14.4. Periodicidad 935 10.14.5. Personal 935 10.14.6. Características 936 10.14.7. Criterios de aceptación de la prueba 937 10.14.8. Resultado de la prueba 938
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS (TOMOS I Y II) 939
Puentes Índice
XVI
CAPÍTULO 11: CIMENTACIONES DE PUENTES 941
11.1. Introducción 941
11.2. Tipologías de cimentación de puentes 943
11.2.1. Cimentaciones superficiales 943
11.2.2. Cimentaciones profundas 944
11.3. Reconocimientos geotécnicos 948
11.3.1. Técnicas clásicas de reconocimiento del terreno 948
11.3.2. Técnicas avanzadas de reconocimiento del terreno 951
11.4. Mejora del terreno de cimentación 967
11.4.1. Precarga 969
11.4.2. Mechas drenantes 970
11.4.3. Vibroflotación o vibrocompactación 971
11.4.4. Compactación dinámica 972
11.4.5. Inyecciones 974
11.4.6. Jet-grouting 976
11.4.7. Columnas de grava 977
11.4.8. Compactación por explosivos 978
11.4.9. Congelación del terreno 979
11.4.10. Electroósmosis 979
11.5. Cimentaciones superficiales sobre suelos 981
11.5.1. Cimentación rectangular equivalente 983
11.5.2. Presión vertical 984
11.5.3. Presión de servicio 984
11.5.4. Estabilidad global 985
11.5.5. Seguridad frente al hundimiento 986
11.6. Cimentaciones superficiales sobre roca 992
11.6.1. Carga admisible 994
11.6.2. Seguridad frente al deslizamiento 995
11.6.3. Seguridad frente al vuelco 996
11.6.4. Cálculo de asientos 998
11.7. Cimentaciones profundas 1004
11.7.1. Sección equivalente 1006
11.7.2. Procedimientos de ejecución 1007
Puentes Índice
XVII
11.7.3. Comprobaciones a realizar en un pilotaje 1008
11.7.4. Características de la cimentación 1010
11.7.5. Acciones sobre el pilotaje 1012
11.7.6. Carga de hundimiento de pilotes hormigonados in situ 1015
11.7.7. Carga de hundimiento de pilotes prefabricados hincados 1023
11.7.8. Asientos en pilotes y grupos de pilotes 1033
11.7.9. Cálculo de la resistencia al arranque 1036
11.7.10. Cálculo de la resistencia horizontal 1036
11.7.11. Deformabilidad de pilotes 1038
11.7.12. Coeficientes de seguridad 1041
11.8. Cimentaciones especiales 1045
11.8.1. Micropilotes y anclajes 1046
11.8.2. Micropilotes de gran capacidad portante 1050
11.8.3. Recintos estancos (cofferdams) 1054
11.8.4. Pilotes de gran diámetro 1060
11.8.5. Elementos portantes 1066
11.8.6. Cajones abiertos o indios (open well caissons) 1070
11.8.7. Cajones de aire comprimido (pneumatic caissons) 1091
11.8.8. Cajones cerrados (box caissons) 1096
11.9. Erosión fluvial 1098
11.10. Recalces de cimentación 1101
11.11. Auscultación de la cimentación 1105
CAPÍTULO 12: CÁLCULO SÍSMICO DE PUENTES 1109
12.1. Introducción 1109
12.2. Ondas Sísmicas 1110
12.2.1. Resumen de la propagación de ondas en sólidos 1113
12.3. Tectónica de Placas 1114
12.3.1. Teoría de la deriva continental. Teoría de Wegener 1117
12.4. Terremotos 1121
12.4.1. Características de un terremoto 1123
12.4.2. Intensidad de un terremoto 1126
12.4.3. Magnitud de un terremoto 1128
12.4.4. Energía de un terremoto 1128
Puentes Índice
XVIII
12.5. Fallo sísmico de puentes 1129
12.5.1. Terremoto de San Francisco (1906) 1129
12.5.2. Terremoto de Valdivia (1960) 1132
12.5.3. Terremoto de Alaska (1964) 1132
12.5.4. Terremoto de Niigata (1964) 1134
12.5.5. Terremoto de San Fernando (1975) 1139
12.5.6. Terremoto de México DF (1985) 1140
12.5.7. Terremoto de Loma Prieta (1989) 1141
12.5.8. Terremoto de Costa Rica (1991) 1142
12.5.9. Terremoto de Kobe (1995) 1144
12.5.10. Terremoto de Japón (2011) 1147
12.6. Requisitos básicos de Proyecto 1149
12.6.1. Requisitos fundamentales 1149
12.6.2. Tipos de sismos 1149
12.6.3. Clasificación de los puentes según su importancia 1150
12.6.4. Combinación sísmica de cálculo 1151
12.6.5. Tipos de comportamiento estructural 1151
12.6.6. Condiciones de cada tipo de comportamiento 1152
12.6.7. Consideraciones de proyecto 1155
12.6.8. Consideraciones de la acción sísmica 1156
12.7. Actuación de la Acción Sísmica 1156
12.7.1. Caracterización del terreno 1157
12.7.2. Caracterización del movimiento sísmico 1158
12.7.3. Aceleración sísmica horizontal de cálculo 1158
12.7.4. Espectros de respuesta elástica 1159
12.8. Métodos de Cálculo Sísmicos 1180
12.8.1. Cálculo modal espectral 1181
12.8.2. Cálculo dinámico no lineal en el tiempo 1189
12.8.3. Cálculo estático no lineal. Método del empuje incremental 1191
12.8.4. Consideraciones adicionales 1193
12.9. Comprobaciones resistentes 1207
12.9.1. Introducción 1207
12.9.2. Materiales a utilizar en puentes de zonas sísmicas 1207
12.9.3. Comprobaciones para el sismo último de cálculo 1209
Puentes Índice
XIX
12.9.4. Comprobaciones para el sismo frecuente de cálculo 1215
12.9.5. Consideraciones adicionales 1216
12.10. Elementos estructurales 1220
12.10.1. Introducción 1220
12.10.2. Elementos estructurales de hormigón 1220
12.10.3. Elementos estructurales metálicos 1221
12.10.4. Elementos estructurales mixtos 1221
12.10.5. Consideraciones adicionales 1221
12.11. Elementos de Unión 1232
12.11.1. Juntas de tablero 1232
12.11.2. Entregas mínimas 1232
12.11.3. Aparatos de apoyo 1234
12.11.4. Dispositivos de anclaje vertical 1235
12.11.5. Conectores sísmicos 1235
12.11.6. Sistemas de aislamiento sísmico 1237
12.11.7. Consideraciones adicionales 1238
12.12. Cimientos y Estribos 1241
12.12.1. Introducción 1241
12.12.2. Propiedades del terreno 1241
12.12.3. Comprobaciones relativas al terreno de cimentación 1242
12.12.4. Comprobaciones relativas a los cimientos 1243
12.12.5. Estribos 1245
12.12.6. Marcos enterrados 1247
12.12.7. Consideraciones adicionales 1248
CAPÍTULO 13: CONSERVACIÓN, MANTENIMIENTO Y REHABILITACIÓN DE
PUENTES 1261 13.1 Introducción 1261
13.2 Definiciones y Tipología 1262
13.3 Inspecciones de obras de paso 1273
13.3.1 Tipos de Inspección 1275
13.4 Pequeñas obras de fábrica 1282
13.5 Puentes de Hormigón 1284
13.5.1 Acciones químicas 1286
Puentes Índice
XX
13.5.2 Acciones físicas 1296
13.6 Puentes metálicos y mixtos 1298
13.6.1 Protección mediante pintura 1299
13.6.2 Utilización de aceros autopatinables 1300
13.7 Socavación de cimientos en el caso de los ríos 1302
13.8 Daños en aparatos de apoyo y juntas de dilatación 1310
13.8.1 Aparatos de apoyo 1310
13.8.2 Juntas de dilatación 1312
13.9 Fallos en los sistemas de drenaje e impermeabilización 1314
13.10 Sistemas de contención 1315
13.11 Estribos de suelo reforzado 1315
13.12 Impactos sobre la estructura 1317
13.13 Puentes de fábrica 1320
13.13.1 Cimentaciones 1323
13.13.2 Pilas y estribos 1325
13.13.3 Arcos y Bóvedas 1326
13.13.4 Rellenos 1329
13.13.5 Tímpanos 1329
13.13.6 Mecanismos de deterioro 1330
13.13.7 Procedimientos de reparación 1331
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS (TOMO III) 1332
Puentes Índice
XXI
PRÓLOGO DEL AUTOR AL TOMO III
Hace justo dos años que editamos el libro Puentes (tomo I y II) Evolución-Tipología-Proyecto y Cálculo con el objetivo de poner a disposición de los alumnos de la primera promoción del Título de Graduado en Ingeniería Civil por la Escuela Técnica Superior de Ingeniería Civil de la Universidad Politécnica de Madrid un texto que cubriera de manera completa el contenido de la asignatura de Puentes de nueva creación de la que me encargué como Coordinador y Responsable. El texto se preparó para que sirviera asimismo a los profesionales de lengua castellana, considerando que había algunos aspectos en el proyecto de puentes que podrían tratarse en siguientes volúmenes. Por este motivo se edita este libro Puentes (tomo III) Cimentaciones-Cálculo Sísmico-Conservación/Mantenimiento con el objeto de profundizar en tres de los temas más importantes que implican el proyecto de un puente:
- Cimentaciones de Puentes - Cálculo Sísmico de Puentes - Conservación, Mantenimiento y Rehabilitación de Puentes
Estos tres aspectos se desarrollan en los capítulos 11, 12 y 13.
Capítulo 11: Cimentaciones de Puentes. En los capítulos 7 y 8 dedicados al cálculo de estribos y pilas se ha tratado inevitablemente el proyecto de las cimentaciones superficiales y profundas de puentes. Sin embargo el tema es de una gran amplitud que incluye muchos otros tipos de cimentación de puentes (micropilotes, micropilotes de gran capacidad portante, pilotes de gran diámetro, elementos portantes, cajones abiertos o indios, cajones de aire comprimido, etc.) así como mejoras del terreno de cimentación de pilas y estribos (precarga, mechas drenantes, vibroflotación, compactación dinámica, jet-grouting, columnas de grava, etc.) que el autor el su experiencia profesional ha tenido que acometer en diversas ocasiones.
Al mismo tiempo quedaban algunos aspectos como el estudio de la erosión fluvial en pilas, los recalces de cimentación y la auscultación de la cimentación, que el autor deseaba tratar en este volumen.
Por este motivo este capítulo 11 se desarrolla con un carácter globalizador, tratando de recoger todas las técnicas existentes en la actualidad en el Proyecto y la Construcción de cimentaciones de puentes, que complementarán los aspectos iniciales tratados en los temas 7 y 8.
El capítulo comienza con una introducción a las tipologías de cimentación de puentes (superficiales y profundas), continuando con las técnicas clásicas y avanzadas de reconocimiento del terreno sobre el que se va a cimentar un puente.
Se dedica un apartado para describir las técnicas de mejora del terreno de cimentación, situación usual en los puentes que cada vez deben emplazarse en terrenos que pueden presentar cierta dificultad de soporte.
Puentes Índice
XXII
Se dedican los dos siguientes apartados a las Cimentaciones superficiales cobre suelos y sobre rocas, con los criterios a considerar en cada caso.
El apartado siguiente es una recopilación muy completa de los aspectos a considerar en el caso de Cimentaciones profundas tanto en los aspectos de proyecto como de construcción.
Finalmente en el apartado 11.8 se describen las Cimentaciones especiales y en los apartados 11.9 a 11.11 aspectos relacio0nados con la patología de cimentaciones como la erosión fluvial, los recalces y la auscultación de cimentaciones.
Capítulo 12: Cálculo sísmico de puentes. El capítulo comienza con una introducción a las Ondas Sísmicas y a la Tectónica de Placas, para continuar con el mecanismo de generación de los Terremotos y las características de los mismos.
Continua con un repaso de los fallos sísmicos de puentes en los terremotos más importantes del siglo XX que dan una visión de cuáles son los elementos característicos de los puentes que suelen fallar durante la actuación de un terremoto. El apartado siguiente se dedica a describir los requisitos básicos del Proyecto Sísmico de puentes.
Se continúa con la caracterización de la acción sísmica a considerar en función del terreno y de la aceleración del terremoto, finalizando con el procedimiento de generación de los Espectros de respuesta elástica para el caso de la Península Ibérica. En el caso de otros emplazamientos diferentes habrá que atender a la definición del espectro de respuesta elástica definido en las Normativas Nacionales.
Se sigue con una descripción de los diferentes métodos de cálculo sísmicos.
Los dos siguientes apartados se dedican al estudio de las comprobaciones resistentes, a las condiciones que deben cumplir los elementos resistentes de hormigón, metálicos y mixtos.
Finalmente en los apartados 12.11 y 12.12 se estudian los elementos de unión del tablero con las pilas o estribos de los puentes y las condiciones que deben cumplirse y a los cimientos y estribos.
Capítulo 13: Conservación, mantenimiento y rehabilitación de puentes. Este capítulo se dedica al importante aspecto de la conservación, mantenimiento y rehabilitación de puentes, que hoy en día con el gran acervo de estructuras de obra civil, cada vez es más necesario acometer, sobre todo el países desarrollados, así como las consideraciones de proyecto a tener en cuenta para una mayor duración de este tipo de estructuras, a tener en cuenta en fase de proyecto y construcción.
El capítulo comienza con un repaso de la tipología de este tipo de estructuras y de las definiciones a tener en cuenta.
A continuación se desarrollan los diferentes tipos de inspecciones a realizar en la obras de paso de carreteras y ferrocarriles, de acuerdo con un sistema global de mantenimiento.
Puentes Índice
XXIII
En función de las distintas tipologías los tres siguientes apartados se dirigen hacia las tres tipologías básicas, dejando los puentes de fábrica que requieren un estudio especial a juicio del autor para el final:
- Pequeñas obras de fábrica
- Puentes de Hormigón
- Puentes metálicos y mixtos
En el apartado 13.7, se incide de nuevo en la socavación de pilas en ríos.
Los siguientes apartados se dirigen hacia los tipos de daños más comunes en los diferentes elementos del puente:
- Aparatos de apoyo y juntas de dilatación
- Sistemas de contención
- Estribos de suelo reforzado
En el apartado 13.12 se analizan los daños producidos por impactos sobre la estructura y por último se ha dejado para el final el apartado correspondiente a las patologías de los puentes de fábrica que suelen ser los más numerosos por el gran espacio temporal durante el cual se han construido, analizando los diferentes elementos del puente y los daños que suelen producirse en ellos:
- Cimentaciones
- Pilas y Estribos
- Arcos y Bóvedas
- Rellenos
- Tímpanos
Terminando con los mecanismos de deterioro y los posibles procedimientos de reparación de este tipo de puentes.
Finalmente, quiero agradecer la colaboración prestada en la edición de este libro a mi esposa Isabel del Prisco y a mi hija Isabel Jurado del Prisco, que han colaborado en la mecanografía y estilo del texto.
El texto ha sido revisado cuidadosamente para evitar posibles erratas, sin embargo toda obra humana está sujeta a imperfecciones, por lo que el autor agradecería la recepción de estas que pueda detectar el lector, en el correo electrónico [email protected].
Madrid septiembre de 2015
Puentes Capítulo 11 Cimentaciones de puentes
947
Normalmente las condiciones de diseño del pilotaje de un puente se establecen con la condición de que la carga de trabajo del pilote más cargado Qtrab sea inferior a la carga admisible del terreno y al tope estructural del pilote.
En el primer caso, la carga admisible del terreno se obtiene dividiendo las cargas de hundimiento por la punta Qp y por el fuste Qf, por coeficientes de seguridad Fp y Ff apropiados, cuyo valor se define en la “Guía de cimentaciones en obras de carretera”, para cada combinación de carga (ver tabla nº 19, apartado 11.7.12.2. en este capítulo).
p ftrab adm
p f
Q QQ Q
F F� � �
(11.3)
En el segundo caso, la carga máxima de trabajo Qtrab debe ser inferior al tope estructural Te, cuyo valor se define en la “Guía de cimentaciones en obras de carretera” (ver tabla nº 18, apartado 11.7.12.1. en este capítulo).
Qtrab ≤ Te (11.4)
Este valor, en el caso de pilotes prefabricados, es función del material del pilote (hormigón o metálico).
En el caso de pilotes de hormigón in situ es función del tipo de construcción: entubado, con lodos, en seco o barrenado y del tipo de apoyo en la punta: suelo firme o roca (ver apartado 11.7.12.1.).
FIGURA 11.3. PILOTES EN ESTRIBO DE PUENTE (PROYECTO DEL AUTOR)
Puentes Capítulo 11 Cimentaciones de puentes
973
FIGURA 11.28. COMPACTACIÓN DINÁMICA
Se sabe que α puede ser mayor, cuando existe un fondo rígido a una profundidad próxima y algo superior a D, por efecto de la reflexión de ondas de compresión que puede provocar la presencia de ese fondo rígido.
Si existe un terreno rígido, de consistencia suficiente a menor profundidad, se puede tomar como valor de D, dicha profundidad.
La separación de los puntos de golpeo se suele situar en una malla cuadrada de 2 x 2 = 4 m2, en tratamientos intensos y 4 x 4 = 16 m2, en tratamientos medios.
El valor del asiento medio de la superficie del terreno que puede provocar la compactación dinámica puede estimarse como:
(11.17)d
d
s D�
�
��
Puentes Capítulo 11 Cimentaciones de puentes
986
El análisis de la estabilidad global debe realizarse empleando métodos de cálculo de equilibrio límite (métodos de cálculo de estabilidad de taludes como los de Janbu, Bishop, Morgensten y Price, etc.,).
Los coeficientes de seguridad mínimos a obtener se incluyen en la siguiente tabla:
TABLA Nº 5 COEFICIENTES DE SEGURIDAD MÍNIMOS EN ESTABILIDAD GLOBAL
(Guía de Cimentaciones en Obras de Carretera)
11.5.5. SEGURIDAD FRENTE AL HUNDIMIENTO
Dependiendo del tipo de estructura, el hundimiento puede ser:
a) Por rotura general
Se produce una rotura continua que arranca en la base de la zapata y aflora a un lado de la misma. Esta forma e rotura es típica de arenas compactas y de arcillas blandas a medias en situación de carga rápida y sin drenaje. La solución de Caquot para suelos con rozamiento y cohesión, se recoge en la siguiente figura.
FIGURA 11.40. CURVAS DE ROTURA TEÓRICAS
Puentes Capítulo 12 Cálculo Sísmico de Puentes
1109
CAPÍTULO 12 CÁLCULO SÍSMICO DE PUENTES
_______________________________________________________
12.1. INTRODUCCIÓN
Los terremotos constituyen una de las más importantes fuentes generadoras de cargas dinámicas que actúan sobre las estructuras y sus cimentaciones, así como causantes de daños importantes de vidas humanas y costes económicos.
En número de vidas humanas, se estima en unos 14 millones el número de personas fallecidas por causa de los terremotos, a lo largo de la historia. Solo en el periodo comprendido entre 1970 y 1981 se ha contabilizado un total de 441.895 víctimas mortales y unas pérdidas económicas que alcanzaron los 18.600 millones de dólares.
Como consecuencia de la energía liberada durante un terremoto, se producen movimientos del terreno que pueden provocar asientos en las cimentaciones de los edificios, rotura de los pilotajes, empujes sobre los muros de contención, despegues de las zapatas de cimentación, vuelco de las estructuras y el terreno puede licuefactar perdiendo su capacidad de soporte.
FIGURA 12.1. PÉRDIDA DE SOPORTE DEL TABLERO DE UN PUENTE DURANTE
UN TERREMOTO
Puentes Capítulo 13 Conservación, mantenimiento y rehabilitación de puentes
1277
1. Se aplican a un conjunto relativamente pequeño de puentes, con características especiales (estructuras de grandes dimensiones, puentes atirantados, etc.)
2. Pueden requerir la utilización de medios de acceso extraordinarios (pasarela de inspección de puentes, camión grúa con canastilla, inspecciones subacuáticas, etc.
FIGURA 13.22. INSPECCIÓN DEL INTERIOR DE UN PUENTE ARCO DE HORMIGÓN
FIGURA 13.23. INSPECCIÓN DEL INTERIOR DE UN PUENTE MIXTO
FIGURA13.24. INSPECCIÓN SUBACUÁTICA DE LA PILA DE UN PUENTE
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