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

VI

A mi esposa, Isabel y a mis hijos

Carlos, David, Isabel y Sara

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

Puentes Índice

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 cjurado@ciccp.es.

Madrid septiembre de 2015

Puentes Índice

XXIV

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