Puentes

PuentesÍndiceCAPÍTULO 10: LA PRUEBA DE CARGA10.1. Introducción10.2. Pruebas de carga en puentes de carretera10.3. Objeto del ensayo. Obligatoriedad10.4. Dirección de las pruebas de carga10.5. Objeto de la prueba10.5.1.Estados de carga10.5.2.Zonas de aplicación de la carga10.5.3.Vehículos tipo10.5.4.Magnitudes a medir10.5.5.Actuaciones complementarias10.5.6.Instrumentación10.6. Materialización del tren de cargas10.6.1.Estados de carga10.7. Forma de aplicación del tren de carga10.8. Duración de las cargas. Criterios de estabilización10.9. Remanencias10.9.1.Criterio de remanencia10.10. Criterios de aceptación10.11. Prueba dinámica10.12. Informe de la prueba de carga10.13. Acta de la prueba de carga10.14. Pruebas de carga en puentes de ferrocarril10.14.1. Tipos de prueba de carga10.14.2. Objeto10.14.3. Alcance10.14.4. Periodicidad10.14.5. Personal10.14.6. Características10.14.7. Criterios de aceptación de la prueba10.14.8. Resultado de la pruebaREFERENCIAS BIBLIOGRÁFICASXV

Puentes1.3.2.Capítulo 1 – Evolución histórica de los puentesPERIODO MEDIEVALDespués de la caída de Roma en el 476 d.C., las tinieblas se apoderaron de lahumanidad (la obscuridad se extendió por toda Europa). Huyendo de los pueblosbárbaros, los hombres cultos se refugiaron en remotos monasterios en las colinas delas olvidadas órdenes religiosas de la Iglesia Católica, por lo que todo el saber yconocimiento clásico pasó a los monjes que se encargaron de transmitirlo degeneración en generación.En el ámbito de las obras públicas, para favorecer el trasiego de los peregrinos y enocasiones por encargo de los reyes locales, se preocuparon de la reconstrucción decarreteras y puentes. Fueron los llamados “Frates pontifices” en Italia, “FréresPontiffices” en Francia o “Brothers of the Bridge” en Inglaterra.Inicialmente, en muchas ocasiones el puente se construía de madera, a veces contablero de madera sobre pilas de piedra, que producía vibraciones al paso decarruajes, pero el deseo de los habitantes era transformarlo en un puente de piedra,siendo el proceso seguido en muchos casos.El primer puente de Londres inicialmente construido hacia el año 55 d. C por losromanos, era un puente de madera pilotado, que fue reconstruido en 1066 porWilliam I en el mismo material y destruido por un tornado en 1091. En el año 1209 elrey Henry II decidió reconstruir en piedra el Old London Bridge, por suscripciónpopular para orgullo de la ciudad.FIGURA 1.23. VIEJO PUENTE DE LONDRES SOBRE EL TÁMESISEl puente estaba constituido por 19 arcos ojivales, con pilas tan sumamente anchasque generaban un estrechamiento muy importante del cauce, produciendo unacorriente de considerable velocidad en cada arco, lo que hacía que la navegaciónbajo el puente fuera peligrosa, denominándose “acertar con el puente”.Inicialmente el puente era diáfano, pero poco a poco se fue plagando de edificios,pues se puso en moda vivir sobre el puente.20

PuentesCapítulo 1 – Evolución histórica de los puentesFIGURA 1.24. PUENTE DE AVIGNONOtro puente medieval importante fue el puente de Avignon, del que solo seconservan cuatro arcos, en la orilla del lado del palacio de los papas de Avignon,aunque inicialmente la estructura se componía de tres puentes, pues había una islaen el centro del río conectada con las orillas por dos puentes de ocho vanos cadauno y el tercer puente de cinco vanos estaba sobre ella.Durante los siglos XII y XIII, fueron los monjes los encargados de la construcción depuentes, pero en los dos últimos siglos de la Edad Media, siglos XIV y XV, losseglares tomaron el relevo, generando una época de transición hacia elRenacimiento.Estos puentes medievales era usual fortificarlos para impedir el acceso del enemigoo disponer capillas o incluso tiendas y casas, como en el puente viejo de Londres.Un bello ejemplar de puente medieval fortificado lo constituye el puente Valentré,sobre el río Lot, en la ciudad de Cahors en Francia.FIGURA 1.25. PUENTE DE VALENTRÉ21

Puentes3.5.1.3Capíítulo 1 – Evollución históricca de los puenntesLOSS ÚLTIMOOS PUENTTES DE PIEEDRADurante el siglo XIX y la mitad ddel siglo XXX se produjo el oca so de los puentes dedfábbrica de pieedra. Se utilizaronulaas mejorass introduciidas en el siglo preccedente poorPerronet e hicieron su aparición los morteeros como elemento de unión de sillaress,graacias a lass investigacciones de Vicat y see mejoraroon los métoodos de encajeede lalbóvveda debiddo al desaarrollo de laa estética gráfica y ded la resisstencia de materialess.Sobre todo see mejoró laa técnica cconstructivva gracias a la influenncia de Sééjourné. A lollarggo del sigglo XIX y en paraleelo con laa apariciónn y desarrrollo de los puenteesmeetálicos (fuundición, hierro,haceero) se mantuvomlaa construccción de puentespddefábbrica. En generalgloss puentes de silleríaa que pressentaban uun aire máás o menoosmoonumental se construuyen en loos entornoss urbanos, mientras que los metálicosmssesituuaban en zonaszrurales asociaddos al desarrollo del ferrocarril.ntes de pieEl ingeniero más famosso de puenedra, en laa segunda mitad del siglo XIX yel pprimer terccio del siglo XX, es PPaul Séjouurné (1851-1938), in geniero fraancés autoorde numerosoos puentes para el feerrocarril, cuyacobra cumbre fuee el puente Adolfo dedLuxxemburgo. Recogió y perfecc ionó los métodosmcoonstructivoos en los puentes dedfábbrica, e intrrodujo el hormigónhaarmado en los tableros. Utilizó siempre loos métodoosque los métodosde análisis gráficos,gaduciendoamanalíticosadde la Ressistencia dedMaateriales noo eran addecuados, ya que ene una bóveda el mmódulo de elasticidaadpueede variar de un sillar a otro y que lass juntas suuponen unn serio prooblema a lalconntinuidad. La obra magistralmdde Séjourné denominnada “Gra ndes Voûttes”, consttade seis tomoos y fue publicadapeentre 19133 y 1916, donde see incluyen numerosaasregglas empíricas para laa construccción de puuentes de piedra.pFIGURA 1.41. PUENTEPAD OLFO S/ RÍOO PETRUSSSE (LUXEMBBURGO) 19003SSÉJOURNÉ/RRODANGE)Una vez que se define la directrizz del arco y los espeesores de la bóvedaa, según laasglas de Séjjourné, había que traazar la currva de pressiones debbidas al peeso propio yrega la sobrecaarga y commprobar quue siemprre quedabaa dentro ddel núcleoo central ded32

PuentesCapíítulo 1 – Evollución históricca de los puenntestoddas las seccciones. Laa ventaja dde los puentes de fábrica es quue, debidoo al elevaddopesso propio ded las bóvedas de piiedra, la vaariación dee la línea dde presionees debido ala ssobrecargaa con respecto a la dde peso prropio es muy pequeñña, lo que desempeñdñaun papel impportante enn la estabbilidad de la bóveda. La resoluución gráffica de esttacommprobación se realizza por el método de Méry.MLoss puentes de fábricaa viven su mayor apoogeo con Séjourné,Sppero al missmo tiemppose anuncia su fin. Suu mayor oobra, el puentepAdolfo sobree el río PetrussePeenLuxxemburgo, se construyó entre 1900 y 19003. Constaa de un arcco de 84,600 metros dedluz construidoo con dos anillos un idos por un tablero ded hormigóón armadoo, que fue eleayor arco ene puentees de pieddra hasta queqse coonstruyó e n 1905 el puente dedmaPlaauen en el valle del SyraSen Aleemania conn un arco elípticoede 90 metross de luz.FIGURAA 1.42 PUENTE DE PLAUUEN S/ VALLLE DEL SYRA ARCO EELÍPTICO DEE 90 MEl puente máás singularr de Séjou rné es el puentepferroviario dee Fontpedrrouse sobrreos francesses con unn arco ojival de 30 mmetros de luz y arcoosel rrío Tet en los pirineomeenores de 171 metros.FIGURA 1.43 PUENTTE DE FONTTPEDROUSSE SOBRE ELE RÍO TET ((SEJOURNEE) 190733

Puentes5.4.1.5Capíítulo 1 – Evollución históricca de los puenntesARCCOS DE ACEROADespués dell éxito deel puente de San LuisLsobree el río MMississippi, de Eadss,connstruido enn 1874, con tres arcoos de lucess 153 1559 153 mmetros, no solospor seerel más grandde y espeectacular aarco metállico en acero de suu época, sinospor laasnummerosas innovacionines que sse aplicarron durantte su connstrucción, como looscajones de aire compprimido paara constrruir las cimentacionnes a 29 metros dedproofundidad, construcción por vooladizos suucesivos atirantados,, etc., la construcciócónde grandes arcos de acero coomenzó a extenderrse a prinncipios del siglo XXX,connstruyéndoose grandees arcos mmetálicos enn Estados Unidos, Euuropa y Áffrica.En 1907 se construyócalls sobre el río Zammbesi en laas catarataasel puente Victoria FaVicctoria, entrre Zambia y Zimbauue, con una luz de 1521m. y uuna altura de 123 m.mconnsiderado en su mommento el puuente más alto del mundo.mFFIGURA 1.977. PUENTE ARCOADE VIICTORIA FAALLS ENTREE ZAMBIA Y ZIMBAUE, SOBRE ELRÍÍO ZAMBESSI PARA CARRRETERA, FCF Y PERSOONAS (19077) L 152 M.El puente, quue soporta un ferrocaarril para uniru Sudáfrrica con Eggipto, fue ele sueño dedC.SS. Hobsonn, con la colaboraciócón de Sir Douglas Fox and Partners y Sir RalpphFreeeman. La longitud total del puuente es de 198 mettros. El pu ente fue prefabricadpdoen Europa, trransportado por piezzas al empllazamientoo y montaddo con la ayudaade unubloondín. Fue el primer puente enn el que see instaló una red de seguridadd durante elemoontaje y robblonado deel arco. El ppuente fuee reconstruuido en 19330.El mmayor arcoo en aceroo construiddo a princippios del sigglo XX fuee el Hell Gaate sobre eleEasst River, ene Nueva York. El ingeniero que lo prroyectó fu e Gustav Lindenthaal,ingeniero austriaco (MMoravia) quue emigróó a Estadoos Unidos con la inntención dednstruir un grangpuentte colgantee.con68

PuentesCapíítulo 1 – Evollución históricca de los puenntesFIGGURA 1.98 PUENTEPHELL GATE S// EL EAST RIVERR(GUSTTAV LINDENNTHAL, 1916) L 310 M.MEl aarco de Heell Gate tieene una lu z libre enttre caras de estribos de 304 metrosmy unnaluz de cálculoo entre ejees de apoyyos metálicos de 298 metros. Fue récorrd de luz eneestta tipologíaa de puenntes hasta que en 19311se innauguró ell puente ded Bayonnnesobbre el Kill vanv Kull enn Nueva Yoork, con 5003,55 metros de luz.El ttablero esttá colgadoo del arco mediante péndolas metálicas y soporta cuatro víaasde ferrocarril. La geoometría dee cordón inferior del arco ees de unaa parábolaa,anttifunicular ded la cargaa uniformee vertical soobre el vanno completto.El cordón suuperior ess también una paráábola peroo con un trazado ligeramentteinvertido en loos arranquues que maarca la sennsación deel importannte esfuerzo horizontaaltrannsmitido a las sólidaas torres dde fábrica. Tiene unaa anchura de 30,5 metrosmy unugálibo de navvegación de 41,4 me tros.Aunque el puuente sobree la bahía de Sidneyy se comennzó a consstruir en 19923, la obrrase retrasó freecuentemeente por 177 huelgas durantedloss cinco pri meros añoos. Por esttemootivo el pueente de Baayonne, q ue se commenzó a coonstruir enn 1928 se terminó enenovviembre dee 1931, unnos meses antes quee el del pueerto de Siddney y conn una luz ded7,554 m. mayoor no le permitió osteentar el reccord de luz.El pproyecto deld puente de Bayonnne es de O.H.OAmmaan, ingenie ro suizo quue emigró aEsttados Uniddos y es autor de loss mayores puentes colgantescdde este paaís, como eleGeeorge Washhington de 1067 m. y el Verrazzano Narrows, de 12998 metros.El ppuente de Bayonne sobre el KKill van Kull une las loocalidadess de Bayonnne en NewwJerrsey, con StatenSIslannd en Nue va York.69

PuentesCapíítulo 1 – Evollución históricca de los puenntesFIGURA 1.2955. PUENTE DED TATARAA ENTRE ONNOMICHI E IMABARI (JAAPÓN) 19999, L 890 M.RECORD MUNDIALMEn 2008 se construyócel puente de Sutongg, en la prrovincia dee Jiangsu (China)(quueconn unas lucees de 300 1088 3000 arrebatóó al puente de Tataraa el record mundial dedluz.n forma dee Y invertidda para el paso de los cables en el mástil superioorLass torres entiennen 306 m.m de alturaa. El puentte cruza el río Yangttzé y tienee una longiitud total ded82006 m.FFIGURA 1.2996. PUENTEE DE SUTONNG SOBRE ELE RÍO YANGTZE (CHINNA), 2008 . L 1088 M,TORRES DED 306 M.186

PuentesCapíítulo 1 – Evollución históricca de los puenntesUn año más tarde, en 2009, tammbién en ChinaCse hah construiido sobre la bahía dedHong Kong ele puente de Stonneccuters.FIGURA 1.2297. PUENTEE DE STONNNECUTERS EN HONG KONGK(CHINNA) 2009, L 1018 M.TORRES DED 298 M.Estte puente con una luuz en el vaano centraal de 1018 metros, ppasó a ser el segunddodel mundo enn su momeento. La o riginalidad de las torrres de 2988 m. de altura es quuese abandonaa la dispoosición enn V o Y invertidas y se accude a unna solucióóntronncocónica, de hormigón en loss primeross 175 m. y de acero inoxidablee en los 1223meetros superriores. El proyectopfuue seleccioonado de las propueestas de unu concurssointeernacional realizadoo por el HHighway DepartmentDt de Hongg-Kong. El gálibo dednavvegación parapla entrrada al pueerto de conntenedoress es de 73 , 5 m.En 2010 también en China se coonstruyó ottro puente importantte, el de E’Dong en lalovincia de Huangsi queq con 9226 m se convirtiócenn su momeento en el tercero dedpromaayor luz. Laas torres ded 242 m. mantieneen la formaa de Y invvertida conn los cableespassando por el mástil superior.FIGURA 1.298. PUENTE DE E’DONG ENN HUANGSHHI (CHINA) 22010. L 9266 M.TORRES DED 242 M.187

Puentes1.10.4.Capíítulo 1 – Evollución históricca de los puenntesPueentes atiraantados siingularesSe incluyen a continuacción una p equeña seelección dee puentes aatirantadoss singulareesporr su diseñoo.En 1998 se construyócele puente dde Marian en la República Cheeca, con un solo vannoatirrantado y sin cables de reteenida, con tablero metálicomdee 123 m. de luz. ElEprooyecto es ded City Plan Ltd. y R. KoukyFIGGURA 1.3344. PUENTE DED MARIAN (REPÚBLICCA CHECA, 1998)1CITY PPLAN LTD. Y R. KOUKYY(L 1223 M)FIGUURA 1.335. SECCIÓNSTRRANSVERSSAL TABLERRO PUENTYYE DE MARIAANEl ppuente Jusscelino Kubischek, e s un arco atirantadoade tres vaanos que cruza el laggoParanoa en BrasiliaBDisstrito Fede ral, capital de Brasil, que fue innaugurado en 2002.208

PuentesCapíítulo 1 – Evollución históricca de los puenntesFIGURA 1.3336. PUENTEE JUSCELINNO KUBISCHHEK SOBREE EL LAGO PARANOA BRASILIAERDE(BRASIL), 2002 AL EXANDER CHANCY MARIO VILA VEEl ppuente unee el área centralcde BBrasilia coon el distritoo residenccial y recibee el nombrredel presidentte de Brassil en los aaños cincuenta, que decidió coonstruir Brrasilia commonueeva capitall de Brasil, en sustituución de Río de Janeeiro.FIGURA 1.3337. PUENTEE JUSCELINNO KUBISCHHEK SOBREE EL LAGO PARANOA BRASILIAEl diseño deel puente ese del arq uitecto Aleexander ChanCy del ingenieroo Mario VillaVerde. La esstructura tieene tres vvanos atiraantados dee 249 m. ccada uno. El proyectto209

Puentes1.11.Capítulo 1 – Evolución histórica de los puentesPuentes extradosadosEl concepto de pretensado extradorsal en puentes fue presentado por primera vezpor Jaques Mathivat en 1988 y consiste en un nuevo sistema estructural en el quelos tendones de pretensado se sitúan fuera del canto del tablero, por encima o pordebajo de este.El pretensado extradorsal es una solución intermedia entre el pretensado exterior deuna viga cajón y el producido en un puente atirantado. En el pretensado exterior loscables no adherentes se sitúan dentro del canto de la viga, cambiando la direcciónmediante desviadores.FIGURA 1.345. PRETENSADO EXTERIOR EN UNA VIGA CAJÓNPor el contrario en el pretensado extradorsal los cables se salen fuera del canto deltablero por encima o por debajo de este, pero muy lejos de la situación de los cablesde un puente atirantado, por lo que el pretensado extradorsal producefundamentalmente compresiones longitudinales del tablero, mientras que en unpuente atirantado, los tirantes producen importantes reacciones verticalesacompañadas de componente horizontal. Esto conduce a que en los puentes conpretensado extradorsal las torres son bajas, lo que provoca un menor impacto visualque en los puentes atirantados y permite la posibilidad de construir puentesatirantados próximos a los aeropuertos o en zonas típicamente urbanas. En otroscasos cuando el pretensado extradorsal es inferior, el impacto visual del puente esmínimo.Comparados con los puentes con pretensado inferior, como los de viga cajón,presentan una solución más elegante, ya que las torres cortas y los tirantes puedencrear estructuras emblemáticas. Este tipo de puentes han tenido un rápido desarrolloen Japón a partir de la década de los noventa.Desde el punto de vista visual, un puente extradosado tiene un aspecto similar al deun puente atirantado, pero con una torres muy bajas.Sin embargo, desde el punto de vista estructural, un puente con pretensadoextradorsal está más próximo al de un puente pretensado de viga cajón.214

PuentesCapítulo 1 – Evolución histórica de los puentesEn la figura se representa la comparación entre un puente con pretensado exterior(h 0), con pretensado extradorsal (h L/15) y un puente atirantado (h L/5), donde hes la altura de las torres sobre el tablero.FIGURA 1.346. COMPARACIÓN ENTRE PRETENSADO EXTERIOR, PRETENSADOEXTRADORSAL Y PUENTE ATIRANTADOEl primer puente con pretensado fuera de la sección del tablero fue el puenteBoukey, en Hokkaido (Japón), con dos vanos y una longitud total del puente de57,30 m.FIGURA 1.347. PUENTE BOUKEY EN HOKKAIDO, JAPÓN Ltotal 57.30Lvano principal 33.20 MEl tendón toma la forma de la ley de momentos flectores y la estructura consiste enuna especie de celosía con el tablero trabajando como el cordón en compresión.215

Puentes2.10.8.Capítulo 2 Tipología y cálculo de puentesPUENTES PÉRGOLACuando el ángulo de esviaje es muy pequeño, por ejemplo φ 15º, la luz esviada esmuy grande:ϕ 15º Lϕ Lx 3,864 Lxsen 15ºϕ 10º Lϕ Lx 5,759 Lxsen 10ºPor lo que en estos casos se suele acudir al puente pérgola.FIGURA 2.335. PUENTE PÉRGOLA PARA EL AVE PROYECTADO POR EL AUTOREn un puente pérgola, las vigas se disponen perpendicularmente al eje del tráficoinferior, lo que produce una superficie ocupada por las vigas del puente, mucho mayorque la estrictamente necesaria por el tráfico superior. Las vigas son mucho máscortas que si se dispusieran en sentido esviado y por tanto los momentos flectoresmenores, por lo que en estos casos la solución de puente en pérgola es máseconómica.Lo que se hace es hormigonar la losa en la zona estrictamente necesaria, quedandounas áreas triangulares diáfanas en donde se ven las vigas, razón por la que recibe elnombre de puente pérgola.466

PuentesCapítulo 2 Tipología y cálculo de puentesFIGURA 2.336. PUENTE PÉRGOLA EN LA LÍNEA DE AVE (PROYECTO MODIFICADO AUTOR)Si el esviaje no es muy fuerte puede adoptarse una solución losa extendiéndose estaalgo más de lo necesario para dirigir las flexiones en dirección normal.FIGURA 2.337. PUENTE PÉRGOLAUna tercera solución consiste en mantener la longitudinalidad del cruce perodisponiendo unos apoyos intermedios que se traducen en pórticos que puentean eltráfico inferior. Este es el caso del viaducto de Vinaixa en el que la línea de altavelocidad se cruza con un ángulo muy esviado sobre las vías de Renfe, disponiendodos arcos esviados que puentean estas.467

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