Diseño y Consideraciones Estructurales de Puentes: Cargas, Estados Límite y Terminología

Cargas en Puentes

Cargas Permanentes

DC: Peso propio de los componentes estructurales y accesorios no estructurales.

DW: Carga muerta del recubrimiento.

ES: Sobrecarga del suelo.

EV: Presión vertical del peso propio del suelo.

Cargas Transitorias

BR: Fuerza de frenado de los vehículos.

CE: Fuerza centrífuga de los vehículos.

CT: Fuerza de colisión de un vehículo.

IM: Factor de impacto.

LL: Sobrecarga vehicular.

PL: Sobrecarga peatonal.

WA: Carga hidráulica y presión de flujo de agua.

WL: Viento sobre la sobrecarga.

WS: Viento sobre la estructura.

Estados de Combinación de Carga

Resistencia I: Carga básica sin viento.

Resistencia II: Puente con especificaciones del propietario.

Resistencia III: Vientos superiores a 90 km/h.

Resistencia IV: Grandes luces, peso propio mayor a carga viva.

Resistencia V: Viento con velocidad = 90 km/h.

Evento Extremo I: Normales + sismos.

Evento Extremo II: Embarcaciones.

Servicio I: Combinación de cargas que representa la operación normal del puente con un viento de 90 km/h.

Servicio II: Combinación de cargas cuya intención es controlar la fluencia de las estructuras de acero.

Servicio III: Combinación de cargas relacionada exclusivamente con la tracción en superestructuras de hormigón pretensado, para controlar la fisuración.

Servicio IV: Combinación de cargas relacionada exclusivamente con la tracción en subestructuras de hormigón pretensado, para controlar la figuración.

Fatiga: Combinación de cargas de fatiga y fractura que se relacionan con la sobrecarga gravitatoria.

Terminología de Puentes

Colapso: Cambio significativo de la geometría del puente que hace que éste ya no sea apto para su uso.

Diseño: Dimensionamiento y detallado de los elementos y conexiones de un puente.

Ductilidad: Propiedad de un elemento o conexión que permite una respuesta inelástica.

Elemento: Elemento discreto o combinación de elementos del puente que requiere una consideración de diseño individual.

Estado Límite: Condición más allá de la cual el puente o elemento deja de satisfacer los requisitos para los cuales fue diseñado.

Estados Límites correspondientes a Eventos Extremos: Estados límites relacionados con eventos tales como sismos, cargas de hielo y colisiones de vehículos o embarcaciones, con períodos de recurrencia mayores que el período de diseño del puente.

Estados Límites de Resistencia: Estados límites relacionados con la resistencia y la estabilidad.

Estados Límites de Servicio: Estados límites relacionados con las tensiones, deformaciones y fisuración.

Estructura con Múltiples Recorridos de Cargas: Estructura capaz de soportar las cargas especificadas luego de la pérdida de un elemento o conexión portante principal.

Evaluación: Determinación de la capacidad de carga de un puente existente.

Factor de Carga: Factor que considera fundamentalmente la variabilidad de las cargas, la falta de exactitud de los análisis y la probabilidad de la ocurrencia simultánea de diferentes cargas, pero que también se relaciona con aspectos estadísticos de la resistencia a través del proceso de calibración.

Factor de Modificación de las Cargas: Factor que considera la ductilidad, redundancia e importancia operativa del puente.

Factor de Resistencia: Factor que considera fundamentalmente la variabilidad de las propiedades de los materiales, las dimensiones estructurales y la calidad de la mano de obra junto con la incertidumbre en la predicción de la resistencia, pero que también se relaciona con aspectos estadísticos de las cargas a través del proceso de calibración.

Ingeniero: Persona responsable por el diseño del puente.

Modelo: Idealización de una estructura a los fines del análisis.

Período de Diseño: Período de tiempo en el cual se basa el cálculo estadístico de las cargas transitorias. Para estas Especificaciones el período de diseño es de 75 años.

Propietario: Persona o agencia con jurisdicción sobre el puente.

Puente: Cualquier estructura que tiene una abertura de no menos de 6100 mm y que forma parte de una carretera o está ubicada sobre o debajo de una carretera.

Puente Fijo: Puente con luz vehicular o navegacional fija.

Puente Móvil: Puente con luz vehicular o navegacional variable.

Rehabilitación: Proceso mediante el cual se restablece o incrementa la resistencia del puente.

Resistencia Nominal: Resistencia de un elemento o conexión a las solicitaciones, según lo indicado por las dimensiones especificadas en la documentación técnica y por las tensiones admisibles, deformaciones o resistencias especificadas de los materiales.

Servicio Regular: Condición que excluye la presencia de vehículos que requieren permisos especiales, vientos superiores a los 90 km/h, y eventos extremos, incluida la socavación.

Solicitación: Deformación, tensión o esfuerzo resultante (es decir, fuerza axial, esfuerzo de corte, momento torsor o flector) provocado por las cargas aplicadas, deformaciones impuestas o cambios volumétricos.

Vida de Servicio: Período de tiempo durante el cual se espera que el puente esté en operación.

Términos Hidráulicos e Hidrológicos

Abertura para un Curso de Agua: Ancho o área de la abertura de un puente en un nivel especificado, medido de manera normal a la dirección principal de flujo.

Agradación: Crecimiento o elevación general y progresiva del perfil longitudinal del lecho de un cauce como resultado de la deposición de sedimentos.

Ancho de Acera: Espacio sin obstrucciones entre barreras o entre un cordón y una barrera, exclusivamente para uso peatonal.

Canaleta de Goteo: Depresión lineal en la parte inferior de los elementos para permitir que gotee el agua que fluye en la superficie.

Cauce Estable: Condición que existe cuando una corriente de agua tiene una pendiente y una sección transversal que permiten que su cauce transporte el agua y los sedimentos entregados desde la cuenca colectora sin degradación, agradación ni erosión significativa de las márgenes.

Cuenca Colectora: Área confinada por divisorias de drenaje y que con frecuencia tiene solamente un punto de descarga; área total de drenaje que contribuye escorrentía a un único punto.

Cuenca de Retención: Instalación para el control de aguas pluviales que embalsa la escorrentía y la descarga temporalmente a través de una estructura hidráulica de salida hacia un sistema de transporte aguas abajo.

Curso de Agua: Cualquier arroyo, río, lago, laguna u océano.

Degradación: Descenso general y progresivo del perfil longitudinal del lecho de un cauce como resultado de la erosión a largo plazo.

Descarga de Diseño: Máximo flujo de agua que el puente puede acomodar sin superar las limitaciones de diseño adoptadas.

Estructura para Corrección de

un Cauce – Cualquier obra construida en una corriente o colocada sobre, adyacente o en la proximidad de un curso de agua para desviar la corriente, inducir deposición de sedimentos, inducir socavación o alterar de alguna otra manera el flujo y los regímenes de los sedimentos del curso de agua.

Geomorfología del Curso de Agua– Estudio de un curso de agua y su zona de inundación en relación con su topografía, la configuración general de su superficie y los cambios que ocurren debido a la erosión y a la acumulación de arrastres erosivos.

Hidráulica – Ciencia que estudia el comportamiento y flujo de los líquidos, especialmente en tuberías y canales.

Hidrología – Ciencia que estudia la ocurrencia, distribución y circulación del agua en la tierra, incluyendo las precipitaciones, escorrentías y aguas subterráneas.

Imbornal – Dispositivo para drenar agua a través del tablero.

Inundación de Cien Años– Inundación provocada por una tormenta y/o marea que tiene una probabilidad del 1 por ciento de ser igualada o superada en un año dado.

Inundación de Control para Socavación del Puente – Inundación de control para socavación. Inundación resultante de una tormenta, marea de tormenta y/o marea que tiene un caudal mayor que la inundación de diseño para socavación, pero en ningún caso una inundación con un intervalo de recurrencia superior al período de 500 años habitualmente usado. La inundación de control para socavación del puente se utiliza para investigar y evaluar las fundaciones de un puente a fin de determinar si éstas pueden soportar dicho flujo y la socavación asociada permaneciendo estable. Ver también superinundación.

Inundación de Desbordamiento– Caudal de inundación que, si es superado, provoca que haya un flujo sobre una carretera o puente, sobre una divisoria de drenaje, o a través de estructuras provistas para alivio de emergencia. La peor condición de socavación puede ser provocada por la inundación de desbordamiento.

Inundación de Diseño para Socavación del Puente– Caudal de inundación menor o igual que la inundación de 100 años de período de recurrencia que provoca la máxima socavación en las fundaciones del puente. La carretera o el puente se pueden inundar en presencia del nivel de agua correspondiente a la inundación de diseño para socavación del puente. La

peor condición de socavación puede ser provocada por la inundación de desbordamiento, como resultado del potencial flujo a presión.

Inundación de Diseño para una Abertura para un Curso de Agua– Descarga, volumen, nivel o altura de cresta de ola pico y la probabilidad de excedencia asociada que se seleccionan para el diseño de una carretera o puente sobre un curso de agua o zona de inundación. Por definición, la carretera o puente no se inundarán en presencia del nivel de agua correspondiente a la inundación de diseño para una abertura para un curso de agua.

Inundación de Población Mixta – Caudales de inundación originados por dos o más factores causales, por ejemplo, una marea viva provocada por vientos de mar generados por un huracán o precipitaciones sobre un manto de nieve

Inundación de Quinientos Años– Inundación provocada por una tormenta y/o marea que tiene una probabilidad del 0,2 por ciento de ser igualada o superada en un año dado.

Luz libre– Espacio horizontal o vertical sin obstrucciones.

Marea– Elevación y descenso periódico del nivel de los océanos que se produce como resultado de los efectos de la luna y el sol actuando sobre la tierra en rotación.

Marea Viva– Marea de rango aumentado que se produce aproximadamente cada dos semanas, cuando hay luna llena o nueva.

Peralte– Inclinación de la superficie de la calzada para contrarrestar parcialmente las fuerzas centrífugas que actúan sobre los vehículos en las curvas horizontales.

Puente de Alivio– Abertura en un terraplén en una zona de inundación para permitir el pasaje del cauce mayor.

Socavación Generalizada o de Contracción– Socavación de un cauce o zona de inundación que no está localizada en una pila u otra obstrucción del flujo. En un cauce la socavación generalizada/de contracción habitualmente afecta la totalidad del ancho del cauce o la mayor parte del mismo, y típicamente es provocada por una contracción del flujo.

Socavación Localizada– Socavación de un cauce o zona de inundación que está localizada en una pila, estribo u otra obstrucción del flujo.

Superinundación– Cualquier inundación o caudal de marea con un caudal mayor que el de la inundación de cien años, pero no mayor que el de una inundación de quinientos años.

Zona Libre– Área relativamente plana, sin obstrucciones, más allá del borde de la calzada para la recuperación de vehículos descarrilados. La calzada no incluye banquinas ni carriles auxiliares.