Solicitaciones a considerar en los puentes - Fuerza centrífuga

 Cuando un puente está ubicado en una curva, se deberá tener cuidado de verificar la fuerza centrífuga que puede provocar momentos torsores importantes en la superestructura y esfuerzos cortantes a nivel de apoyos y coronamiento de la infraestructura.

Esta fuerza viene dada como un porcentaje de la carga viva sin impacto y se evalúa con la siguiente expresión:

Donde:

v = Velocidad de diseño de la carretera en Km./HR.

R = Radio de curvatura en el eje del puente en metros

La fuerza horizontal resultante por este concepto debe ser aplicada a todas las fajas de tráfico.

La altura de aplicación de esta fuerza es 1.8m. sobre la capa de rodadura.

En los puentes curvos se debe prever el peralte de la calzada evitando espesores adicionales, es decir alzando las vigas sobre sus pedestales de apoyo.

Cuando un piso de losa de hormigón armado o un tablero de parrilla metálica está ligado a sus apoyos, se puede suponer que el tablero resiste dentro de su plano el corte resultante de la fuerza centrífuga que transmite la carga viva, para lo que el peralte será tomado en cuenta.

Solicitaciones a considerar en los puentes - Fuerzas sísmicas

 En versiones pasadas de A.A.S.T.H.O. (Las actuales trabajan con la respuesta sísmica y lógicamente su aplicación viene acompañada del plano de Estados Unidos en general cuando se considera sismo en los puentes, la fuerza horizontal está dada por: 

Fh = C*D

Donde:

Fh = Fuerza horizontal aplicada en cualquier dirección y en el centro de gravedad de la estructura.

D = Carga muerta de la estructura.

C = 0.02 para estructuras en cuyo plano de fundación el terreno está sometido a presiones mayores a 0.4 MPa.

C = 0.04 para estructuras en cuyo plano de fundación el terreno está sometido a presiones inferiores a 0.4 MPa.

C = 0.06 para estructuras asentadas sobre pilotes o tubulones.

No se toma en consideración la carga viva.

Se recomienda tomar en este aspecto las normas para sísmicas de cada país, AASHTO las tiene apropiadas a USA.

Solicitaciones a considerar en los puentes - Fuerza de tierras

 Los estribos, además de recibir las reacciones transmitidas por la superestructura están sometidos al empuje de las tierras que conforman el terraplén de acceso para lo que se aplican las siguientes expresiones:

Cuando no hay Sobrecarga en el terraplén:

Cuando se considere carga viva distribuida sobre el terraplén se trabaja con una altura equivalente que es adicionada a la altura del relleno o sea:

Las presiones calculadas con las fórmulas anteriores no deben ser inferiores a las de un líquido equivalente con peso específico de 4.8 kN/m³, es decir:

Cuando los accesos llevan losa de hormigón armado adecuadamente diseñada y apoyada en el coronamiento del estribo no se considerará presión por carga viva.

De todas maneras, tantos estribos como aleros deben llevar drenajes consistentes en barbacanas (huecos que atraviesan los muros) o colectores con tubería perforada y relleno en un espesor de 0.3 m detrás del muro con material granular graduado a manera de filtro.

Solicitaciones a considerar en los puentes - Fuerza de la corriente

 Las aguas provocan una fuerza con tendencia a volcar particularmente las pilas por ello estas deben ofrecer la menor resistencia posible, lo que se consigue dándole formas hidrodinámicas y lo que es más ubicando la pila con la menor sección en la dirección de la corriente y es por ello según se puede observar en la figura 37 que los puentes frecuentemente son enviajados y la infraestructura debe ofrecer la mejor resistencia al paso de la corriente de agua.

Donde: 

p = Presión de la corriente en kN/m²

v = Velocidad de las aguas en m/seg

K = Constante cuyos valors se deducen de la figura 38

Solicitaciones a considerar en los puentes - Fuerza de levantamiento

 Se tomarán providencias para la unión de la superestructura con la infraestructura cuando una carga o combinación de cargas incrementadas al 100 % de la carga viva mas impacto provoque fuerzas de levantamiento en cualquier apoyo (ocurre cuando un tramo interior es demasiado grande en relación a tramos extremos muy cortos apareciendo componentes de reacción que levantan y en realidad golpetean, fenómeno conocido como fatiga y que se traduce en un deterioro del pedestal de apoyo).

Solicitaciones a considerar en los puentes - Viento en la infraestructura

 Además de las reacciones por viento transmitidas por la superestructura se tomará una presión de 2 kN/m² aplicada en la dirección más desfavorable para lo que luego de su aplicación se la descompone en las dos direcciones antes mencionadas.

En la figura 36 se muestra la dirección más desfavorable del viento sobre una pila, de manera que las fuerzas resultantes por este concepto son respectivamente:

Viento longitudinal:

Donde: 

p = Presión del viento en la infraestructura 

P = 2 kN/m²

L = Separación entre ejes de pilas en metros

D = Ancho de la pila en metros

B = Espesor de la pila en metros

H = Altura libre de la pila entre el nivel de aguas y su coronamiento en metros.

Las unidades para Fvl y Fvt serán en kilo Newton (kN)

Solicitaciones a considerar en los puentes - Viento en la carga viva

 Será considerada como una fuerza por metro lineal de estructura de acuerdo a la tabla siguiente:

Estas cargas se aplican a 1.8m por encima de la capa de rodadura.

En puentes corrientes con luces de hasta 50 m se emplearán las siguientes cargas:

• Viento longitudinal sobre la carga viva: 0.06 kN/m
• Viento transversal sobre la carga viva: 1.50 kN/m

Estas presiones se aplican a la misma luz de cálculo en los dos casos.

Solicitaciones a considerar en los puentes - Viento en la superestructura

 Estas solicitaciones vienen expresadas por unidad de superficie expuesta en elevación, es decir que esta superficie en elevación sirve para las dos componentes.

Cuando se diseña la superestructura sólo se toman en cuenta las fuerzas transversales o perpendiculares al tráfico con valores de 3.75 kN/m² para reticulares y 2.25 kN/m² para vigas en alma llena.

En cambio cuando se diseña la infraestructura, además de las reacciones en las dos direcciones transmitidas por la superestructura se tiene las presiones del viento aplicadas directamente en al infraestructura según se detalla en el inciso correspondiente.

Las fuerzas transversales como longitudinales transmitidas por la superestructura para diversos ángulos de la dirección del viento son las que se indican en los cuadros siguientes, en los que el ángulo de esviaje es medido entre la dirección del viento y la perpendicular al eje del camino. La dirección supuesta del viento será aquella que produce los máximos esfuerzos en la infraestructura debiendo ser aplicadas simultáneamente en las dos direcciones.

En puentes corrientes con luces hasta de 50 m. se emplearán las siguientes cargas:

        Viento longitudinal en la superestructura: 0.60 kN/m² 

        Viento transversal en la superestructura: 2.45 kN/m² 

Estas presiones se aplican a la misma elevación de la superestructura en los dos casos

Solicitaciones a considerar en los puentes - Cargas debidas al viento

 La Presión debida al viento incide tanto en la superestructura como en la carga viva y la infraestructura. Su dirección es variable, pero para el diseño se trabaja solo con las componentes en la dirección perpendicular al tráfico (sobre la elevación del puente) y paralela al tráfico.

Solicitaciones a considerar en los puentes - Fuerzas Longitudinales

 Son provocadas por el frenado brusco de los vehículos y su magnitud está dad por el 5% de la carga viva sin impacto aplicada en todas las fajas de tráfico y desarrollada en la misma dirección. se emplea la carga equivalente y su correspondiente carga concentrada para momento según se detalla a continuación:

Fr = 0.0*(q*L+Cm)*n

Donde:

Fr = Fuerza longitudinal debido al frenado

q = Carga equivalente del vehículo especificado

L = Longitud total del puente

Cm = Carga concentrada para momento

n = Número de fajas de tráfico

El centro de acción de esta fuerza se encuenta a 1.8 m sobre la capa de rodadura.

Solicitaciones a considerar en los puentes - Postes y pasamanos peatonales - Parapetos, postes, barreras y pasamamos mixtos

 Tratándose de puentes de ciudad en correspondencia con vías que permiten circular a los vehículos con velocidades apreciables o cuando las aceras resultan muy bajas se recomienda hacer los diseños con este tipo de parapetos, en los que hasta los 0.7m. de altura se aplican las solicitaciones especificadas en el ítem a, en cambio el pasamanos que llega a los 0.9m recibe las solicitaciones especificadas en el ítem b (Ver figura 35)

Solicitaciones a considerar en los puentes - Postes y pasamanos peatonales

 Estos se disponen en pasarelas o puentes de ciudad donde las aceras y calzada coinciden con la sección de las calles. Sin embargo lo correcto es separar la calzada con los parapetos detallados en el ítem a y al borde de la acera los del ítem b.

En los pasamanos peatonales se aplican simultáneamente cargas distribuidas de +- 0.75 kN/m. en el sentido horizontal y 0.75 kN/m. en el vertical.

La altura del pasamanos superior debe llegar a 0.9 m., ver figura 34.

Solicitaciones a considerar en los puentes - Parapetos y barreras vehiculares

 Cuando el propósito de la vía es para uso exclusivo de vehículos, se debe prever en el puente parapetos de hormigón, metal o madera o una combinación, de forma tal que garantice que el vehículo no salga del puente y asimismo sufra mínimo, para lo que es aconsejable darle continuidad y buenos anclajes, cuidando la estética del puente.

En estos casos el reglamento A.A.S.H.T.O. recomienda tomar una fuerza horizontal total de 45 kN., la misma que puede ser fraccionada como se puede ver en la figura 33 donde se muestran algunos casos frecuentes.

Esta carga se la aplica perpendicularmente a al dirección del tráfico y concentrada ya sea en los postes o al medio de las barreras según sea el elemento que se este diseñando.

La altura máxima de las protecciones debe llegar a 0.7 m. y si lleva parapeto, este a 0,45m.

Solicitaciones a considerar en los puentes - Parapetos, postes y pasamanos

 Se prevén en los bordes de las aceras o directamente de las calzadas para proteger a los peatones o a los vehículos. En algunos casos se prevén parapetos vehiculares entre la calzada y la acera y al borde de la acera postes y pasamanos peatonales.

Solicitaciones a considerar en los puentes - Choque

 Es una fuerza horizontal de 7.5 kN/m provocada por el choque lateral de los vehículos contra los bordillos.

Se le aplica a una altura máxima de 0.25 m. por encima de la capa de rodadura, y en caso de que el bordillo sea de menor altura esta se la aplicará en la parte superior (ver figuras 32) 

Solicitaciones a considerar en los puentes - Cargas en las aceras

 Los pisos de las aceras, largueros y sus soportes intermedios serán diseñados para una carga viva de 4.15kN/m². Vigas maestras, reticulares, arcos y otros miembros serán diseñados para la siguiente carga viva aplicada en la superficie de la acera:

Luces menores a 7.6 m. de longitud.......... 4.15 kN/m²

Luces de 7.61 m. a 30.00 m...................................2.90. "

Luces mayores a 30.01 m. de acuerdo a la siguiente expresión:

Al calcular los esfuerzos en las estructuras que soportan aceras en voladizo, la acera será considerada cargada en su totalidad solamente en un lado de la estructura si es que esta condición produce los máximos esfuerzos.

Los bordillos de seguridad o bordillos anchos para el uso ocasional de peatones serán diseñados para las cargas especificadas anteriormente si es que el ancho del bordillo es mayor a 0.6 m. porque de ser menor no se aplica la carga viva.

El ancho mínimo para que se puede denominar acera es de 0.45 m. (Lo contrario es simplemente bordillo)

Solicitaciones a considerar en los puentes - Reducción de la intensidad de las cargas

 Cuando se producen esfuerzos maximos en cualquier miembro por la carga simultánea de cualquier número de fajas de tránsito, los siguientes porcentajes de los esfuerzos por carga viva, se emplearán en vista de la improbable coincidencia de las cargas:

Una o dos fajas............100%

tras fajas........................90%

cuatro o más fajas.........75%

La reducción de la intensidad de las cargas en las vigas transversales será determinada como en el caso de los reticulares principales o vigas maestras, utilizando el ancho de la calzada, el cual deberá ser cargado para producir los máximos esfuerzos en las vigas transversales.