GENERALIDADES PARA LA PROYECCIÓN DE SUPER-ESTRUCTURAS DE LOS PUENTES.

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Previamente antes de realizar un estudio que competen a la superestructura de un puente se debe establecer unos criterios que se aplican a ellas, en cuanto a las cargas que están proyectadas y en la forma en la que se distribuyen, anchos de vías factores de impacto y otros datos que son fundamentales para conformar el proyecto. Los datos se definen por las normativas de los proyectos vigentes en una región determinada, una de la más referente para la proyección es la norma publicadas por la Asociación Americana de Fundamentos de Carreteras con sus siglas en ingles AASHTO, en ciertos casos estas son comparadas con las normas de Reglamento Alemán (normas DIN). Se toma en consideración que las normativa AASHTO está basada en los métodos elásticos de proyectos con cargas de servicio, en la actualidad se tomado como alternativa el método de los estados limites, siguiente esa norma para la proyección de puentes, tratando de indicar en cada caso, la fuente o autoridad en que se basan los valores recomendados. En Venezuela las normas COVENIN 1753 y la norma COVENIN 1618 son las que se rigen por esta metodología de los estados límites.

Los proyectos de cálculo de puentes de cualquier índole responden a un principio que representan las líneas de influencia para la determinación del efecto de las cargas rodantes, debido a que son el principio fundamental que se basa determinación de las líneas de influencia. El proyecto de cualquier tipo de estructura para un puente se debe indiciar con la definición de sus datos generales que pueden agruparse en tres datos.

1. Descripción de la estructura. Es donde se define el ojo del puente, por la altura, longitud y número de tramos, la composición de la calzada, por su número de canales, ancho y galibo de cada uno, y cualquier otro requerimiento que fije la composición geométrica del puente.
2. Especificaciones de los materiales. Sean puentes metálicos (limite elástico, resistencia tensil y módulo de elasticidad del acero) o puentes de concreto armado, o concreto pre comprimido (resistencia a compresión, densidad y módulo de elasticidad del concreto, limite elástico del acero de refuerzo, resistencia tensil de los torones), así como las exigencias normativas para su diseño.
3. Cargas de cálculo. En estas se debe incluir el peso propio permanente de los elementos estructurales, las sobrecargas variables correspondientes al uso del puente (carretero, ferrocarrilero, especial o combinado),  las normativas para las sobrecargas rodantes, formadas por un cierto número de ejes, de magnitud y separación establecidas para representar el efecto estadístico de las cargas variables que se presume que circulara por el puente y su frecuencia, este cálculo de forma simplificada hay normas que definen las sobrecargas equivalentes, uniformemente repartidas que produzcan las solicitaciones de corte y momento.

El ancho y la altura libre de una puentes constituye a su galibo, se debe respetar, cuando se establecen las dimensiones de las superestructuras que se va a proyectar, el ancho total de una vía se debe mantenerse en el puente para evitar una contracciones de entrada, esto va a depender de la posición de las sección transversal de la misma en la cual entran estos elementos de la vía.

• Ancho de trochas. Las vías para tránsito automotor están compuestas de 2, 3 o 4 trochas o carriles las cuales se agregan en algunos casos más trochas por el alto volumen de tránsito, o para estacionamiento. En ancho de las trochas de forma universal es de 3.05 metros para tránsito de baja velocidad, en vías de alta velocidad se establece una ancho no menor a 3.60 metros y en caso de presentar transito rápido y pesado se debe elevar el ancho a 4.50 metros. Las  trocas para estacionamientos se les dé un ancho de 2.40 metros y se aumente a 3.05 si existe tun alto porcentaje de trafico pesado.
• Hombrillos y zonas de seguridad. Los hombrillos se admiten en las estructuras, cuando su longitud excede los 15 metros, utilizando una zona de seguridad de 0.9 metros en cada extremo paralelo a las trochas, estos hombrillos se pueden reducir a 0.60 metros en caso de que las trocha más ancha sea de 3.60 metros.
• Aceras y burladeros. Las acera destinadas a tránsito peatonal se utilizan los puentes urbanos, a cuyo efecto se diseña con ancho múltiples de 0.6 metros y en todo caso no menores de 1.20 metros.
• Altura libre. La altura libre de las secciones aceptado es de 4.27 metros como mínimo la cual es suficiente para superar la altura máxima de los vehículos que limita 3.50 metros.

SOBRE CARGAS USUALES EN LA PROYECCIÓN DE PUENTES.

Las estructura de los puentes están generalmente sometida a dos tipos de sobrecarga, siento estas las siguientes.

• Sobrecargas verticales, en estas están incluidas las acciones generadas por el peso propio y el de las cargas rodantes que se caracterizan por ser uniformes o concentradas.
• Sobrecargas horizontales, estas incluyen la acción del viento, el frenado e impacto sobre las barandas y brocales del puente.

En algunos casos actúan sobre las estructuras sobrecargas especiales, tales como empujes de tierra, efectos de temperatura y contracción del fraguado del concreto, acciones sísmicas. En la proyección de puentes se estudia de forma detallada el transito que transcurrirá en la estructura, y determinar con un estudio probabilístico la magnitud de cargas del diseño.

LAS SOBRECARGAS REPARTIDAS.

Se deben primordialmente al peso permanente de la estructura y en ciertos casos a cargas móviles uniformemente distribuidas, estas cargas están bajo condiciones de las luces y los anchos del puente, este peso produce esfuerzos elevados de los que se puede soportar y por ello es conveniente siempre tratar de reducir su magnitud al mínimo posible. Los pesos permanentes de la estructura son definidos por los materiales que la conforman por ello se debe conocer la densidad de cada material utilizado en la construcción.

Acero; 7850kg/m3

Concreto; 2400kg/m3

Aluminio; 2800kg/m3

Tierra compactada; 1900kg/m3

Tierra suelta; 1600kg/m3

Carpeta asfáltica; 45kg/m2

En las aceras de los puentes urbanos estos son calculados con la acción de sobre cargas uniformemente distribuidas, cuyo valores están propuestos debido a las diversas especificaciones las cuales suponen que el ancho de la acera está lleno en su totalidad. Según la norma AASHO, para todo elemento cuya luz sea menor de 7.5 metros esta sobre carga tendrá u  valor de 415kg/m2, y esta luz va en aumento se aplica una formulación para obtener la sobre carga.

Donde,

L= A la luz del puente en metros.

b= El ancho de la acera en metros.

En ningún momento esta sobrecarga debe ser menor que 150kg/m2

LAS SOBRECARGAS CONCENTRADAS.

Representan la acción de los vehículos, trenes de vehículos que transitan por el puente, es evidente que los vehículos que se utilizan en la actualidad varían de gran forma, dimensiones, peso y distribución de cargas en las ruedas, pero esta variedad es los países poseen reglamento o disposiciones que regulan el dimensionamiento de los vehículos y fijan límites a las cargas permisibles, con el propósito de simplificar los el cálculo de la proyección, se busca siempre la causa de cargas más desfavorable con el vehículo más pesado camión con trenes que es probable que transiten por el puente.

En Europa y Norteamérica, se ha realizado estudios estadísticos que permiten establecer la magnitud y disposición de las cargas rodantes que deben formar el tren de cargas normales, estas cargas normales, varían en ciertos países, de acuerdo con las normas de proyectos vigentes, pero se ha generalizado mucho el uso de sobrecargas establecidas por la AASHO, que agrupan en tres denominaciones, H10, H15 y H20, seguidas de un sufijo que define el año de la norma, estas están definidas por peso en toneladas.

Recientemente se ha extendido mucho el uso de remolques de considerables capacidad para prever esta contingencia, se han adoptado por la AASHO nuevas serie de sobrecargas denominadas HS10,HS15 y HS20.

La elección del tipo de sobrecarga que se utilizara en el proyecto, dependerá de la relevancia de la vía en la cual se está ubicando el puente y de la clase de vehículos cuyo transito se prevé. En todo caso, la red de carreteras nacionales en Venezuela no debe utilizarse trenes de cargas menores al H15. En el proyecto se supone que cada tren de vehículos ocupa una trocha de tránsito y por lo tanto cada una de las trochas del puente debe suponerse completamente llena, con el conjunto de vehículos que constituyen el tren, colocadas en la posición más desfavorable. Según la norma AASHO cada tren de carga ocupa una trocha de transito de 3.05 metros de ancho, de acuerdo con el ancho total de la vía se supone que actúan sobre la estructura.

Todas las trochas debe estar ocupadas de forma simultanea por la combinación más desfavorable de vehículos usuales por ello en estos casos resulta admisible una reducción en la magnitud de las sobrecargas móviles del cálculo. La normativa AASHO  aceptan una reducción del 10% en la  magnitud de las cargas, para los puentes de 3 trochas y del 25% de dicha magnitud para los puentes de 4 trochas o más. 

En el proceso de cálculo se establecen que se produzcan diagramas de momentos de fuerzas cortantes y empujes, equivalentes a las envolventes máximas de las solicitaciones de carga, previamente calculada bajo la acción de los trenes normales de cargas concentradas. Las normas AASHO, establecen las sobrecargas uniformes equivalentes por trocha, correspondientes a los trenes normales de carga mencionados antes, adicionando esta carga con una carga concentrada, aplicada en el punto más desfavorables obteniendo las combinaciones, siguientes.

Esta carga equivalentes produce efectos mayores que el tren de cargas, cuando la luz de la estructura es mayor a los 17 metros, por lo tanto debe utilizarse para todos los proyectos de puentes cuya luz exceda ese valor.

SOLICITACIONES MÓVILES DE CARGA.

El proyecto de puentes adquiere especial importancia a las solicitaciones móviles de carga por lo que se debe realizar un estudio detallado. Se consideran cargas móviles de una viga aquellas que pueden cambiar su posición con relación a los apoyos de la viga debida que ellas se desplazan a lo largo de la luz produciendo variaciones en los momentos y fuerzas cortantes que ocasionan en todas y cada una de las secciones de la viga.

Las cargas móviles pueden ser uniformemente distribuidas o concentradas, considerándose como carga móvil uniformemente distribuida ocupa un espacio considerable de la viga sea a partir de un apoyo o en una longitud media cualquiera. Las cargas concentradas móviles se denominan también cargas rodantes, dado que se originan generalmente por el desplazamiento de los vehículo sobre la estructura, estas cargas rodantes se presentan formando pare de carga o trenes de carga, constituidos por una serie de ejes cuya distancia relativa se mantiene constante.

Es evidente que existirá una posición de las cargas móviles, para la cual el momento y las  fuerzas contantes que se generan sobre determinada sección llegara a un valor máximo y también que entre todas las secciones de la viga. En el diseño de vigas para puentes es necesario conocer el máximo valor de los momentos y las fuerzas cortantes ya que estas solicitaciones de carga serán determinadas de las dimensiones de la sección.