Puente Lavalle - Evaluacion Estructural

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Ing. Civil Alfredo Perulini - aperullini@hotmail.com - aperullini@gmail.com

Por: Alfredo Ernesto Perullini Ingeniero Civil .
INDICE
1.- Introducción.-
2.- Objeto.-
3.- Caracterización Estructural.-
3.1.- Descripción de la Estructural.-
3.2.- Caracterización Estructural.-
3.2.1.- Tipología.-
3.2.1.1.- Superestructura.-
3.2.1.2.- Infraestructura.-
3.2.2.- Esquema Estructural.-
4.- Inspección Ocular.-
5.- Evaluación Estructural.-
5.1.- Bases de Cálculo.-
5.1.1.- Hipótesis de Cargas.-
5.1.2.- Fuerzas Principales.-
5.1.3.- Fuerzas Adicionales.-
5.1.4.- Escenarios de Cargas.-
6.- Modelo Estructural.-
6.1.- Caracterización de los elementos.-
6.1.1.- Módulos de Elasticidad.-
6.1.2- Coeficientes de dilatación Térmica lineal a 1°c.-
6.1.3.- Tensiones Admisibles y Características.-
6.2.- Consideraciones de Fatiga en Hormigón Simple.-
6.3.- Dimensiones.-
7.- Modelo: Graficas resultantes del modelo utilizado.
8.- Resultados.-
8.1.- Envolventes de Tensiones en Arcos.-
8.2.- Envolventes de Tensiones en paredes laterales.-
8.3.- Envolventes de Momentos en Tablero.-
8.4.- Envolventes de Reacciones.-
9.- Conclusiones.-
10.- Recomendaciones.-


1.- INTRODUCCION

El puente Lavalle aparte de ser uno de los nexos más importantes en el transito urbano en la zona céntrica, actualmente posee una serie de circunstancias que ameritan su evaluación estructural, las misma son:

1.- Su antigüedad.

2.- Elevadas frecuencia de transito vehicular y peatonal.

3.- Fisuras visibles en las losas de vereda.

2.- OBJETO
El objeto del presente trabajo es por tanto, realizar una evaluación estructural del puente en arco de Hormigón Simple que permita analizar la seguridad de circulación de vehículos, como así también la seguridad de circulación peatonal por las veredas laterales existentes. Esta evaluación tendrá en cuenta los daños detectados durante la inspección y su evolución.
Es importante destacar que esta estructura fue proyectada para unas condiciones de explotación muy diferentes a las actuales (cargas, intensidad de tráfico, etc.). Además, tras una larga vida útil (aproximadamente más de 80 años), su estado actual (materiales, configuración estructural, incluso geometría) puede haber cambiado notablemente con relación al inicial. Todo esto hace imprescindible realizar una evaluación estructural del puente teniendo muy en cuenta el peculiar comportamiento de estas estructuras (puentes en bóvedas de Hormigón Simple) y su estado actual.

3.- CARACTERIZACIÓN ESTRUCTURAL

A continuación se recogen los trabajos realizados en cuanto a la descripción de la Estructura y su inspección técnica.

3.1 DESCRIPCIÓN DE LA ESTRUCTURA

El puente se encuentra entre las calles Hipólito Irigoyen y Avenida 19 de Abril, márgenes del Río Xibi-Xibi, de manera tal que da continuidad a la calle Lavalle y Dorrego.

El puente es de eje recto y consta de cinco tramos iguales y consecutivos, los cuales se fundaron sobre pilas de fábrica de piedra, como así también los estribos en ambos márgenes.



Figura 1.- Vistas del puente desde Avenida 19 de Abril aguas abajo.



Figura 2.- Vistas desde el puente hacia calle Lavalle y avenida 19 de Abril.


Estructuralmente el puente es el resultado de diferentes actuaciones sobre la obra originaria. Actualmente existen cinco bóvedas de Hormigón Simple de directriz semicircular y de 15.00 m de luz cada uno.
Originalmente el puente se puso en funcionamiento con un tablero del mismo ancho que los arcos, el cual asentaba en un relleno de suelo, contenido lateralmente mediante un muro de Fábrica de piedra, con el objeto de transmitir la carga del tablero a las bóvedas.

Por supuesto, que con el correr de los años la necesidad de remodelarlo para que se adaptase a las nuevas exigencias del transito, termino en la remodelación del mismo, la cual fue específicamente la construcción de un tablero de Hormigón Armado el cual incorporaba lateralmente en voladizo las veredas que actualmente posee.

Figura 3.- Ubicación del Puente Lavalle.-

3.2 CARACTERIZACIÓN ESTRUCTURAL


La caracterización estructural es el primer paso dentro de la evaluación de cualquier tipo de puente. El análisis de las dimensiones geométricas, el estudio, de las principales propiedades mecánicas de los materiales empleados en los diferentes elementos estructurales, así como la evaluación de los daños existentes, supone el primer acercamiento hacia la evaluación estructural de los puentes de este tipo.


3.2.1 Tipología:
3.2.1.1.- Superestructura:


La superestructura de este puente esta conformado principalmente por una serie de cinco bóvedas de Hormigón Simple. Estructuras que basan su estabilidad en el comportamiento a compresión de dichas elementos. El puente en cuestión se construyo en 1925, como lo indica la foto de la placa de reseña que existe actualmente en uno de los laterales a la salida sobre Avenida 9 de Julio, el cual originalmente disponía de un tablero superior el cual fue demolido. Este tablero no contaba con las veredas en voladizos que actualmente se ven, debajo del tablero se encontraba relleno por suelo (confinado por muros de piedras laterales), el cual transfería las cargas a las bóvedas de hormigón simple. Figura 4.- Sección del antiguo Tablero.-



Figura 5.- Foto de placa recordatoria existente en el lateral sobre Avenida 19 de Abril.-

En 1950/60 aproximadamente, el Instituto de Vivienda y Urbanismo realiza la modificación del mismo, demoliendo el tablero existente y construyendo un tablero superior de Hormigón Armado, el cual incluía las veredas laterales en voladizo.
No se pudo encontrar los planos originales del puente, sin embargo se encuentra en la actualidad en la Dirección Provincial de Vialidad el plano del tablero de Hormigón Armado construido por el Instituto de Vivienda.

Figura 6.- Sección del Tablero existente.

El acero de la armadura del Hormigón Armado del Tablero existente es liso del tipo 22/34.-

Sobre la losa de tablero se construyo una carpeta de desgaste de 5cm de espesor con juntas transversales cada 4.50m y juntas longitudinales, cada 3.00m, sellada con material asfáltico. Con el tiempo se reparo la misma colocando un tratamiento bituminoso de 8cm de espesor.

Figura 7.- Vista lateral del puente y ubicación de las secciones del tablero.-

Figura 8.- Vista lateral de la mitad del puente.-

3.2.1.2.- Infraestructura:

La infraestructura esta conformada por cuatros pilas construidas en fábrica de piedras, y estribos en ambos márgenes, de fábrica de piedra.

Es menester mencionar que al no contar con los planos original de la obra, no se dispone de datos de fundación de la misma, especialmente la cota de fundación.

3.2.2.- Esquema estructural:

Figura 9.- Esquema Estructural del puente.-

Como puede observarse en el esquema anterior, las cargas siguen el siguiente orden; Tablero, relleno de suelo, bóvedas, y luego pasan al terreno mediante las pilas que se disponen en los apoyos de las bóvedas de H° Simple.

4.- Inspección ocular:

Como se puede observar en las fotos anteriores, existen a simple vista una serie de fisuras que van desde 2mm a 12mm en algunas sectores.

Las fisuras más visibles son las que aparecieron en las losas en voladizo de vereda, y de acuerdo a lo que se puede deducir por su disposición, fueron generadas por la insuficiente armadura de repartición de la losa en voladizo, la cual fue sometida a la influencia de los cambios de temperatura, ya que es notorio las fisuras del lado aguas arriba con las de aguas abajo.

Las fisuras visibles de las veredas inducen a un serio problema de degradación por oxidación de la armadura principal, problema acrecentado por el tipo de acero utilizado como armadura (Hierro liso-ver foto anterior).

Las fisuras que presentan en la parte inferior de las bóvedas de hormigón simple, son de menor abertura, las cuales podrían deberse a una serie de acciones, como:

• Cargas de uso excesivas sobre el puente, las cuales generan tensiones de tracción en la parte inferior de la clave de la bóveda.
• Movimientos diferenciales de la fundación.
• Movimientos sísmicos ocurridos.

Si las fisuras se generaron por algunas de las acciones enumeradas, son de importancia relevante, especialmente por que el Tablero y la infraestructura son elementos estructurales de Hormigón simple, y por lo tanto de falla Frágil.

5.- EVALUACIÓN ESTRUCTURAL

Estos trabajos comprenden el análisis de las condiciones de seguridad y servicio de la superestructura y de la Infraestructura del puente en cuestión.

Además, se estudia el comportamiento de la estructura ante las cargas de servicio, no tanto por conocer el cumplimiento de valores admisibles de deformaciones o vibraciones, sino por analizar el régimen de trabajo de la estructura ante las cargas habituales de tráfico.

De esta manera, no sólo se cuantificará la seguridad de la estructura ante las cargas actuales, sino que se estudiará si el funcionamiento de la estructura ante las cargas del tráfico habituales está induciendo daños y problemas en la estructura.

5.1.- BASES DE CÁLCULO

Para la evaluación estructural del puente Lavalle se ha dividido la Superestructura en Arcos y Tablero, y la infraestructura en pilas y estribos.

Para el análisis de la Superestructura se modelizo la misma utilizando el Programa SAP 2000 Advanced 10.0.1, el cual permite realizar un análisis tridimensional de la estructura, en donde el suelo de relleno, entre los arcos y el tablero se lo modelizo mediante elementos sólidos, de manera tal de tratar de aproximar al máximo el mecanismo de transferencia de las cargas a los arcos.

5.1.1. HIPÓTESIS DE CARGA.-

Las fuerzas que solicitan las estructuras de los puentes y que deben considerarse en los cálculos se dividen en los dos grupos siguientes:

- Fuerzas Principales:
a) Carga permanente.
b) Sobrecarga accidental.
c) Impacto.
d) Influencias de la temperatura, contracción y fluencia del hormigón.

- Fuerzas Adicionales:
a) Acción del viento.
b) Esfuerzo producido por el frenado de vehículos.
c) Esfuerzo transmitido por la baranda.
e) Esfuerzos originados por el desplazamiento y asentamiento de estribos y pilares.
f) Efectos originados por la presión del agua y choque de objetos yo vehículos sobre pilares y acción de los movimientos sísmicos.

5.1.2.- FUERZAS PRINCIPALES

CARGAS PERMANENTES

PESOS ESPECIFICOS
- Hormigón Simple = 2.30 tn/m³
- Hormigón Armado = 2.50 tn/m³
- Material de relleno (suelo) = 1.80 tn/m³ (seco) – 2.00 tn/m³ (Humedo)
- Fábrica de Piedra: 2.00 tn/m³
- Material asfáltico o bituminoso = 1.50 tn/m³

PESO PROPIO DE LA ESTRUCTURA

El programa genera los pesos propios de la estructura, con los datos de materiales cargados, como ser: Peso especifico, Masa, Modulo de elasticidad, Coeficiente termico, modulo de Poisson, etc.

PESO CARPETA DE DESGASTE EXISTENTE
Espesor 4 cm
-. Qcd= 0.05m x 2.30tn/m³ = 0.12 tn/m²

PESO DE CARPETA ASFALTICA
Espesor 8 cm
-. qca= 0.08m x 1.50tn/m³ = 0.12 tn/m²

PESO DE VEREDA
-. qv = 0.15 tn/m²
Los cálculos de resistencia se tomaran el 100% de las cargas.

SOBRECARGA UTIL
Para el análisis de la seguridad, se analizaron dos casos:

Categoría de puentes	A-30	A-25	A-20	Especial
Aplanadora, peso total (t)	30,0	25,0	20,0	Carga Según el caso
Aplanadora, rodillo delantero (t)	13,0	10,0	8,0
Aplanadora, cada rodillo trasero (t)	8,5	7,50	6,0
Multitud compacta (t/m²)	0,6	0,6	0,5
Sobrecarga en veredas (t/m²)	0,4	0,4	0,4

Para la evaluación estructural se adoptara el tipo de puente A-20, es decir Aplanadora de 20 tn, y Multitud compacta de 0.50 tn/m², Sobrecarga en vereda de 0.40 tn/m².

Sobrecarga usual (Tren de carga 2): Para este caso el tren de carga, se definió considerando el volumen de transito que carga el puente.

De acuerdo a censo realizado por la dirección de Transporte de la Municipalidad de San Salvador de Jujuy.

TPDA= 672 vehiculo por hora

VEHICULOS LIVIANOS (VW1 – VW2)

VEHICULOS PESADOS (BUS)

Tren de carga 2: cuatro colectivos en el carril derecho y diez vehículos livianos en el carril izquierdo, sin la multitud compacta.

Este tren de carga tiene en la actualidad una probabilidad de ocurrencia del 95% por semana, lo que es fácilmente comprobable si observan el transito que soporta el puente.

OBSERVASIONES A LAS CARGAS MOVILES

Es menester aclarar que los Trenes de cargas se analizaran como cargas Móviles, de comportamiento Elástico-Lineal y estática (no dinámica), y tendrán las siguientes características:

IMPACTO

Para el cálculo de los esfuerzos originados por la sobrecarga móvil o de las tensiones producidas por la misma, la sobrecarga será afectada por el coeficiente de impacto correspondiente a las características y a la luz de la estructura.

-. Tablero de la calzada: 1.40
-. Bóvedas en sección llena= 1.10

INFLUENCIA DE: la temperatura, de la contracción y de la fluencia del hormigón

En este caso particular, a pesar de que la losa de vereda puede estar sometida a cambios de temperatura, no se analizara ninguna influencia.

5.1.3.- FUERZAS ADICIONALES

ACCIÓN DEL VIENTO.

Como es casi improbable que la acción del viento actué conjuntamente con un Sismo, no se verificara la acción del viento debido a que se verificara la acción sísmica, la cual es también horizontal de mayor valor.

ESFUERZO PRODUCIDO POR EL FRENADO DE VEHÍCULOS.

El frenado de vehículos se tomará en cuenta aplicando una fuerza horizontal en el plano del tablero de 1/25 de la sobrecarga equivalente a la multitud compacta, sin impacto, distribuida sobre todo el largo y ancho de la calzada, debiendo adoptarse como mínimo una fuerza de 0,15 veces el peso de una aplanadora por cada faja de circulación.

El esfuerzo de frenado deberá considerarse en conjunto con la fuerza horizontal originada por el frotamiento de apoyos móviles bajo la acción de la carga permanente.

Cuando este frotamiento tienda a disminuir el esfuerzo de frenado, los coeficientes de frotamiento se tomarán iguales a la mitad de los valores indicados en el apartado A-III-d.

ESFUERZO TRANSMITIDO POR LA BARANDA.

Para el cálculo del tablero del puente se considerará una fuerza horizontal de 80kg por metro lineal de baranda aplicada a la altura del pasamano y en sentido normal al mismo.

La carga Vertical de la baranda existente genera una carga puntual de 0.64tn cada 2.46m.

FROTAMIENTO EN LOS APOYOS MÓVILES.

En este caso en particular, no se cuenta con pilares y estribos con apoyos móviles.

DESPLAZAMIENTO Y ASENTAMIENTO DE LOS ESTRIBOS Y PILARES.

En los casos en que los desplazamientos y asentamientos puedan tener influencia sobre el estado tensional de la estructura deberán considerarse como una acción adicional.

EFECTOS ORIGINADOS POR LA PRESIÓN DEL AGUA, CHOQUE DE OBJETOS O VEHÍCULOS SOBRE PILARES Y ACCIÓN DE LOS MOVIMIENTOS SÍSMICOS.

En este caso en particular solo se tomaran los efectos producidos por Acciones Sísmicas.

Para ello se realizara un análisis dinámico modal espectral, para lo cual se utilizo el espectro elástico de pseudoaceleraciones para la Zona Sísmica tres y tipo de suelo uno, con un amortiguamiento no inferior al 5% del crítico, especificado en la Norma INPRES-CIRSOC 103 en la parte I.

Se adopto la agrupación B de destino y uso (Edificios de uso público no incluidos en el grupo A), con un factor de riesgo igual a uno.

T1= 0.20 seg.
T= 0.07554 seg. – Obtenido del programa
DUTCILIDAD GLOBAL DE LA ESTRUCTURA=> U= 1
Como T es menor que T1, se tiene que el factor de reducción será: R= 0.378
De acuerdo a Norma la acción vertical se reducirá con un coeficiente igual a 0.60.

Cx= Cy= 2.65 - Cz= 1.59

Coeficiente de participación de sobrecarga de servicio = 0.50

5.1.4.- ESCENARIO DE CARGAS

BOVEDAS DE HORMIGON SIMPLE

Con Tren de Cargas 1

Cargas Permanentes + 1.10 x Sobrecarga en Vereda + 1.10 x Tren de carga 1 + 1.10 x Fuerza de Frenado.

Cargas Permanentes + 0.50 x 1.10 x Sobrecarga en Vereda + 0.50 x 1.10 x Tren de carga 1 + 0.50 x 1.10 x Fuerza de Frenado + Sismo

Con Tren de Cargas 2

Cargas Permanentes + 1.10 x Sobrecarga en Vereda + 1.10 x Tren de carga 2 + 1.10 x Fuerza de Frenado.

Cargas Permanentes + 0.50 x 1.10 x Sobrecarga en Vereda + 0.50 x 1.10 x Tren de carga 2 + 0.50 x 1.10 x Fuerza de Frenado + Sismo

TABLERO DE HORMIGON ARMADO

Con Tren de Cargas 1

Cargas Permanentes + 1.40 x Sobrecarga en Vereda + 1.40 x Tren de carga 1 + 1.40 x Fuerza de Frenado.

Cargas Permanentes + 0.50 x 1.40 x Sobrecarga en Vereda + 0.50 x 1.40 x Tren de carga 1 + 0.50 x 1.40 x Fuerza de Frenado + Sismo

Con Tren de Cargas2

Cargas Permanentes + 1.40 x Sobrecarga en Vereda + 1.40 x Tren de carga 2 + 1.40 x Fuerza de Frenado.

Cargas Permanentes + 0.50 x 1.40 x Sobrecarga en Vereda + 0.50 x 1.40 x Tren de carga 2 + 0.50 x 1.40 x Fuerza de Frenado + Sismo

PILAS Y ESTRIBOS

Con Tren de Cargas 1

Cargas Permanentes + 1.40 x Sobrecarga en Vereda + 1.40 x Tren de carga 1 + 1.40 x Fuerza de Frenado.

Cargas Permanentes + 0.50 x 1.40 x Sobrecarga en Vereda + 0.50 x 1.40 x Tren de carga 1 + 0.50 x 1.40 x Fuerza de Frenado + Sismo

Con Tren de Cargas 2

Cargas Permanentes + 1.40 x Sobrecarga en Vereda + 1.40 x Tren de carga 2 + 1.40 x Fuerza de Frenado.

Cargas Permanentes + 0.50 x 1.40 x Sobrecarga en Vereda + 0.50 x 1.40 x Tren de carga 2 + 0.50 x 1.40 x Fuerza de Frenado + Sismo

FUNDACION

Con Tren de Cargas 1

Cargas Permanentes + 1.40 x Sobrecarga en Vereda + 1.40 x Tren de carga 1 + 1.40 x Fuerza de Frenado.

Cargas Permanentes + 0.50 x 1.40 x Sobrecarga en Vereda + 0.50 x 1.40 x Tren de carga 1 + 0.50 x 1.40 x Fuerza de Frenado + Sismo

Con Tren de Cargas 2

Cargas Permanentes + 1.40 x Sobrecarga en Vereda + 1.40 x Tren de carga 2 + 1.40 x Fuerza de Frenado.

Cargas Permanentes + 0.50 x 1.40 x Sobrecarga en Vereda + 0.50 x 1.40 x Tren de carga 1 + 0.50 x 1.40 x Fuerza de Frenado + Sismo

El valor Máximo de las tensiones de Tracción y compresión, de los escenarios mencionados deberán ser menores que la tensión admisible.

Cabe aclarar que el tren de carga 2 no posee multitud compacta.

6.- MODELO ESTRUCTURAL

Como se menciono en párrafos anteriores el programa utilizado es el SAP 2000 v10.0.8., para lo cual se utilizo los siguientes valores característicos de cada material.

6.1.- CARACTERISTICAS DE LOS ELEMENTOS

El cálculo de estructura en elementos de H° simple como en H° A°, se efectuará tomando el momento de inercia que corresponde a la sección íntegra de hormigón sin considerar las fisuras ni el aumento de rigidez proporcionado por la armadura.

6.1.1.- MODULOS DE ELASTICIDAD
Cargas Permanentes
- Hormigón: E= 100.000 kg/cm² – G= 45.000 kg/cm²
- Material de relleno (suelo): E= 50.000 kg/cm²
- Fabrica de piedra: E= 100.000 kg/cm²
Cargas accidentales
- Hormigón: E = 250.000 kg/cm² – G= 110.000 kg/cm²
- Material de relleno (suelo) = 50.000 kg/cm²
- Fabrica de piedra = 100.000 kg/cm²

6.1.2.- COEFICIENTES DE DILATACION TERMICA LINEAL A 1°C
Hormigón Armado= 0,000010
Mampostería de piedra labrada o bruta= 0,0000086.1.3.- TENSIONES ADMISIBLES Y CARACTERISTICAS
Se adopto:
- Hormigón Simple
Tensión admisible a compresión= 50 kg/cm²
Tensión admisible a Tracción= 5 kg/cm²
- Hormigón Armado: Bcn= 170 kg/cm²
- Acero para H° A°: Tensión de fluencia= 2.400 kg/cm² – acero liso
- Fabrica de piedra labrada:
Tension Admisible a compresión = 50 kg/cm²
Tension Admisible a traccion = No se admiten

6.2.- CONSIDERACIONES DE FATIGA PARA HORMIGON SIMPLE

No existen muchos estudios de fatiga en el Hormigón, lo que si se sabe que la falla depende de la amplitud, del signo, y de la frecuencia de aplicación de las cargas.

En este caso en particular se tomara lo existente para pavimentos de Hormigón, lo cual dispone que cuando las continuas aplicaciones de las cargas producen tensiones que exceden del 50% del módulo de rotura (coeficiente de seguridad comprendido entre 1 y 2, queda limitado el número de repeticiones de las tensiones para que el hormigón no experimente fallas por fatiga, para este caso en particular seria una tensión admisible de 25 kg/cm².

Este número límite, o permitido de repeticiones de las tensiones (cargas), puede determinarse mediante el uso de curvas de fatiga, como la de la figura 8.

Para facilitar el cálculo necesario, pueden emplearse los valores de la siguiente tabla.

Relación de tensiones	Repeticiones permitidas	Relación de tensiones	Repeticiones permitidas
0,51 0,52 0,53 0,54 0,55	400 000 300 000 240 000 180 000 130 000	0,71 0,72 0,73 0,74 0,75	1 500 1 100 850 650 490
0,56 0,57 0,58 0,59 0,60	100 000 75 000 57 000 42 000 32 000	0,76 0,77 0,78 0,79 0,80	360 270 210 160 120
0,61 0,62 0,63 0,64 0,65	24 000 18 000 14 000 11 000 8 000	0,81 0,82 0,83 0,84 0,85	90 70 50 40 30
0,66 0,67 0,68 0,69 0,70	6 000 4 500 3 500 2 500 2 000	0,86 0,87 0,88 0,89 0,90	23 17 13 10 8

6.4.- DIMENSIONES
Espesor de la Bóveda de Hormigón simple= 45cm
Espesor del Tablero= Variable (ver siguiente figura)
Ancho muros de fabrica de piedra= 60 cmLuz de cada Arco= 15.00 m
Flecha de cada Arco= 2.80 m

7.- MODELO

VISTA GENERAL

ARCOS

ARCOS Y MUROS DE FABRICA

TABLERO DE H° A°

SUELO DE RELLENO

CARRILES DE CIRCULACION PARA LAS CARGAS MOVILES
CARGAS GRAVITATORIAS EN BARANDA
SOBRECARGA EN VEREDAS

TREN DE CARGA 1 – PASO 10
APLANADAORA DE 20tn EN AMBOS CARRILES + MULTITUD COMPACTA + SOBRECARGA EN VEREDA

TREN DE CARGA 2 – PASO 22

4 COLECTIVOS DE 9.40tn + 5 VEHICULOS LIVIANOS DE 1.00tn + 5 VEHICULOS LIVIANOS DE 1.32tn + SOBRECARGA EN VEREDA

8.- RESULTADOS

A continuación se mostraran los resultados mediante una serie de gráficos que genera el programa.
EJES LOCALES
Para poder interpretar los siguientes gráficos, es necesario ubicarse con respecto a los ejes locales de los elementos que constituyen el modelo.

Los ejes locales de los elementos cáscara siempre tienen el Eje 3 perpendicular a la superficie, y los ejes 1 y 2, varían de acuerdo a la posición del elemento.

8.1.- ENVOLVENTE DE TENSIONES EN ARCOS

Observaciones: Los ejes 1-2 y 3, son locales, y en el caso de los arcos, el eje -3- es perpendicular a la superficie, el eje -1- transversal, y el -2- es longitudinal.

S11-ENVOLVENTE DE MAXIMOS (kg/cm²)

S11-ENVOLVENTE DE MINIMOS (kg/cm²)

S22-ENVOLVENTE DE MAXIMOS (kg/cm²)

S22-ENVOLVENTE DE MINIMOS (kg/cm²)

7.2.- ENVOLVENTE DE TENSIONES EN PAREDES LATERALES

Observaciones: Los ejes 1-2 y 3, son locales, y en el caso de la Losa de Tablero, el eje -3- es perpendicular a la superficie, el eje -2- Vertical, y el -1- es Horizontal.

S11-ENVOLVENTE DE MAXIMOS (kg/cm²)

S11-ENVOLVENTE DE MINIMOS (kg/cm²)

S22-ENVOLVENTE DE MAXIMOS (kg/cm²)

S22-ENVOLVENTE DE MINIMOS (kg/cm²)

TENSIONES EN PAREDES LATERALES

7.3.- ENVOLVENTE DE ESFUERZOS EN LA LOSA DE TABLERO

Observaciones: Los ejes 1-2 y 3, son locales, y en el caso de la Losa de Tablero, el eje -3- es perpendicular a la superficie, el eje -2- transversal, y el -1- es longitudinal.

M11-ENVOLVENTE DE MAXIMOS (tn*m/m)

M11-ENVOLVENTE DE MINIMOS (tn*m/m)

M22-ENVOLVENTE DE MAXIMOS (tn*m/m)

M22-ENVOLVENTE DE MINIMOS (tn*m/m)

7.4.- ENVOLVENTE DE REACCIONES (Como es simétrico se mostraran la mitad de la grafica)

ESCENARIO 1 – TREN DE CARGA 1

ESCENARIO 2 - TREN DE CARGA 2

Si bien las reacciones en el modelo fueron discretizadas, no hay que perder de vista que son distribuidas, por lo tanto se realizara una verificación para determinar si las cargas horizontales en la dirección Y no desvían las cargas normales fuera del Núcleo central. Se adopta la más desfavorable que es el Escenario 1 para el Tren de Carga 1.

El núcleo central es la zona de la Pila, donde si la excentricidad no sobrepasa el valor de 1/6 ancho del estribo, todas las Tensiones que se originan son del mismo signo.-
Ancho Pila de Puente: b= 1.50m => b/6 = 1.50 / 6 = 0.25m Largo Pila de Puente: 9.40m Altura Pila de Puente: 3.70m

Ningún valor de excentricidad supera los 0.25m.

DISMINUCION DE LA TENSION ADMISIBLE POR ALTURA DE PILA

h/b = 2.50 => Alfa = 1.25 => Tensión admisible = 50 kg/cm² / 1.25 = 40 kg/cm²

VERIFICACION DE TENSIONES

N total = 664 tn + 104.34 tn = 768.30 tn - M total = 31.45 tn x m
S = 14.10 m² - W = 1.725 m³
Tensión media en la Pila de Puente = 7.23 kg/cm² (Compresión).-

7.5.- DEFORMADAS

DEFORMADA PRODUCIDA POR LAS CARGAS PERMANENTES

DEFORMADA PRODUCIDA POR EL TREN DE CARGA 1

DEFORMADA PRODUCIDA POR EL TREN DE CARGA 2

MODO 1 DE VIBRACION

MODO 2 DE VIBRACION

DEFORMADA PRODUCIDA POR LAS CARGAS SISMICAS

9.- CONCLUCIONES

De acuerdo a lo evaluado en el modelo de cálculo, se puede inferir que:

LAS BOVEDAS DE HORMIGON SIMPLE

1.- Los Escenarios de cargas verificados producen tensiones de tracción que superan en un 82 % la admisible, en el caso del Tren den carga 1, y en un 54.20% en el caso del Tren de carga 2, lo que deja indica claramente que los coeficientes de seguridad se encuentran por debajo de 2. Esto significa que la estructura se encuentra comprometida seriamente.

2.- Tanto las tensiones de compresión y la de tracción superan el 50% de la Tensión admisible, y las repeticiones permitidas oscilan entre 2500 y 18000, por lo que podría aparecer una falla por fatiga del material.

3.-Es menester dejar aclarado que el Escenario de cargas utilizado en la presente verificación, posee un altas probabilidad de ocurrencia, especialmente el Tren de Carga 2, sin embargo existe una incertidumbre inherente al tiempo desde que se viene generando la misma y la frecuencia, por lo que se hace muy difícil predecir la cantidad de repetición de las cargas que se generaron hasta el momento y cuantas faltan para que se produzcan el colapso de la estructura, lo que si es seguro que si se encuentra en pleno proceso el fenómeno de fatiga del Hormigón Simple con que fueron construidas las Bóvedas.

MUROS LATERALES DE FABRICAS DE PIEDRA

1. Las tensiones de compresión en estos elementos se encuentran dentro de la admisible, sin embargo se generan tensiones de tracción en la zona de la clave de los arcos, la cuales según normas no se admiten, es por ello que se nota que penetra agua por las fisuras generadas por tracción.-

TABLERO DE HORMIGON ARMADO

A continuaron se muestra un detalle de la armadura existente, de acuerdo a plano obtenido de la Dirección Provincial de Vialidad.

Con esta armadura se obtendrá los Momentos admisibles en las secciones correspondientes, para poder así de esta manera verificar si los valores obtenidos en el Modelo de calculo se encuentran cubiertos con la armadura existente. Se utilizara método de rotura (CIRSOC):

Bcn = 170 Kg/cm2
Bst = 2.200 kg/cm2
Coeficiente de mayoración de carga = 1.75

MOMENTO RESISTENTE EN LOSA DE VOLADIZO PARA VEREDA

SECCION A

-d=32 cm - Recubrimiento= 2 cm
Armadura Superior:
10 Ø 12 por metro => Ø12 c/10cm
Momento Nominal => M = 3.98 tn x m / m

SECCION B-C

-d=32 cm - Recubrimiento= 2 cm
Armadura Superior:
10 Ø 16 por metro => Ø16 c/10cm
Momento Nominal => M = 6.76 tn x m / m
Armadura Inferior:
5 Ø 16 por metro => Ø16 c/20cm
Momento Nominal => M = 3.46 tn x m / m

MOMENTO RESISTENTE EN LOSA DE TABLERO

SECCION A

-d=30 cm - Recubrimiento= 2 cm
Armadura Inferior:
5 Ø 12 por metro => Ø12 c/20cm
Momento Nominal => M = 1.83 tn x m / m
Armadura Superior:
8Ø12 por metro => Ø12 c/12.50cm
Momento Nominal => M = 2.90 tn x m / m
-d=20 cm - Recubrimiento= 2 cm
Armadura Superior e Inferior:
5 Ø 12 por metro => Ø12 c/20cm
Momento Nominal => M = 1.13 tn x m / m

SECCION B

-d=30 cm - Recubrimiento= 2 cm
Armadura Superior:
5 Ø 16 por metro => Ø16 c/20cm
Momento Nominal => M = 3.21 tn x m / m
Armadura Superior:
10Ø16 por metro => Ø16 c/10.00cm
Momento Nominal => M = 6.26 tn x m / m
-d=20 cm - Recubrimiento= 2 cm
Armadura Inferior:
5 Ø 16 por metro => Ø16 c/20cm
Momento Nominal => M = 1.97 tn x m / m

SECCION C

-d=20 cm - Recubrimiento= 2 cm
Armadura Superior:
20 Ø 16 por metro => Ø16 c/5cm
Momento Nominal => M = 6.86 tn x m / m

Armadura Inferior:
15 Ø 16 por metro => Ø16 c/7cm
Momento Nominal => M = 5.14 tn x m / m

Armadura Superior e Inferior:

10 Ø 16 por metro => Ø16 c/10cm
Momento Nominal => M = 3.77 tn x m / m
5 Ø 16 por metro => Ø16 c/20cm
Momento Nominal => M = 1.97 tn x m / m

La armadura existente en la Losa del Tablero cubren holgadamente los Esfuerzos en la misma.

La armadura existente en losa en voladizo para vereda, en la dirección principal cubren los esfuerzos, sin embargo la armadura de distribución existente no alcanzan a cubrir los esfuerzos negativos y positivos que se generan.

Si bien la armadura principal cubre holgadamente los Esfuerzos que se generan, las fisuras existentes permiten la entrada de agua pluvial, lo que podría haber afectado por oxidación, reduciendo el diámetro a las mismas, este problema origina una incertidumbre en la verificación de las mismas.-

LAS PILAS DE FABRICAS DE PIEDRA

Los esfuerzos en la Pila de Puente, se encuentran dentro de lo admisible, además no existen tensiones de tracción, las cargas caen dentro del Núcleo Central.

No presentan fisuras visibles.

FUNDACION

En cuanto a la Fundación, como se comento en párrafos anteriores, no se dispone de planos como para inferir la profundidad de fundación, tampoco se realizo un sondeo para determinar esta, sin embargo es necesario, aun cuando no se detectan fallas a simples vistas, recomendar que se realicen una obra de protección contra una posible excesiva socavación del lecho del rió, ya sea Natural o Artificial, que ponga en peligro la estabilidad de las pilas o estribos existentes.

Para recalcar la importancia de la infraestructura es menester recordar que:

La Estabilidad de la estructura de estos tipos de Puentes, recae completamente en esfuerzos de compresión, con una mínima o casi nula componente de tracción. Esto requiere que sea mínimo o casi nulo los movimientos diferenciales de la Infraestructura.

La Superestructura principal (Bóvedas de Hormigón Simple), es una estructura de Falla Frágil, lo cual puede originar un colapso sin previo aviso.

De acuerdo a lo detallado en párrafo anterior, se puede comprender la vital importancia de estos elementos en la estabilidad de toda la estructura, ya que aun, cuando no falle totalmente la pila, un pequeño movimiento diferencial de la misma, pondría en peligro una estructura de FALLA FRAGIL con un colapso sin previo aviso.

10.- RECOMENDACIONES

De lo inferido en este estudio, se puede concluir que la estructura se encuentra seriamente comprometida, sin embargo es factible poder conservar su servicio si se cumple con las siguientes medidas y recomendaciones:

1.- Urgente reemplazo de baranda existente: Es imprescindible el inmediata reemplazo de la baranda existente y la colocación de una nueva mas liviana, con un diseño arquitectónico que contemple las medidas de seguridad del caso, de manera tal de alivianar la carga.

2.- Urgente reparación de losa de Vereda: Se deberá, en forma urgente, levantar la carpeta de mosaicos de la vereda, sellar las fisuras con un sellador adecuado, y antes de volver a poner los mosaicos, impermeabilizar adecuadamente.

3.- Prohibición total de puestos de venta sobre la vereda del puente: Es necesario que las veredas sean de uso peatonal exclusivo, debido a que las cargas estática y concentradas de personas, es un escenario indeseable en el estado actual en que se encuentra la losa en voladizo que conforma la vereda.

4.- Descarga del Transito en el Tablero existente: Como este tipo de puente su comportamiento es altamente Gravitatorio, es favorable que posea carga permanente considerable, de manera tal que las mayores tensiones que se generen en las bóvedas de Hormigón Simple sean de compresión, por lo que se debe disminuir la carga accidental. Esta consideración nos indica claramente que se debe disminuir lo máximo posible las Frecuencias del Transito Pesado (Colectivos, y Camiones).-

5.- Protección las Pilas y estribos del Puente: Como estos elementos son fundamentales para la estabilidad de la estructura, se deberá construir aguas abajo sobre el lecho del río un sistema de protección para evitar una futura excesiva socavación del mismo.-

Alfredo Ernesto Perullini

Ingeniero Civil M.P.: 378-CI