PUENTES Y CARRETERAS PLAN DE AUSCULTACIÓN

Se considere necesaria la auscultación de una obra, deberá elaborarse un plan de auscultación que constará al menos de las siguientes partes:

• Proyecto e instalación del sistema de auscultación.
• Programa de auscultación.

1. Proyecto e instalación del sistema de auscultación
El proyecto del sistema de auscultación debe contemplar justificadamente la propia necesidad de realizar la auscultación, determinando los aspectos que conviene controlar, y debe seleccionar los equipos que se consideren más adecuados al caso.

Cuando la necesidad de auscultación se determine en el Proyecto, será conveniente que se dedique un anejo de la memoria especialmente a la misma, el cual debe incluir, al menos, los elementos siguientes:

• Objetivos que se persiguen.
• Descripción de los equipos de auscultación a disponer. Resulta de especial importancia justificar la precisión deseada y el rango de medida de cada sensor.
• Estimación de los resultados que se espera obtener. Es recomendable incluir los valores extremos de cada medida que, en caso de alcanzarse, podrían suponer una situación patológica. No debe instalarse ningún equipo de medida si antes no se han estimado los valores que razonablemente se espera medir, así como el valor máximo previsto.
• Programa avance del de lecturas en el que se indiquen los instantes en los que se debe leer cada equipo, y en los que se deben emitir los informes.

Los Planos deben describir, de manera precisa, la ubicación de los sensores y la situación de las centrales de lectura o casetas de instrumentación en su caso. Este aspecto resulta especialmente importante, pues generalmente la interpretación de los datos de la auscultación no es posible si no se conoce exactamente la situación precisa del sensor correspondiente (la cota de instalación de un piezómetro puntual, por ejemplo, es indispensable para controlar el nivel piezométrico correspondiente).

El Pliego de Prescripciones Técnicas Particulares debe definir los rasgos principales de los equipos, fundamentalmente la precisión requerida, el rango de medida y los procedimientos de instalación.

El Presupuesto debe incluir no sólo el suministro y montaje de los equipos, sino también todos aquellos elementos que sean necesarios para completar la obra, tomar datos de los equipos con la frecuencia que se haya estipulado y realizar los informes de auscultación a que haya lugar.

El suministrador de los equipos debe aportar las instrucciones de uso de cada equipo, de manera que cualquier técnico pueda realizar después las lecturas correspondientes, traducir las unidades de lectura a las unidades físicas de interés y llevar a cabo los trabajos de conservación que fue- ran necesarios.

El instalador de la instrumentación deberá realizar un informe en el que se fijarán las lecturas de origen de cada sensor, y se dejará constancia de las coordenadas de instalación de cada punto o equipo de auscultación.

2. Programa de auscultación
El plan de auscultación deberá definir el programa de lecturas y emisión de informes que se pretende realizar.

Este plan, que debe ser adaptado a las circunstancias singulares que puedan producirse, incluirá los momentos en los que se deben tomar cada uno de los datos de auscultación y los informes que habrán de emitirse, tanto durante la propia construcción como durante la explotación de la carretera en su caso.

Los informes de auscultación que se realicen durante la construcción o la explotación deben contener la información mínima siguiente:

• Una introducción donde se expliquen las razones por las que se realiza el informe, y los antecedentes (informes previos) en su caso.
• Una descripción del sistema de auscultación. Para ello puede hacerse referencia a documentos existentes.
• Diagramas de evolución temporal de la lectura de cada sensor. Debe elegirse una escala adecuada de manera que se aprecien bien las posibles variaciones y que, al mismo tiempo, la propia precisión del sensor no provoque oscilaciones en las salidas gráficas.
• Posibles correlaciones entre magnitudes que puedan quedar relacionadas, por ejemplo, carga de tierras-asiento.
• Comparación de las lecturas registradas con los valores esperados, que deben figurar en su caso en el proyecto de la auscultación.
• Posibles causas de comportamientos anómalos, si es que se hubieran detectado.
• Recomendaciones para posteriores informes, y en su caso propuesta de modificación del propio programa de auscultación. El informe de auscultación debe considerar el programa de auscultación previsto (frecuencia de lecturas) y adaptarlo, si fuera preciso, a la situación encontrada. Particularmente en caso de detección de algún síntoma patológico, el informe correspondiente debe recomendar la mejor forma de continuar la observación, incluso añadiendo la auscultación adicional pertinente.

PUENTES Y CARRETERA EQUIPOS Y SISTEMAS DE AUSCULTACIÓN

En este epígrafe se efectúa una descripción muy somera de los equipos de auscultación más convencionales actualmente en uso, sin pretender que la relación que sigue se entienda como cerrada, y referida a la totalidad de equipos existentes en el mercado.

1. Control de la nivelación
Uno de los controles más sencillos y eficaces para la determinación del asiento (o variación de cota) de una obra es la nivelación. El sistema de nivelación está formado por los elementos siguientes:

• Bases de referencia.
• Bases de nivelación.
• Nivel y mira.

Las bases de referencia son aquellos puntos fijos respecto a los cuales se mide la cota de los puntos de observación. Pueden consistir en hitos que permitan colocar el aparato de nivelación (nivel) en la misma posición cada vez que se realiza una campaña de medida. En ocasiones, para garantizar la inmovilidad de las bases de referencia, es preciso partir de un punto fijo profundo al que se accede mediante una perforación previa y una varilla metálica instalada en la perforación y anclada en su fondo inmóvil; la cabeza de la varilla, protegida con un hito de hormigón, sería la referencia de cota inicial y teóricamente fiable. Desde estas bases se debe poder dar cota a todos los puntos decontrol. En ocasiones la nivelación se hace únicamente con una base de referencia, desde donde sólo se controlan parte de los puntos de observación. En ese caso, resulta necesaria la realización de un «itinerario», cambiando de posición el «nivel» con la pérdida de precisión correspondiente.

Las bases de nivelación, o puntos a nivelar, son los elementos que se disponen en los puntos de observación para materializar su cota. Pueden ser simples «clavos» de nivelación o bases más precisas que permiten colocar la mira siempre en la misma posición.

Las miras pueden ser convencionales, o si se desea la obtención de mayor precisión, especiales (invar, por ejemplo) con sistemas de apoyo adaptado a las bases de nivelación.

Para determinar si existe o no movimiento y, en caso afirmativo, determinar su velocidad, es necesario que transcurra cierto tiempo de observación. El tiempo necesario es función inversa de la precisión del sistema, así con un procedimiento de control cuyo error sea 0,5 mm se tardará aproximadamente diez veces menos tiempo que con un sistema que tenga un error de 0,5 cm.

La precisión del sistema de nivelación depende de un gran número de factores y oscila entre unas pocas décimas de milímetro y unos cuantos milímetros. El ingeniero debe decidir la precisión requerida en función de la amplitud de los asientos que se quieren medir. En pilas de puente, por ejemplo, donde un incremento de asiento de 1 cm puede ser una variación importante, sería siempre recomendable disponer un sistema de nivelación preciso. Se recomienda, como norma general, utilizar sistemas cuya precisión supere el medio milímetro.

2. Control de la colimación
La colimación consiste en la determinación del desplazamiento horizontal de un punto, en dirección perpendicular a una alineación de referencia, según se muestra en la figura 8.7. Para ello son necesarios los siguientes elementos:

• Equipo fijo:
  — Base de referencia.
 — Diana de referencia.
 — Bases de colimación.

• Equipo de lectura (portátil):
 — Visor.
 — Mira móvil.

La línea que une la base de referencia con la diana de referencia (alineación de referencia), constituye la línea respecto a la cuál se miden los movimientos en cuestión. Es frecuente que la base de colimación se aproveche como base de nivelación.

FIGURA 8.7. ESQUEMA DE LA COLIMACIÓN

 La diana de referencia es otro punto fijo situado a cierta distancia (conviene que no sea de más de unos pocos cientos de metros) y que define, junto con la base de referencia, la dirección de colimación.

Las bases de colimación son los elementos de auscultación que sirven para materializar el punto cuyo movimiento se trata de controlar. Suelen disponer de un sistema que permite colocar una mira móvil siempre en la misma posición.

Las miras que se acoplan en las bases de colimación pueden ser de diferentes tipos. Las más precisas constan de una diana móvil que se ajusta mediante un tornillo micrométrico hasta quedar alineada con el plano de colimación; el desplazamiento que es necesario dar a la diana, permite conocer el desplazamiento del punto en cuestión.

La precisión de los sistemas de colimación es similar a la de los sistemas de nivelación. En general, los movimientos horizontales que se pueden medir con la topografía convencional son muy poco precisos (errores del orden del centímetro), y por ello sólo resulta de interés en aquellos casos en los que no se requiere gran precisión, como puede ser el control de un deslizamiento de terreno que implique movimientos de hasta varios decímetros, en el que únicamente se requiera un orden de magnitud centimétrico o decimétrico.

3. Medidores de convergencia
Los medidores de convergencia permiten evaluar con gran precisión la distancia que existe entre dos puntos accesibles. Para ello es necesario colocar unos pequeños anclajes en dichos puntos. El equipo de medida consiste en un hilo de invar que se ancla en ambos puntos y cuya longitud queda registrada con la ayuda de un nonius.

En condiciones favorables (ausencia de viento, buenos anclajes y distancias menores de cinco metros) se pueden alcanzar precisiones del orden de una décima de milímetro.

4. Clinómetros
La inclinación de una pila, o giro de la misma respecto a un eje horizontal, puede controlarse mediante clinómetros, los cuales pueden ser mecánicos (niveles de burbuja), eléctricos (de cuerda vibrante) o más complejos (servoacelerómetros).

En algunas ocasiones las desviaciones respecto a la vertical de las pilas de un puente se han medido con péndulos directos (hilo anclado en la parte superior y contrapeso en la inferior), o inversos (con el contrapeso flotando en un depósito de aceite en la zona superior) y también con plomadas o péndulos ópticos.

5. Piezómetros
Los piezómetros son los elementos que permiten determinar el nivel de carga hidrostática del agua en un punto determinado. Existen varios tipos de piezómetros: los denominados piezómetros «abiertos» y los «puntuales». Ambos requieren la realización de una perforación previa para acceder, desde la superficie, hasta el punto donde se quiere controlar la presión de agua.

• El piezómetro «abierto» consiste en un tubo con la pared ciega, salvo en la zona de medida donde queda ranurado para permitir la entrada de agua. El tubo se instala en una perforación, de tal manera que se garantice la impermeabilización del contacto tubo-pared de perforación, salvo en la zona de medida (ranurada). Con tales precauciones, el nivel que alcance el agua en el tubo será el nivel piezométrico del punto en cuestión (zona de medida).
• Necesita un volumen de agua importante para indicar el cambio de presión correspondiente, es por ello que no resulta adecuado en terrenos poco permeables.
• El piezómetro «puntual» consiste en un sensor que se instala en la zona de medida, y se aísla del entorno. Normalmente se coloca en una perforación donde se sitúa el sensor ro- deado de un relleno de arena que queda encapsulado superior e inferiormente por un relleno impermeable, generalmente formado por una mezcla bentonita-cemento.
• La presión que indica el sensor, traducida a metros de columna de agua y sumada a la cota del sensor, indicaría la cota del nivel piezométrico del punto en cuestión.

Al ser la medida de niveles piezométricos no acumulativa y variable en el tiempo, conviene que estos equipos estén dotados de un elemento registrador, preferiblemente digital.

6. Extensómetros
Existen equipos que permiten medir con gran exactitud la variación de la distancia entre dos puntos, cuyo nombre genérico es el de extensómetros.
En términos muy generales, los extensómetros pueden clasificarse en varios grupos, de acuer- do con la distancia que exista entre los puntos cuya separación se quiere controlar:

• Los extensómetros de base de medida muy corta, del orden del centímetro, se utilizan para auscultación de estructuras metálicas o para ensayos de laboratorio. Son los deno- minados galgas extensiométricas (también conocidos por su nombre en lengua inglesa como «strain-gauges» o «strain-gages»).
• Los extensómetros de base corta cubren distancias de unos pocos centímetros, -hasta unos 25 cm-. Constan de dos anclajes que se fijan a los puntos de medida y de un sensor que mide la separación que se quiere controlar. La precisión de estos equipos es del orden de la centésima de milímetro y suelen ser sensibles a los cambios térmicos por lo que, cuando se requiere gran precisión, es preciso controlar además, los cambios de tempera- tura en el lugar donde se toma la medida.
• Los extensómetros de gran base cubren distancias de varios metros y suelen disponer de un sensor (potenciométrico, de cuerda vibrante o de otro tipo) que mide directamente el movimiento entre los anclajes fijos de sus extremos. La precisión que pueden ofrecer, en la práctica, es del orden de 1/10.000 de la separación de entre los puntos de medida.
• Para distancias mayores —decenas de metros— se suelen utilizar extensómetros de varilla (rígidos) o de hilo. Estos equipos permiten controlar la distancia entre un punto profundo y un punto situado en una superficie accesible. Desde dicha superficie ha de realizarse una perforación hasta el punto profundo e instalar en ella el equipo de medida. La varilla o el hilo tienen un extremo fijo a uno de los puntos que se quiere observar y el otro extremo en un punto accesible donde se puede medir, respecto a una placa de referencia, el movimiento relativo. Su precisión práctica es del orden de 0,5 mm.

7. Placas de asiento
Estos equipos son muy comunes para controlar, por ejemplo, los asientos del cimiento de un terraplén durante su construcción. También pueden usarse para auscultar el asiento de una determinada tongada.

El equipo se encuentra recogido en la figura 8.8, y consiste fundamentalmente en una placa metálica que se apoya sobre la superficie cuya cota se quiere controlar. La placa tiene una varilla metálica vertical aislada del terraplén mediante un tubo. El extremo superior de la varilla debe que- dar más alto que el terraplén, sobresaliendo ligeramente sobre su superficie exterior. El control de la cota de la cabeza de la varilla permite conocer el asiento de la placa de la base, ya que ambas están rígidamente unidas.

FIGURA 8.8. EJEMPLO DE PLACA DE ASIENTO
NOTA: Las medidas de los elementos propuestos únicamente tienen carácter orientativo.

La precisión de este sistema puede resultar del orden de 1 ó 2 mm, dependiendo de la exactitud del sistema de nivelación empleado.

Las placas de asiento pueden sustituirse por extensómetros de hilo o varilla, cuando se requiera mayor precisión.

8. Células hidráulicas de asiento
Como en el caso de las placas de asiento, estas células se utilizan para medir el descenso del cimiento, o de algunas tongadas de los rellenos.

Las células de asiento son pequeños recipientes de agua que se colocan en el punto donde quiere controlarse la cota, y que después se entierran al construir el relleno. Unos tubos horizontales (o casi horizontales) comunican las células con el exterior. En dichos tubos se puede medir el nivel del agua, que será el mismo que en la célula, y, por consiguiente, desde el exterior se puede controlar la cota en el punto deseado.

Un mecanismo más complejo, que se utiliza en algunos casos en terraplenes en suelos blan- dos, es la denominada «línea continua de asientos». En este caso existe un tubo inicialmente horizontal en la base del terraplén por donde se puede deslizar un sensor que permite conocer la cota en cada punto del tubo, obteniéndose los asientos por diferencia de lecturas entre campañas.

La precisión de las células hidráulicas es del orden de 1 cm. En ciertas ocasiones especiales, se puede aumentar la precisión hasta 1 mm. En algunas instalaciones fijas muy específicas, se han llegado a alcanzar precisiones del orden de 0,1 mm.

9. Inclinómetros y otros tubos de control
Dentro de este grupo de equipos de auscultación, se incluyen varios sistemas que tienen en común el procedimiento de instalación. Requieren la realización de una perforación, y la colocación de un revestimiento especial (tubo de medida). Dependiendo del tipo de tubo, se puede utilizar en él una u otra clase de medidor que permita controlar los movimientos en la dirección del eje del tubo, en las transversales, o en ambas.

• Los movimientos transversales a la directriz del tubo pueden medirse mediante un inclinómetro. Este equipo registra la inclinación del tubo en tramos de cierta longitud. La integración de dichas inclinaciones permite conocer los desplazamientos transversales cuando alguno de los puntos del tubo se considera fijo (por lo general el fondo del taladro).
• La precisión de estos equipos puede estar en el entorno del 1/10.000 de la longitud (1 cm para longitudes de 100 m). Cuando se trata de medir movimientos transversales grandes, convie- ne utilizar tubos de gran diámetro (Øint ≥ 100 mm) ya que la máxima curvatura medible con estos equipos está en relación directa con la diferencia entre el diámetro interior del tubo inclinométrico y el exterior del medidor que se introduce en el mismo, (véase epígrafe 3.3.4).
• Los medidores de movimientos longitudinales a la directriz del tubo suelen llamarse tubos de asiento porque, en las perforaciones verticales, que son las más frecuentes, el movimiento longitudinal se debe a los asientos. Para este tipo de medida, se requiere que entre cada uno de los tubos que constituyen la entubación, exista cierto huelgo que permita su acercamiento relativo a media que el terreno asienta. En los puntos de control se instalan anillos electromagnéticos cuya cota se detecta con una sonda que se hace descender por el interior de la entubación de referencia. La precisión de estos sistemas es del orden del centímetro.
• Existen revestimientos (tubos) provistos de muescas fijas regularmente separadas entre sí, cada metro por ejemplo, donde se acopla un aparato de medida (micrómetro deslizante) que permite determinar la deformación longitudinal con una precisión que pueda alcanzar hasta la centésima de milímetro, y que simultáneamente controla las desviacio- nes de orientación en dos posiciones distintas. Permite conocer, por lo tanto, las tres com-ponentes del desplazamiento relativo entre cada dos puntos de medida. Este equipo, usualmente denominado extensómetro trivectorial (Trivec), resulta muy preciso, en el control de movimientos de una determinada entubación, pero su rango de lectura puede ser escaso para algunas aplicaciones.

10. Células de presión total
Las células de presión son elementos que se colocan sobre una superficie para conocer después, al cubrirlos con tierra, la presión que el relleno ejerce sobre ellos. También pueden colocarse en el con- tacto hormigón-terreno, para conocer la presión que se ejerce en dicho contacto al construir la obra.

En ocasiones su instalación se completa con piezómetros puntuales para poder determinar lapresión efectiva, como diferencia entre la presión total obtenida de la célula y la del agua determinada a partir del piezómetro.

La sensibilidad de estos equipos a la forma de instalación es especialmente alta cuando se compara con la de otros equipos de auscultación, y por ello su precisión puede ser difícil de asegurar. En consecuencia, su instalación y calibración ha de realizarse por personal especializado.ç

11. Ternas de bases de elongámetro
Estos equipos se conocen también como bases de medida de apertura de juntas. Consisten en unas referencias fijas (habitualmente pequeños anclajes o clavos), que se colocan a uno y otro lado de una determinada junta. Un medidor (elongámetro) se puede colocar apoyado en dichas referen- cias para medir, con una precisión que generalmente será de centésimas de milímetro, la distancia entre ellas.

Existen sistemas planos que miden sólo una o dos distancias a través de la junta en cuestión, y sistemas tridimensionales que permiten medir tres distancias, una de ellas en la dirección perpendicular al plano de la junta. Estos equipos son de fácil instalación y manejo, por lo que se recomienda su uso sistemático en los estribos de los puentes, y en las juntas de dilatación de los muros.

La determinación de los movimientos relativos entre las bases de medida se efectúa por diferencia de lecturas entre campañas.

CARRETERAS Y PUENTES - PRINCIPALES ASPECTOS CUYA AUSCULTACIÓN RESULTA CONVENIENTE

Las obras de cimentación que se han considerado en esta parte de la Guía se han agrupado en diferentes tipos. Para cada uno de ellos se indica, a continuación, qué aspectos conviene controlar, en general, con mayor intensidad. Esa conveniencia viene dictada no sólo por el interés particular del aspecto concreto que se ausculta, sino también por la viabilidad técnica y la factibilidad (económica) de cada tipo de control.
La necesidad en su caso de instalación de equipos de auscultación deberá determinarse bien en el Proyecto, durante la construcción, o bien derivarse de las inspecciones del Sistema de Gestión de Puentes o programa que lo sustituya, cuando ello proceda, o de las encuadradas en las ope- raciones de conservación de la carretera.

En general bastará con auscultar ciertos aspectos, que serán aquellos que, simultáneamente, sean más interesantes y fáciles de controlar. Estos aspectos son los que aquí se indican como «normales».
Cuando la singularidad del caso lo requiera, serán recomendables equipos de control más complicados o una auscultación más intensa. Estos casos son indicados en este apartado como «especiales».

1. Pilas de puente
Cuando, según los criterios especificados, se considere necesario proceder a la auscultación de las cimentaciones de las pilas de los puentes, conviene auscultar los asientos. Cuando se tema o se produzca alguna patología, conviene auscultar también los movimientos horizontales.

Aunque el control de asientos puede permitir el conocimiento de los posibles giros, en ocasiones, particularmente si se trata de la observación de una patología, también conviene medir directamente los posibles giros de la cimentación. Sólo en algunos casos muy especiales puede resultar interesante auscultar el estado de presiones intersticiales bajo el apoyo de una pila de puente. En la figura 8.1 puede apreciarse un esquema de la disposición de la auscultación recomendada.

FIGURA 8.1. ESQUEMA DE POSIBLE AUSCULTACIÓN DE UNA CIMENTACIÓN DE PILA
DE PUENTE SOBRE ZAPATA
NOTA: Cuando interese un control detallado y preciso de los asientos, deben disponerse extensómetros de varilla.

2. Estribos de puente
Cuando, según los criterios especificados, se considere necesario proceder a la auscultación de los estribos de puentes, la situación general será muy similar a la de las pilas, a excepción de en dos aspectos: puede ser interesante el control de las presiones intersticiales (posibles empujes de agua), y resulta de interés colocar medidores sencillos de aper- tura de juntas en la unión estructura-estribo, si es que tales juntas existen. Véase figura 8.2.

FIGURA 8.2. ESQUEMA DE POSIBLE AUSCULTACIÓN DE UN ESTRIBO DE PUENTE
NOTA: En algunas circunstancias (estabilidad global precaria) puede ser interesante instalar inclinómetros.

3. Muros de fábrica
Cuando, según los criterios especificados, se considere necesario proceder a la auscultación de los muros de fábrica, los aspectos a controlar serán sensiblemente los mismos que en los muros-estribo. El control de juntas en este caso se referirá a las que existan para per- mitir la dilatación de los diferentes tramos. Los principales elementos de auscultación que pueden utilizarse en los muros de contención rígidos se indican en la figura 8.3.

FIGURA 8.3. ESQUEMA DE POSIBLE AUSCULTACIÓN DE UN MURO DE CONTENCIÓN
NOTA: Cuando la estabilidad global pueda ser dudosa deben instalarse inclinómetros (7).

4. Muros flexibles
Cuando, según los criterios especificados, se considere precisa la auscultación de los muros flexibles, interesará, en general, el control de los movimientos externos de asiento y desplazamiento horizontal.

Los giros, al no ser el muro rígido, no tendrán tanto interés como en el caso precedente; en cambio, puede ser muy interesante el control de las «extensiones» internas en los muros de suelo reforzado (flejes o geocompuestos). Un esquema recomendable para disponer la auscultación se indica en la figura 8.4.

FIGURA 8.4. ESQUEMA DE POSIBLE AUSCULTACIÓN DE UN MURO FLEXIBLE
NOTA: En algunas circunstancias (estabilidad global precaria) puede ser interesante instalar inclinómetros.

5. Pasos inferiores
En los casos en que, según se especifica, sea precisa la auscultación de pasos inferiores, en general resulta de interés controlar los asientos de su solera (y/o hastiales) y los movimientos de sus juntas. En muy contadas ocasiones, puede ser conveniente medir deformaciones unitarias en el hormigón (véase figura 8.5). Cuando los pasos inferiores son de pequeño tamaño (caños, tajeas y otros conductos transversales) el interés de la auscultación puede ser menor, aunque cualitativamente similar al de los pasos inferiores de mayor tamaño.

FIGURA 8.5. ESQUEMA DE POSIBLE AUSCULTACIÓN DE UN PASO INFERIOR
NOTA: En algunas circunstancias (estabilidad global precaria) puede ser interesante instalar inclinómetros.

6. Cimientos de terraplenes
No es necesario disponer de auscultación en los cimientos de terraplenes de forma rutinaria y con carácter general, no obstante puede ser conveniente en ciertos casos especiales, o cuando se trate de suelos blandos, controlar los asientos y las presiones intersticiales (véase figura 8.6).

FIGURA 8.6. ESQUEMA DE POSIBLE AUSCULTACIÓN DEL CIMIENTO DE UN TERRAPLÉN
SOBRE SUELOS BLANDOS

7. Micropilotes y anclajes
En el caso de micropilotes y anclajes, usados como elementos auxiliares de cimentación (si- tuación frecuente únicamente en la solución de ciertos casos patológicos) puede ser de interés controlar los movimientos de sus cabezas y, en ocasiones, su tensión de trabajo (células de carga, de- formaciones unitarias medidas con galgas extensiométricas, etc.).

Los aspectos anteriores, que se resumen en la tabla adjunta, no deben considerarse una relación cerrada, sino al contrario, una enumeración muy general de algunos de los de más frecuente auscultación, siempre que se determine su necesidad. El proyecto de auscultación particular de cada obra concreta en su caso, o el estudio de cada patología deberá decidir, de manera justificada, la auscultación más conveniente.

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CARRETERAS Y PUENTES - MICROPILOTES Y ANCLAJES COMO ELEMENTOS DE CIMENTACIÓN

Los micropilotes y los anclajes presentan una serie de características comunes con los pilotes ya que permiten transmitir cargas de las estructuras a zonas más profundas del terreno. El elemento transmisor de la carga, micropilote o anclaje, es usualmente metálico, ya se trate de barras corrugadas o tubos de acero (véase figura 6.18).

La transmisión de la carga desde el elemento metálico al terreno se realiza, fundamentalmente, mediante un esfuerzo rasante en su contacto con un relleno de hormigón, de mortero o de lechada de cemento, que a su vez transmite el esfuerzo de corte a las paredes de la perforación.

Los elementos primarios de transmisión de cargas, o armaduras, pueden ser cables o redondos de acero o tubos metálicos cuando la solicitación es fundamentalmente en compresión como resulta habitual en los micropilotes (también pueden utilizarse para solicitaciones de flexión, cortante y tracción). Los anclajes se utilizan únicamente para transmitir tracciones y sus armaduras suelen estar formadas por cables o barras de acero.

FIGURA 6.18. ELEMENTOS DE LOS MICROPILOTES Y LOS ANCLAJES

No es frecuente emplear estos elementos sistemáticamente como partes integrantes de cimentaciones en obras de carretera, no obstante lo cual existen algunas circunstancias que hacen aconsejable su uso. Las ocasiones en las que deben usarse y las reglas generales sobre su utilización se contemplan en los apartados que siguen.

1. MICROPILOTES
Las diferencias esenciales entre un pilote convencional de hormigón «in situ» y un micropilote estriban fundamentalmente en el proceso de ejecución y también en el tamaño de la perforación necesaria.

La ejecución de micropilotes incluye una fase final de inyección del contacto armadura-terreno que no es usual en los pilotes convencionales. En lo relativo a su diámetro, éste no suele supe-
rar los 350 mm.

La resistencia de los micropilotes como elementos de transmisión de carga viene limitada, igual que en los pilotes, por los siguientes motivos:

• Tope estructural del micropilote.
• Capacidad de soporte del terreno.

Dependiendo del tipo de esfuerzo aplicado, también puede ser limitativa la adherencia entre terreno y micropilote.

Los aspectos específicos de diseño, ejecución y control de los micropilotes deberán consultarse en la Guía para el diseño y la ejecución de micropilotes en obras de carretera de la Dirección General de Carreteras.

Los micropilotes fueron, en su momento, ideados para resolver problemas de recalce de estructuras. El desarrollo de las técnicas de ejecución ha hecho que su uso sea conveniente incluso en obras de nueva planta. Su utilización en ciertos casos patológicos se describe en el apartado 8.2 de esta Guía. En cimentaciones a realizar «ex novo» pueden ser de interés en algunas circunstancias, entre ellas las siguientes (véase figura 6.19):

• Cimentaciones profundas en lugares de difícil acceso: Los equipos necesarios para ejecutar micropilotes son mucho más ligeros y permiten acceder a lugares donde las máquinas necesarias para realizar pilotes no podrían llegar.
• Cimentaciones sobre zonas carstificadas: La presencia de huecos en el subsuelo puede conducir a la necesidad de ejecutar una cimentación profunda. La ventaja de los micropilotes, en estos casos, estriba en la movilización de una mayor superficie lateral de la roca, en mayor número de puntos (más unidades de micropilotes que la solución equivalente de pilotes convencionales), e incluso de un modo más efectivo.

FIGURA 6.19. EJEMPLOS DE POSIBLES APLICACIONES DE MICROPILOTES Y ANCLAJES
COMO ELEMENTOS DE CIMENTACIÓN

Además de las situaciones anteriores existen muchas otras abordables con esta técnica.

2. ANCLAJES
El rango de problemas que pueden resolverse con los anclajes únicamente incide de modo
marginal en lo relativo a cimentaciones. No es habitual el uso de anclajes en cimentaciones de obras
de carretera si se excluyen los casos patológicos.

Como elemento de cimentación «ex novo», cabe apuntar alguna aplicación singular como las que siguen (véase figura 6.19):
• Centrado de cargas en apoyos sometidos a cargas excéntricas: En ocasiones no es posible, por alguna circunstancia especial, disponer el apoyo centrado con la carga actuante.

Los anclajes pueden aplicar al elemento de cimentación cargas adicionales que centren la resultante debidamente.

• Precompresión de cimentaciones: A veces resulta de interés precomprimir las cimentaciones antes de colocar las cargas; de esa manera los movimientos de los apoyos pueden resultar menores. Idealmente, se puede conseguir que los movimientos sean prácticamente nulos si, a medida que se carga el cimiento con las acciones de la estructura, se descargan los anclajes en consecuencia.

La tecnología de ejecución de anclajes, los procedimientos que existen para garantizar su durabilidad, las cargas de servicio aplicables, las pruebas a realizar durante su instalación, etc., no son el objeto de esta Guía. Para mayor información se recomienda la consulta de la publicación Guía para el diseño y la ejecución de anclajes al terreno en obras de carreteras 17 de la Dirección General de Carreteras.

En lo relativo a esta unidad de obra, deberá estarse a lo especificado en el artículo 675 «Anclajes», del Pliego de Prescripciones Técnicas Generales para Obras de Carretera y Puentes (PG-3) 18.

17 Véase: Dirección General de Carreteras (2001): Guìa para el diseño y la ejecución de anclajes al terreno en obras de carretera.
18 Véase: Orden FOM 1382/2002, de 16 de mayo (BOE del 11 de junio de 2002), por la que se actualizan determinados artículos del pliego de prescripciones técnicas generales para obras de carreteras y puentes, relativos a la construcción de explanaciones, drenajes y cimentaciones.

CIMENTACIONES PROFUNDAS - Pilas de Puente a Media Ladera.

Los planos y especificaciones para la ejecución de las cimentaciones deben recoger todos los detalles significativos de las mismas, entre ellos, los siguientes:

• Detalle de las excavaciones a realizar para preparar la plataforma de trabajo y los caminos de acceso.
• Pilotes y encepado: los criterios de aceptación de pilotes (ensayos sónicos, u otros) deben quedar suficientemente descritos.
• Sistema de protección e inspección de la obra durante la construcción.

Para proyectar y construir estos elementos, se deben considerar las recomendaciones que se formulan a continuación.

1. Excavaciones
Las excavaciones se ejecutarán, usualmente, en suelos aunque en los caminos de acceso puede ser necesario atravesar algunas zonas de roca. Los taludes y las precauciones de ejecución recomendados son los que se indican en 1.

La excavación para alojar el encepado debe realizarse después de ejecutar los pilotes. Al tiempo que se preparan sus cabezas para unirlas al encepado, se debe excavar el terreno hasta la base del encepado y limpiar su fondo (hormigón de limpieza), para colocar debidamente la armadura. Esta última fase de excavación debe realizarse con los taludes de excavación lo más verticales posibles, si posteriormente, contra ellos, se realiza el hormigonado del encepado sin encofrar lateralmente.

Los productos de excavación se deberán transportar a un vertedero adecuado, para reducir el daño al entorno y para no mermar la estabilidad de la ladera.

2. Plataforma de trabajo
La plataforma de trabajo debe ser suficientemente amplia, de manera que los equipos de ejecución de pilotes operen con cierta facilidad y se pueda mantener un tajo ordenado.

La anchura de la plataforma de trabajo será igual que la anchura del encepado más los huelgos interior y exterior. El huelgo interior mínimo debe ser tal que no se inestabilice el talud de excavación al realizar la caja para el encepado y que, además, permita el paso de los trabajadores. Se recomienda que el huelgo interior sea, al menos, de 2 m (véase figura 6.2)

FIGURA 6.2. ESQUEMA DE CIMENTACIÓN PROFUNDA DE UNA PILA DE PUENTE A MEDIA LADERA

3. Ejecución de los pilotes
Las longitudes de los pilotes quedarán definidas en Proyecto, pero en general deben requerir una comprobación ulterior en obra. Esa comprobación debe quedar estipulada en Proyecto en función del tipo de pilote.

Las comprobaciones que, como mínimo, habrán de realizarse son las siguientes:

• Golpeos, en caso de pilotes hincados.
• Empotramiento en roca o terreno firme, en pilotes perforados.
• Longitud predefinida y comprobación de la calidad del terreno atravesado.
• Otros procedimientos de aceptación.

Se estará en todo caso a lo especificado en los artículos 670 «Cimentación por pilotes hincados a percusión», o 671 «Cimentaciones por pilotes de hormigón armado moldeados “in situ”», según el caso, del Pliego de Prescripciones Técnicas Generales para Obras de Carreteras y Puentes (PG-3).

Sea cual fuere el procedimiento de aceptación del pilotaje (aparte de los datos de control de calidad de materiales y de ejecución), siempre deben existir datos objetivos concretos (ensayos sónicos, partes de hinca, medición de longitud empotrada en roca, etc.) que avalen la aceptación realizada.

Las longitudes de los pilotes de las cimentaciones a media ladera pueden resultar diferentes si la zona de empotramiento tiene su límite inclinado; esa situación puede ocurrir con frecuencia. En cualquier caso se recomienda que las diferencias de longitud no sean excesivas; dentro de los pilotes de un mismo encepado es conveniente que ∆L/B ≤ tg β, según se especifica en la figura 6.2

Una vez descabezados los pilotes, el hormigón sano de los mismos debe sobresalir de 5 a 10 cm por encima del hormigón de limpieza, con objeto de garantizar un apoyo correcto. Este empotramiento debe figurar en los planos del encepado y ser tenido en cuenta en los cálculos, ya que redu- ce el canto útil de la sección. Por otra parte, las armaduras del pilote deben quedar convenientemente ancladas en el encepado.

Las longitudes de los pilotes y la capacidad portante del grupo deben ser suficientes para garantizar los coeficientes de seguridad siguientes:

Para los cálculos de comprobación del hundimiento y de la resistencia horizontal del terreno ha de suponerse, además de las acciones horizontales que transmite la estructura, una acción horizontal adicional causada por el empuje del terreno, del siguiente valor:

Este valor es una estimación del empuje activo que habría en la vertical de la arista interna del encepado y que, a largo plazo, se podría transmitir a la cimentación.

Si esta fuerza horizontal resultase excesiva para ser transmitida a los pilotes, se puede prescindir de ella a cambio de construir un dispositivo permanente de contención en el talud de excavación (anclajes, por ejemplo) que transmita esa carga a la propia ladera, lejos de la zona de afección del pilotaje.

CIMENTACIONES SUPERFICIALES EN PILAS DE PUENTE A MEDIA LADERA.

Para construir cimentaciones superficiales de pilas de puente a media ladera, es preciso que el Proyecto incluya los planos de detalle correspondientes junto con las mediciones que sirvan para confeccionar el presupuesto de las partidas que se van a necesitar.

En la figura 6.1 se incluye un esquema de una situación típica donde se indican algunas disposiciones constructivas recomendables.

Las excavaciones en materiales sueltos (tierra vegetal, coluviones y zonas de gran alteración de la roca de apoyo) deben ejecutarse con taludes suaves. La caja de cimentación en la roca de apoyo (o suelo firme, en su caso) debe ser, sin embargo, lo más vertical posible. El hormigonado de la zapata debe hacerse contra los taludes de esta excavación.

FIGURA 6.1. ESQUEMA DE CIMENTACIÓN SUPERFICIAL DE UNA PILA DE PUENTE
A MEDIA LADERA

Los cimientos deben proyectarse de manera que apoyen en un terreno de cierta calidad, la cual habrá que contrastar durante la ejecución. Debe disponerse un resguardo suficiente entre el borde externo del cimiento y el talud de la ladera. Se recomienda que el resguardo sea al menos igual al ancho total del cimiento (R ≥ B). La parte de ese resguardo que corresponda a roca (o suelo firme) de calidad similar a la de la base de apoyo será, en todo caso, mayor que 2 m. Es conveniente que, tras la construcción, el cimiento quede cubierto con tierras.

1. Excavaciones
Las excavaciones en suelos (o materiales ripables) deben hacerse con taludes suaves. El Proyecto debe incluir un estudio de su estabilidad. A título orientativo, se recomienda no sobrepasar los valores de la tabla 6.1 cuando las condiciones hidrogeológicas son favorables.

TALUDES RECOMENDABLES PARA LAS EXCAVACIONES DE LAS CIMENTACIONES SUPERFICIALES
EN PILAS DE PUENTE A MEDIA LADERA

Cuando las condiciones hidrogeológicas son desfavorables, o cuando se quieran utilizar taludes más pronunciados que los mencionados, se debe proceder a proyectar las medidas de contención correspondientes, salvo que se justifique fehacientemente que las excavaciones, tanto de los accesos como de los taludes de la caja de cimentación, son estables de otra manera.

Las excavaciones en roca para crear la caja de cimentación deben realizarse preferentemente sin explosivos, al objeto de no dañar la roca de apoyo. Si se utilizaran explosivos, se prescribirán técnicas de precorte que eviten lo máximo posible el daño a la roca que no se excava.

Las excavaciones locales en roca necesarias para encajar la zapata de cimentación deben realizarse con taludes lo más verticales posibles. A modo orientativo se mencionan los siguientes: En roca: 2V:1H. Por encima del empotramiento de la zapata. 5V:1H o vertical. En la zona de empotramiento de la zapata.

Si estos taludes no resultaran estables según las estimaciones del Proyecto, se tomarán las medidas de contención necesarias por ejemplo mediante gunita y bulones, o incluso mediante la construcción de muros anclados, si fuera necesario.

En rocas rápidamente meteorizables (margas, por ejemplo) se limitará el tiempo que transcurre entre la excavación y el hormigonado, en función de la rapidez del fenómeno que se observe en las primeras excavaciones y, en todo caso, se evitará la presencia de agua encharcada.

Los productos de excavación deben transportarse a los vertederos autorizados. No es conveniente cargar las laderas con los productos sobrantes de dicha excavaciones, pues dañan al entor- no y reducen la estabilidad natural de las mismas.

2. Aceptación del cimiento
Antes de proceder al hormigonado, el cimiento ha de ser aceptado, así lo debe exigir el correspondiente Pliego de Prescripciones Técnicas Particulares. Para ello, debe inspeccionarse la excavación, realizar las oportunas tareas de cartografía del fondo e incluso realizar los ensayos de aceptación a que hubiera lugar. Se recomienda que en los cimientos de gran extensión (mayores que 5 m en alguna de sus dimensiones) se realicen, como ensayos de confirmación, reconocimientos geofísicos mediante sísmica de refracción, que son rápidos y sencillos, para dejar constancia de la rigidez del apoyo.

En todo el apoyo de la zapata, la calidad de la roca debe ser homogénea; esto puede obligar a utilizar una cota de apoyo más baja en la zona exterior (más próxima al borde de la ladera) que en la zona interior. Para anchos de zapata inferiores a 3 m no es recomendable, en principio, escalonar la cimentación.

En caso de existir discontinuidades que puedan debilitar localmente el cimiento (fallas, por ejemplo) deberán realizarse los saneos oportunos, sustituyendo el terreno flojo por hormigón. En general, esa sustitución debe alcanzar hasta profundidades del orden del doble de la anchura má- xima de la zona débil.

En cualquier caso, se recomienda que el empotramiento de la zapata en la roca de cimentación sea, al menos, 1/5 de la dimensión menor de ésta y siempre superior a 0,50 m.

3. Zapata de cimentación
Las dimensiones de la zapata de cimentación se decidirán en función de los resultados de los cálculos de la seguridad que deben realizarse. Para las cimentaciones a media ladera siempre es conveniente realizar un cálculo explícito de la seguridad.

En general, los estudios que deben realizarse, los métodos que deben emplearse y los coeficientes de seguridad que deben obtenerse son los que aparecen en la tabla 6.2.

COEFICIENTES DE SEGURIDAD MÍNIMOS PARA PILAS DE PUENTE A MEDIA LADERA
(CIMENTACIÓN MEDIANTE ZAPATAS)

Debe llamarse la atención sobre la estrecha conexión que existe entre los estados límite últimos de estabilidad global y de hundimiento. Ambos mecanismos de rotura son similares, aunque en el análisis de estabilidad global se analizan líneas de rotura con rango de variación más amplio que el mecanismo más concreto del hundimiento.

A pesar de que ambos modos de fallo son similares, los coeficientes de seguridad exigibles son muy diferentes, ya que los métodos de cálculo correspondientes obedecen a definiciones de la seguridad diferentes. En el primer caso el coeficiente de seguridad se define como cociente entre resistencias (existente y necesaria) y en el segundo se define como cociente entre cargas (la que produce la rotura dividida entre la carga actuante).

Ambos procedimientos conducen, en general, a condiciones de proyecto semejantes y podría pensarse en omitir alguno de los dos en las comprobaciones a realizar. Siempre conviene efectuar todas las comprobaciones que se indican en aras de obtener las mayores garantías de seguridad.

Debe llamarse la atención acerca de la gran influencia que tiene el resguardo, R, en la estabilidad de las cimentaciones a media ladera. A medida que la distancia horizontal entre el borde externo de la zapata y la ladera aumenta, la capacidad portante se amplía notablemente; puede duplicarse con sólo aumentar el recubrimiento unos pocos metros.

Esta circunstancia debe ser aprovechada por el proyectista para dimensionar la solución más adecuada. También debe servir esta llamada de atención para evitar situaciones peligrosas en las que el recubrimiento sea escaso y, como consecuencia, la cimentación sea inestable.

A efectos de comprobar los estados límite últimos correspondientes al deslizamiento, hundimiento y vuelco de la cimentación, se debe añadir, a la carga horizontal que transmite la estructura, una carga adicional que tenga en cuenta el posible empuje sobre el alzado de la zapata (y eventualmente sobre su cara superior y sobre la pila) en la zona interna de la ladera. A falta de una estimación mejor, se puede tomar como valor el dado por la siguiente expresión:

Alternativamente, se puede disponer un sistema de soporte independiente que evite este empuje.

Si la roca de excavación es suficientemente sana, este empuje puede ser mucho más bajo y conviene analizarlo con mayor precisión.

TIPOLOGÍA DE LA CIMENTACIÓN - Pilas de Puente a Media Ladera.

Las cimentaciones a media ladera pueden realizarse, igual que las de terrenos llanos, mediante zapatas o mediante pilotes. En estos casos, sin embargo, cuando ambas soluciones son viables técnicamente, las dos tipologías pueden no resultar de costes tan diferentes, pues si las cimentaciones profundas son en general más caras, el ahorro que a veces se consigue en las excavaciones a realizar puede compensar o incluso cambiar de signo la diferencia.

La elección de uno u otro tipo de cimentación debe basarse en un estudio comparativo, evaluando ventajas e inconvenientes de las dos tipologías posibles. En ocasiones, el resultado de estos estudios resulta obvio, pues alguna de las dos soluciones es claramente descartable por algún motivo.

ESTABILIDAD DE LA LADERA - Pilas de Puente a Media Ladera.

La construcción de apoyos de puentes en una ladera podría provocar como consecuencia una mejora de su estabilidad natural, pero esa no es la situación más frecuente. Más bien, al contrario,

los apoyos de los puentes, salvo que estén diseñados expresamente para ello, no mejoran o incluso empeoran localmente las condiciones de estabilidad.

El juicio que se emita acerca de la estabilidad natural de las laderas en las zonas de apoyo de los puentes es decisivo a la hora de proyectar una cimentación de este tipo. Al enjuiciar este aspecto han de considerarse no sólo la situación actual, sino también aquellas que puedan producirse en el futuro. En especial, se deben tener en cuenta situaciones de posibles condiciones hidrogeológicas (y sísmicas, en su caso) adversas, en particular en zonas afectadas por ríos o embalses que puedan inundar las zonas de apoyo tras la construcción y generar situaciones de descenso brusco del nivel de inundación.

Es recomendable que, antes de proyectar apoyos de puentes en zonas de fuerte pendiente, se realicen los estudios necesarios para evaluar la estabilidad de la ladera. Esta evaluación de la seguridad suele caracterizarse mediante coeficientes de seguridad al deslizamiento. Si dichos coeficientes cumplen las condiciones especificadas en el anteriormente puede considerarse la ladera suficientemente estable, en otro caso la situación no debe darse por satisfactoria para proceder al proyecto correspondiente de los apoyos de los puentes.

Si la estabilidad de la ladera en la zona de apoyo del puente es precaria, debe procederse a una de las dos opciones siguientes:

• Reubicar la zona de apoyo.
• Aumentar la seguridad natural de la ladera.

En cualquier caso, debe evitarse el apoyo de los puentes en zonas cuya estabilidad no quede suficientemente garantizada.

Las técnicas de contención de laderas se encuentran fuera del ámbito de esta Guía y por ello, aunque el problema enunciado es de gran importancia, no se entra en el detalle de las posibles soluciones. Únicamente quiere apuntarse que, en términos generales, puede ser más fácil reubicar los apoyos que estabilizar las zonas correspondientes y, por dicho motivo, en estos casos casi siempre es recomendable huir de las operaciones de estabilización.

RECONOCIMIENTO DEL TERRENO - Pilas de Puente a Media Ladera.

En las ocasiones que en adelante se consideran, el acceso a las zonas de apoyo en general no resulta fácil y, en consecuencia, los reconocimientos geológico-geotécnicos de detalle son difíciles de realizar. Si, en términos generales, el reconocimiento del terreno conviene realizarlo en distintas fases, con grado de detalle creciente, en este caso esa práctica resulta aún más recomendable.

El reconocimiento del terreno debe realizarse en primera instancia mediante trabajos fotogeo-lógicos, con apoyo de la cartografía geológica y el estudio de los afloramientos rocosos existentes, el censo de sus litoclasas y la cartografía de cualquier signo de movimientos de ladera.

El estudio de la situación del agua en la ladera (piezometría) es un aspecto de especial interés.

Con este reconocimiento se debe llegar a una descripción de la zona suficientemente aproximada para decidir la ubicación de las zonas de apoyo y para anteproyectar la estructura del puente.

Definidos los puntos de apoyo, se debe preparar una red de accesos, de manera que se pue- da llegar a cada uno de ellos para realizar los oportunos reconocimientos y sondeos, en su caso.

Un aspecto esencial que ha de investigarse en esa fase es la estabilidad natural de la ladera en cada zona de apoyo. No deben proyectarse apoyos en aquellas zonas que tengan una estabilidad natural dudosa, salvo si se toman las precauciones indicadas en el epígrafe 6.2.2.

El objetivo de este reconocimiento de detalle es la obtención de las características locales del terreno necesarias para decidir la tipología y fijar las dimensiones del apoyo en cuestión. Durante esta fase se completará asimismo la descripción geológica y se podrá precisar con más elementos de juicio la estabilidad natural de la ladera. En ocasiones será necesario realizar algunas prospecciones adicionales en zonas próximas, aunque en ellas no existan apoyos, para desvelar la estructura interna del macizo rocoso y enjuiciar su estabilidad.

PILAS DE PUENTE A MEDIA LADERA.

Los apoyos de los puentes que han de salvar valles o barrancos con grandes diferencias de nivel suelen elegirse de manera que se alcance un óptimo en el Proyecto. El encarecimiento progresivo del tablero del puente, que ocurre al distanciar los apoyos, debe equilibrarse con el coste de ejecución de los cimientos. En lugares con topografía abrupta, el número de apoyos suele ser reducido, dadas las dificultades de ejecutar la cimentación de los apoyos en zonas con fuertes pendientes.

En este apartado se incluyen algunas recomendaciones específicas que conviene considerar en el proyecto y la construcción de cimientos de puentes en zonas de fuerte pendiente. Se entienden por tales aquellos lugares donde la inclinación del terreno juega un papel importante, ya sea por la gran pendiente (pendiente > 50%, por ejemplo), ya sea por los problemas de estabilidad que la cimentación o sus excavaciones pueden plantear o, incluso, por los problemas asociados a las dificultades de acceso a la zona de trabajo.

Las recomendaciones formuladas en este apartado con carácter general, independientes de la inclinación del terreno, se entienden asimismo aplicables a cimentaciones de pilas de puente en terrenos llanos.

1. RECONOCIMIENTO DEL TERRENO   En las ocasiones que en adelante se consideran, el acceso a las zonas de apoyo en general no resulta fácil y, en consecuencia, los reconocimientos...

2. ESTABILIDAD DE LA LADERA   La construcción de apoyos de puentes en una ladera podría provocar como consecuencia una mejora de su estabilidad natural, pero esa no es la situación más frecuente. Más bien, al contrario...

3. TIPOLOGÍA DE LA CIMENTACIÓN   Las cimentaciones a media ladera pueden realizarse, igual que las de terrenos llanos, mediante zapatas o mediante pilotes. En estos casos, sin embargo, cuando ambas...

4 CIMENTACIONES SUPERFICIALES   Para construir cimentaciones superficiales de pilas de puente a media ladera, es preciso que el Proyecto incluya los planos de detalle correspondientes junto con las mediciones que sirvan para confeccionar el...

5. CIMENTACIONES PROFUNDAS   Los planos y especificaciones para la ejecución de las cimentaciones deben recoger todos los detalles significativos de las mismas, entre ellos, los siguientes...

Puentes y su Clasificación.

Fabricado de piedra, ladrillo, cemento, madera, o hierro que se construye y forma sobre los ríos, fosos y otros sitios, para poder pasarlos.
Suelo que se hace poniendo tablas sobre barcas, odres u otros cuerpos flotantes, para pasar un río.

Clasificación de los puentes.-

Debido a la gran variedad, son muchas las formas en que se puede clasificar los puentes, siendo las mas destacables las que se detallan a continuación:
a) Por su longitud :

Puentes mayores (Luces de vano mayores a los 50 m ) Puentes menores (Luces entre 6 y 50 m.). Alcantarillas (Luces menores a 6 m,).

b) Por su objeto o servicio que presta:

Puentes camineros Puentes ferroviarios. Puentes aeropuertuarios.
Puentes acueducto (para el paso de agua solamente).
Puentes canal (para vías de navegación
Puentes para oleoductos.
Puentes grúa (en edificaciones industriales
Pasarelas (o puentes peatonales).
Puentes mixtos (resultado de la combinación de casos).

c) Según el material que compone la superestructura:

Puentes de madera.
Puentes de mampostería de ladrillo
Puentes de mampostería de piedra.
Puentes de hormigón ciclópeo.
Puentes de hormigón simple.
Puentes de hormigón armado.
Puentes de hormigón pretensado
Puentes de sección mixta.
Puentes metálicos.

d) Según la ubicación del tablero

Puentes de tablero superior.
Puentes de tablero inferior.
Puentes de tablero intermedio.
Puentes de varios tableros.

e) Según transmisión de cargas a la infraestructura

Puentes de vigas.
Puentes aporticados.
Puentes de arco.
Puentes en volados sucesivos. Puentes obenque (atirantados) Puentes colgantes.

f) Según sus condiciones estáticas

Isostáticos : Puentes simplemente apoyados.
Puentes continuos con articulaciones (Gerber).
Hiperestáticos: Puentes continuos
Puentes en arco.
Puentes aporticados.
Puentes isotrópicos o espaciales
Puentes en volados sucesivos (pasan de isostáticos a hiperestáticos)

g) Según el ángulo que forma el eje del puente con el del paso interior (o de la corriente de agua):

Puentes rectos (Ángulo de esviave 90o
Puentes esviajados
Puentes curvos h) Según su duración :
Puentes definitivos
Puentes temporales (muchas veces permanecen por tiempo prolongado).

Criterios para la Elección del Puente a Construir.

El arte de la construcción de puentes ha sido siempre el interés de muchos hombre y los grandes puentes son admirados, como auténticos resultados de las fuerzas del ingenio y la creación

Para elegir el tipo de puente más adecuado, es necesario disponer previamente de los datos mencionados con anterioridad para el proyecto de un puente, para luego seguir con las etapas que se especifican a continuación:

Fijar en forma aproximada la infraestructura, la luz de los tramos y el tipo de superestructura, fijando además los posibles sistemas de fundación así como sus profundidades aconsejables en función de la capacidad portante del terreno incluidas las profundidades estimadas de socavación. Una vez (ijada esta cota y la de la rasante, se obtendrá la altura de las pilas, las cuales ya dan una primera idea de la longitud de los tramos, porque según lo muestran los proyectos mas satisfactorios se establece que esta luz generalmente está comprendida entre 25 y 4.5 veces la altura de la pila medida desde la cota de fundación hasta la parte superior de su coronamiento. Tratándose de pilotaje, este punto mas bajo corresponde a la sección de empotramiento de los pilotes en el terreno incluida la máxima profundidad de socavación y la consistencia del terreno.

En los límites establecidos anteriormente, los valores próximos a 25 se adoptan para obtener fundaciones do bajo costo, como sor fundación directa, pilotaje de madera etc. En cambio, los valores que se aproximan a 4 5 generan fundaciones mas caras como ser de Upo neumático correspondiendo estos casos a soluciones para volados sucesivos y obenques.

Los puentes colgantes sobrepasan estos limites y como es sabido a la fecha es con esta solución que se han conseguido las mayores luces
Siguiendo lo anteriormente mencionado. la superestructura se la fija en función do 1.1 luz de los tramos, el paisaje costos, disponibilidad de materiales, etc

Luego. se determina el grado do continuidad o hiperestaticidad de la obra porque en relación a los tramos isostáticos son más económicos y monolíticos aunque cuando so trata de obras viales con muchos puentes, estos pueden sor estandarizados mediante tramos isostáticos prefabricados con lo que la economía puede inclinarse más hacia esta última técnica.

Basándose en el perfil topográfico se recomienda seguir los siguientes criterios:

Si el puente es de mucha altura y corto, este puede ser solucionado con el mayor grado de hiperestaticidad posible, (ver figura 7) monolitizando la superestructura con sus pilas (aporticado), ya que las variaciones de longitud de las vigas principales debidas a la temperatura, fraguado, acortamiento elástico (pretensado) etc., serán absorbidas por la elasticidad de las columnas, en las que se producirán fatigas importantes.

Si el puente es de mucha altura y largo, requiere de juntas de dilatación y esto se soluciona con varios tramos similares a los de la solución anterior pero con la introducción de tramos colgados.

Si el puente es bajo y corto, se lo puede solucionar con viga continua o sea con articulaciones o aparatos de apoyo sobre las pilas y los estribos. La necesidad de estas articulaciones es en razón de que las pilas bajas tienen muy poca capacidad para absorber las dilataciones o contracciones de las vigas principales.

Las articulaciones aumentan cuatro veces esta capacidad en relación a la de las pilas monolíticas con sus vigas.

Si el puente es bajo y largo, se lo puede solucionar en forma similar al caso anterior pero con la diferencia de que se debe introducir tramos colgados para disminuir la acción de las dilataciones debidas a la temperatura, fraguado, etc.

El arte de la construcción de puentes ha sido siempre el interés de muchos hombre y los grandes puentes son admirados, como auténticos resultados de las fuerzas del ingenio y la creación

Para elegir el tipo de puente más adecuado, es necesario disponer previamente de los datos mencionados con anterioridad para el proyecto de un puente, para luego seguir con las etapas que se especifican a continuación:

Fijar en forma aproximada la infraestructura, la luz de los tramos y el tipo de superestructura, fijando además los posibles sistemas de fundación así como sus profundidades aconsejables en función de la capacidad portante del terreno incluidas las profundidades estimadas de socavación. Una vez (ijada esta cota y la de la rasante, se obtendrá la altura de las pilas, las cuales ya dan una primera idea de la longitud de los tramos, porque según lo muestran los proyectos mas satisfactorios se establece que esta luz generalmente está comprendida entre 25 y 4.5 veces la altura de la pila medida desde la cota de fundación hasta la parte superior de su coronamiento. Tratándose de pilotaje, este punto mas bajo corresponde a la sección de empotramiento de los pilotes en el terreno incluida la máxima profundidad de socavación y la consistencia del terreno.

En los límites establecidos anteriormente, los valores próximos a 25 se adoptan para obtener fundaciones do bajo costo, como sor fundación directa, pilotaje de madera etc. En cambio, los valores que se aproximan a 4 5 generan fundaciones mas caras como ser de Upo neumático correspondiendo estos casos a soluciones para volados sucesivos y obenques.

Los puentes colgantes sobrepasan estos limites y como es sabido a la fecha es con esta solución que se han conseguido las mayores luces
Siguiendo lo anteriormente mencionado. la superestructura se la fija en función do 1.1 luz de los tramos, el paisaje costos, disponibilidad de materiales, etc

Luego. se determina el grado do continuidad o hiperestaticidad de la obra porque en relación a los tramos isostáticos son más económicos y monolíticos aunque cuando so trata de obras viales con muchos puentes, estos pueden sor estandarizados mediante tramos isostáticos prefabricados con lo que la economía puede inclinarse más hacia esta última técnica.

Basándose en el perfil topográfico se recomienda seguir los siguientes criterios:

Si el puente es de mucha altura y corto, este puede ser solucionado con el mayor grado de hiperestaticidad posible, (ver figura 7) monolitizando la superestructura con sus pilas (aporticado), ya que las variaciones de longitud de las vigas principales debidas a la temperatura, fraguado, acortamiento elástico (pretensado) etc., serán absorbidas por la elasticidad de las columnas, en las que se producirán fatigas importantes.

Si el puente es de mucha altura y largo, requiere de juntas de dilatación y esto se soluciona con varios tramos similares a los de la solución anterior pero con la introducción de tramos colgados.

Si el puente es bajo y corto, se lo puede solucionar con viga continua o sea con articulaciones o aparatos de apoyo sobre las pilas y los estribos. La necesidad de estas articulaciones es en razón de que las pilas bajas tienen muy poca capacidad para absorber las dilataciones o contracciones de las vigas principales.

Las articulaciones aumentan cuatro veces esta capacidad en relación a la de las pilas monolíticas con sus vigas.

Si el puente es bajo y largo, se lo puede solucionar en forma similar al caso anterior pero con la diferencia de que se debe introducir tramos colgados para disminuir la acción de las dilataciones debidas a la temperatura, fraguado, etc.

Solicitaciones a Considerar en los Puentes: Peso Propio, Carga Viva, Parapetos, Postes y Pasamano.

Entre las diversas solicitaciones que se deben considerar en el diseño de los puentes se tiene: El peso propio, la carga viva el impacto, el trenado, el viento, la fuerza de la corriente de agua, la subpresión, la fuerza centrifuga, el sismo y otras particulares como ser el choque de los hielos etc.

Las magnitudes de estas solicitaciones están basadas en datos empíricos y están definidas en normas o reglamentos para el diseño de los puentes
En el presente texto se usan las normas A A S.H.T.O. (American Asociation of State Highway and Transportation Ofticials) cuya aplicación fundamental es para puentes camineros.

peso propio.- Esta es una carga que debe ser definida previo predimensionamiento de la estructura y en ningún caso debe ser menospreciada y tampoco exagerada ya que la limitación de longitud de vanos fundamentalmente se debe al peso muerto de las estructuras

Para el prediseño se tiene una serie de datos que guardan relación con obras que ya han sido construidas.

La carga muerta de la superestructura generalmente esta constituida por las vigas, la losa y los diafragmas que constituyen lo que mas propiamente se denomina la carga muerta permanente. Y complementarias a estas se tienen: Las aceras, los postes, los pasamanos, la capa de rodadura, tuberías, cables y otros servicios públicos.

La carga muerta de la infraestructura la constituyen su coronamiento, elevación y fundación.

Carga viva.-
Esta constituida por los vehículos tipo que se detallan a continuación, ya que la carga de los peatones y fuerzas complementarias generadas por estos mismos se consideran como otros [temes en el presente capitulo.

En todos los casos, la permanencia de la carga viva sobre los puentes es en general inferior a las 24 horas.

El reglamento A.A.S.H.T.O. distingue dos tipos de carga viva: CAMIÓN TIPO que se toma como carga única por cada (aja de trafico y su correspondiente CARGA EQUIVALENTE que reemplaza al camión tipo al haberse sobrepasado una determinada longitud.

Camiones tipo.-
Adoptando la nomenclatura del sistema internacional, se distinguen: los tipo M y los MS.

Los camiones M están formados por dos ejes de ruedas espaciados a 4.3 m. (ver figura 42) con las ruedas delanteras pesando la cuarta parte de las traseras. Cada eje consta de dos ruedas las que están espadadas a 1.8 m.

Pertenecen a este grupo el M18 y M13.5 cuyos pesos son respectivamente de 20 y 15 toneladas inglesas (cada tonelada inglesa tiene 2000 libras). En unidades del sistema internacional los pesos de los ejes son los que se detallan en la figura 42.

Los camiones MS están formados por un camión M y su acoplado S, es decir que el M es el detallado anteriormente y su acoplado corresponde a la adición de un eje trasero cuya separación es variable entre 4.3 y 9.0 m. (ver figura 44).

Pertenecen a este grupo el MS18 y MS13.5 con pesos en toneladas inglesas de 36 y 27 respectivamente.

En todos los casos incluida la carga equivalente, el ancho mínimo de cada faja de trafico para el diseño es de 3 m. pudiendo alcanzar un máximo de 4.5 m.

Parapetos, postes y pasamanos.- Se prevén en los bordes de las aceras o directamente de la! calzadas para proteger a los peatones o a los vehículos. En algunos casos se prevén parapeto;

vehiculares entre la calzada y la acera y al borde de la acera postes y pasamanos peatonales.

a) 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 Ib que es aconsejable darte 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 55 donde se muestran algunos casos frecuentes.

Esta carga se la aplica perpendicularmente a la dirección del tráfico y concentrada ya sea en los postes o al medio de las barreras según cual sea el elemento que se está diseñando.
La altura máxima de las protecciones debe llegar a 0.7 m. y si lleva parapeto, este a 0.45m

Figura 55 Parapetos y protecciones para puentes de autopista 

Figura 56.- Postes y pasamanos para pasarelas 

 Figura 57.- Parapetos, postes y pasamanos mixtos.

b) 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 vertical y i 0.75 Kn/m. en el horizontal.

La altura del pasamanos superior debe llegar a 0.9 m., ver figura 56.

c) Parapetos, postes, barreras» y pasamanos mixtos.- Tratándose de puentes de dudad en correspondencia con vías que permiten circular a los vehículos con velocidades apreciables o cuando las aceras resultan muy bajas se recomienda hacer los disenos con este tipo de parapetos, en los que hasta los 0.7 m. de altura se aplican las solicitaciones especificadas en el ítem a, en cambio el pasamanos que llega a los 0.9 m. recibe las solicitaciones especificadas en el ítem b (ver figura 57).

Planos Constructivos - Puentes.

Los planos necesarios para la ejecución de un puente en forma general y como una orientación son los siguientes:

a) Plano general en el que se presentan, la elevación, planta y sección transversal típica del conjunto de la obra.

b) Plano de formas o encofrados de la superestructura (caso de hormigón armado o pretensado) mostrándose, vistas detalles y corles con todas sus dimensiones y acotados.

c) Plano de armadura de la superestructura (caso de hormigón armado o pretensado) mostrando toda la enfierradura con su planilla y posiciones de los fierros, o en caso de pretensado con el detalle de cables y anclajes.

d) Plano de encofrados de la infraestructura con las mismas aclaraciones que para el inciso b

e) Si la infraestructura es en hormigón armado, se detallará también su plano de armadura con aclaraciones similares a las del inciso c

f) Plano de detalles en el que se muestran, postes, pasamanos, juntas de dilatación, aparatos de apoyo, drenajes, etc

g) Plano de obras adicionales, como ser defensivos. protección de terraplenes, prolongación de aleros, alcantarillas adicionales y en fin lodo aquello que vaya vinculado con la segundad del puente

Partes Constructivas - Puentes (Superestructura y la Infraestructura.)

a) Superestructura - Constituida en términos generales por las vigas de puente, diafragmas, tablero, aceras, postes, pasamanos, capa de rodadura ó durmientes, rieles, etc

b) Infraestructura.- Todo el conjunto de pilas (columnas intermedias) y estribos (muros de contención en los costados) que soportan a la superestructura.

Como elementos intermedios entre la superestructura y la infraestructura se tienen los aparatos de apoyo.

Se consideran también como parles accesorias de los puentes, las prolongaciones de los aleros de los estribos, los defensivos los pedraplenes y protecciones, especialmente en casos de ríos caudalosos, asi como también las alcantarillas de desfogue en los terraplenes de acceso.

Se pueden observar en lineas generales las parles constitutivas de un puente, tanto en la superestructura como en la infraestructura, complementándose con la figura 2 en la que se muestra la sección transversal de la superestructura.

Vigas principales.- Reciben esta denominación por ser los elementos que permiten salvar el vano, pudiendo tener una gran variedad de formas como con las vigas rectas, arcos, pórticos, reticulares, vigas Vierendeel etc

Las vigas secundarias paralelas a las principales, se denominan longueras

Diafragmas • Son vigas transversales a las anteriores y sirven para su arriostramiento En algunos casos^r. pasan a ser vigas secundarias cuando van destinadas a transmitir cargas del tablero a las vigas principales

Estas vigas perpendiculares pueden recivir otras deniminaciones como ser viguetas o en otros casos vigas de puente

Tablero.- Es la parte estructural que queda a nivel de subrasante y que transmite tanto cargas como sobrecargas a las viguetas y vigas principales.

El tablero, preferentemente es construido en hormigón armado cuando se trata de luces menores, en metal para alivianar el peso muerto en puentes mayores, es denominado también con el nombre de losa y suele ser ejecutado en madera u otros materiales.

Sobre el tablero y para dar continuidad a la rasante de la vía viene la capa de rodadura que en el caso de los puentes se constituye en la carpeta de desgaste y que en su momento deberá ser repuesta.

Naturalmente, que en el caso de puentes ferroviarios estos elementos van sustituidos por los durmientes y sus rieles.

Los tableros van complementados por los bordillos que son el límite del ancho libre de calzada y su misión es la de evitar que los vehículos suban a las aceras que van destinadas al paso peatonal y finalmente al borde van los postes y pasamanos.

Pilas.- Corresponden a las columnas intermedias y están constituidas de las siguientes partes:

El coronamiento que os la parte superior donde se alojan los pedestales de los aparatos de apoyo y en consecuencia está sometido a cargas concentradas luego viene la elevación que es el cuerpo propiamente do la pila y que en el caso de puentes sobre ríos recibe el embate de las aguas, luego viene la fundación que debe quedar enterrada debiendo garantizar la transmisión de las cargas al terreno do fundación.

Estribos - A diferencia de las pilas los estribos reciben además de la superestructura el empuje de las tierras de los terraplenes de acceso al puente, en consecuencia trabajan también como muros de contención. Están constituidos por el coronamiento, la elevación y su fundación y con la característica de que normalmente llevan aleros tanto aguas arriba como abajo, para proteger el terraplén de acceso.