PREFACIO

NORMA COLOMBIANA DE DISEÑO DE PUENTES – LRFD – CCP 14

Resumen Los materiales, técnicas de construcción y métodos de análisis y diseño de los puentes han evolucionado en respuesta a las crecientes necesidades de la humanidad. Hasta principios del siglo 19, los puentes fueron diseñados y construidos por maestros de la construcción con procedimientos empíricos. El acelerado desarrollo tecnológico y económico a partir de la Revolución Industrial de finales del siglo 18 con la invención del hierro fundido y forjado y el acero, el nacimiento de las escuelas de ingeniería civil y la aparición de la teoría de las estructuras, la introducción del concreto reforzado a finales del siglo 19 y del concreto presforzado en el siglo 20 y la aparición de los conceptos de seguridad estructural han impulsado un proceso evolutivo en los métodos de análisis, diseño y construcción de las estructuras. En los últimos años, la incorporación de la estadística y la teoría de las probabilidades al diseño ha dado lugar a una filosofía de confiabilidad en la seguridad de las estructuras, que está siendo aplicada con acierto al diseño y construcción de los puentes. Lo anterior se ve reflejado en la expedición de normas y especificaciones por la gran mayoría de países, basadas en la filosofía de diseño con factores de carga y de resistencia LRFD (Load Resistant Factor Design) fundamentada en el uso confiable de los métodos estadísticos mediante procedimientos fácilmente utilizables por los diseñadores de puentes.

Conscientes de que el país cuente con un documento actualizado, que esté a la par con los códigos de diseño y construcción de puentes utilizados en los países desarrollados, el Ministerio del Transporte y el Instituto Nacional de Vías – INVIAS suscribieron con la Asociación Colombiana de Ingeniería Sísmica – AIS el Convenio de Asociación No. 1314 De 2013, con el objeto de aunar esfuerzos técnicos, logísticos y financieros para la revisión, actualización y complementación del código colombiano de diseño sísmico de puentes, su difusión e implementación. Introducción La sociedad espera que los edificios, los puentes o cualquier estructura sean seguras para quienes las usan, están en su vecindad o en su área de influencia, bajo el supuesto de que la falla sea un evento extremadamente escaso. Es decir, confía implícitamente en la pericia de los profesionales involucrados en la planeación, diseño, construcción y mantenimiento de las estructuras de las que se sirve. Los ingenieros estructurales dedican sus esfuerzos a llenar las expectativas de la sociedad sin perder de vista la economía y la funcionalidad de los proyectos. En los últimos años los ingenieros y los científicos han trabajado conjuntamente para desarrollar métodos que den respuesta a los crecientes desafíos de la ingeniería. Aceptando que nada es absolutamente seguro, la discusión de seguridad puede darse en términos de probabilidades de falla, aceptablemente pequeñas. Partiendo de esta premisa, la teoría de la confiabilidad surgió y ha llegado a ser parte de la ciencia y la práctica de la ingeniería de hoy. Su aplicación no solamente se refiere a la seguridad de las estructuras, sino también a las condiciones de servicio y otros requerimientos de los sistemas técnicos, sujetos a alguna probabilidad de falla. Muchas fallas han sucedido en la historia de la construcción de los edificios y puentes. Gracias a estos sucesos desafortunados, los ingenieros estructurales han podido desarrollar técnicas y teorías que permitan diseñar estructuras con márgenes de seguridad confiables, en la medida en que las crecientes necesidades de la humanidad lo han demandado. Una de las teorías que se han desarrollado en los últimos años es la de la confiabilidad, herramienta fundamental en el desarrollo de nuevos métodos y filosofías de diseño estructural. En el caso de los puentes, la teoría de la confiabilidad ha permitido la creación, evaluación y

calibración de los modelos de carga viva que representan a las complejas y aleatorias cargas reales de los vehículos que circulan por las carreteras en el mundo entero.

LAS ESPECIFICACIONES AMERICANAS AASHTO Y LA PRÁCTICA COLOMBIANA

En buena parte del continente americano, el diseño de puentes se ha practicado teniendo como referencia de primera mano las especificaciones americanas AASHO [American Association of State Highway Officials], cuya primera norma, “Standard Specifications for Highway bridges and Incidental Structures”, ampliamente reconocida, fue publicada en 1931. Posteriormente se denominó AASHTO [American Association of State Highways and Transportation Officials] y se creó el “AASHTO Highway Subcommittee on Bridges and Structures”, autor y guardian de esta primera especificación. El titulo original de la especificación fue simplificado y en sus últimas ediciones consecutivas, con intervalos aproximados de cuatro años, lo hemos conocido como “Standard Specifications for Highway Bridges”. Su edición final, la “17th edition”, fue publicada en el año 2002. En la introducción de la especificación AASHTO LRFD, 6a edición, se expresa: “El volumen de conocimientos relacionados con el diseño de puentes de carretera ha crecido enormemente desde 1931 y continua haciéndolo. La teoría y la práctica ha evolucionado significativamente, reflejando los avances de la investigación en el conocimiento de las propiedades de los materiales, sus mejoras, en el más racional y preciso análisis del comportamiento de las estructuras, en el advenimiento de los computadores y el rápido avance de su tecnología, en el estudio de los eventos externos que representan amenaza para los puentes, tales como eventos sísmicos, crecientes de los ríos y muchas otras áreas.” En 1986, el subcomité de AASHTO encargado de estos asuntos manifestó el interés por efectuar una evaluación de las especificaciones AASHTO vigentes, revisar las especificaciones y códigos extranjeros y, lo más importante, considerar las alternativas de filosofía de diseño a las especificaciones estándar [Standard Specifications] que se estaban utilizando corrientemente. El trabajo fue realizado identificando y enmendando vacíos, inconsistencias y algunos conflictos. Y aún más, encontrando que la especificación no reflejaba los más recientes desarrollos de la filosofía de diseño con factores de diseño de carga y resistencia, LRFD. Este enfoque venia ganando terreno en otras áreas de la ingeniería estructural y en otras partes del mundo como Canadá y Europa. Finalmente, en 1994 AASHTO publica su primera edición de especificaciones para diseño de puentes basada en la filosofía LRFD, “AASHTO LRFD Bridge Design Specifications”. Su más reciente publicación es la 7ma edición de 2014. En Colombia se utilizó la especificación americana “AASHTO Standard Specifications for Highway Bridges”, hasta el año 1994, cuando el Gobierno nacional encargó a la Asociación Colombiana de Ingeniería Sísmica –AIS- la tarea de producir un documento nacional que sirviera de reglamentación para los diseños de los puentes en el país. En 1995, la AIS, mediante convenio con el Ministerio del Transporte y el Instituto Nacional de Vías INVIAS publicó el Código Colombiano de diseño sísmico de puentes – CCP 95, basado en la especificación “AASHTO Standard Specifications for Highway Bridges”, edición de 1992. En el año 2013, en convenio con el INVIAS, la AIS, desarrolló la nueva Norma Colombiana de Diseño de Puentes CCP-2014, esta vez basada en las especificaciones “AASHTO LRFD Bridge Design Specifications” 6ª edición (2012) y “AASHTO LRFD Bridge Design Specifications” 7ª edición (2014) fundamentadas en la filosofía LRFD, hoy utilizada corrientemente en muchos países para el diseño de todo tipo de estructuras. Aspectos relevantes de este nuevo documento son: la actualización de los mapas colombianos de amenaza sísmica y la calibración de la carga viva vehicular de diseño para la práctica colombiana. NORMA LRFD y NORMA ESTANDAR En la especificación AASHTO, desde el principio y hasta los inicios de la década de los años 70, la única filosofía de diseño utilizada fue la conocida como ‘diseño por esfuerzos de trabajo’, WSD (working stress design). Esta metodología definía los esfuerzos admisibles como una fracción de la resistencia de un determinado material y requería que los esfuerzos de diseño calculados no excedieran los esfuerzos admisibles definidos. Iniciando los años 70, la metodología WSD inició un proceso de evaluación para reflejar la variabilidad de ciertos tipos de carga, tales como las cargas vehiculares, las fuerzas sísmicas y de viento. Esto se logró ajustando unos factores de diseño y dando lugar a una filosofía de diseño denominada de

‘factores de carga’ LFD (load factor design). Ambas filosofías, WSD y LFD, estaban contenidas en las ediciones de las especificaciones estándar “AASHTO Standard Specifications for Highway Bridges”. La nueva filosofía resultó de considerar la variabilidad de las propiedades de los elementos estructurales y, en forma similar, la variabilidad de las cargas. La filosofía de diseño con factores de carga y de resistencia LRFD está basada en el uso confiable de los métodos estadísticos y define procedimientos fácilmente utilizables por los diseñadores de puentes. Con la aparición de la especificación LRFD, en los últimos años, los ingenieros de puentes han tenido que elegir entre las dos filosofías para hacer sus diseños, evitando aplicar combinaciones de ellas. En cada una de las dos modalidades, la AASHTO ha puesto a disposición de los ingenieros diseñadores numerosos documentos de ayuda. DISEÑO POR ESTADOS LÍMITE El diseño por estados límite es una aplicación acertada de los métodos estadísticos de diseño, en los cuales el

énfasis está en la probabilidad de falla. Esta metodología ha sido adoptada en la mayoría de códigos de diseño

de puentes.

Un estado límite es una condición más allá de la cual una estructura, o uno de sus componentes, no cumple la función para la cual fue diseñado. La metodología de diseño por estados límite es corrientemente usada en diseño estructural y tiene dos características básicas: (1) trata de considerar todos los estados límite posibles y (2) está basado en métodos probabilistas. Los estados límite deben estar suficientemente bien definidos, de tal manera que un diseñador sepa qué es considerado como aceptable o inaceptable. De mayor importancia es prevenir que los estados límites sean alcanzados, pero hay otras metas igualmente deseables: funcionalidad, apariencia y economía. No es económico diseñar un puente para que ninguno de sus componentes falle. Por lo tanto, es necesario determinar cuál es el nivel de riesgo o probabilidad de falla aceptable. El estado límite más simple es el de la falla de un componente bajo una carga particular aplicada. Esto depende de dos parámetros: la magnitud de la carga que afecta la estructura, llamada el efecto de la carga, y la resistencia o esfuerzo del componente. Si el efecto de la carga excede la resistencia, entonces el componente fallará. Sin embargo, la magnitud del efecto de la carga y la resistencia están sujetos a incertidumbres. Para cuantificar la incertidumbre asociada a la resistencia es necesario ejecutar un gran número de ensayos, útiles para calcular la resistencia promedio y alguna medida de su variación como la desviación estándar o el coeficiente de variación. El número de muestras que caen dentro de un intervalo dado, se dice que tienen una probabilidad de ocurrencia P. Se puede, igualmente, obtener la curva de la función de densidad de probabilidad, la cual se asume que sigue una distribución normal. Sus propiedades y área bajo la curva se encuentran tabuladas para facilitar su uso. La determinación de un aceptable margen de seguridad no está basada en la opinión de un solo individuo. Para ello se confía en la experiencia y buen juicio de calificados y amplios grupos de ingenieros conformados por investigadores, consultores e ingenieros involucrados en el diseño y supervisión de puentes. CALIBRACIÓN DE LA ESPECIFICACION COLOMBIANA LRFD PARA PUENTES Muchas aproximaciones pueden ser usadas en la calibración de un código de diseño. Puede usarse el buen juicio, la adaptación de otros códigos, el uso de la teoría de la confiabilidad estructural o una combinación de todas estas aproximaciones. El buen juicio, sin embargo, puede dar lugar a subestimación o sobreestimación de los parámetros. La calibración por adaptación es usualmente hecha cuando hay un cambio fundamental en la filosofía de diseño o en el formato del código. Los parámetros de un nuevo código se deben obtener de tal manera que los diseños resultantes sean esencialmente los mismos que se obtendrían utilizando el código anterior. Su principal objetivo sería transferir la experiencia de la aplicación del código antiguo al nuevo. Esta técnica asegura que los nuevos diseños no se desvíen significativamente de los diseños existentes.

Un código puede también ser calibrado por un proceso más formal usando la teoría de la confiabilidad. Tal proceso, para estimar los valores confiables de factor de carga y resistencia, consiste en los siguientes pasos: (1) Compilar una base de datos de parámetros de carga y resistencia. (2) Estimar el nivel de confiabilidad inherente a los métodos de diseño corrientes de predicción de resistencia de las estructuras de los puentes. (3) Observar la variación de los niveles de confiabilidad con diferentes luces, relaciones de DL (Dead Load) a LL (Live Load) y combinaciones de carga, tipos de puentes y métodos de cálculo de

resistencia. (4) Seleccionar como objetivo un índice de confiabilidad (), basado en los márgenes de seguridad implícita en los diseños corrientes. (5) Calcular factores de carga y resistencia consistentes con el índice de confiabilidad definido. También es importante acoplar la experiencia y el buen juicio con la calibración de los resultados. La nueva especificación colombiana de diseño de puentes CCP 14 está basada en la especificación “AASHTO LRFD Bridge Design Specifications” 6th Ed.2012 y 7th Ed.2014, la cual consta de 15 secciones. Las cargas vehiculares de diseño y la fuerza sísmica han sido actualizadas y calibradas mediante procesos como el descrito anteriormente. La carga vehicular de diseño tendrá características similares a las de la especificación AASHTO LRFD, lo cual facilitara el uso de los programas de computador corrientemente utilizados por los diseñadores de puentes en

todo el mundo. Se ha calibrado para un índice de confiabilidad () de 3.5, equivalente a una probabilidad de falla de 2.33x10

-4, igual al utilizado en la determinación de la carga viva de diseño para los puentes en los

Estados Unidos. Para la presente actualización se han preparado los mapas de amenaza sísmica con un enfoque probabilista a objeto de establecer los valores de los coeficientes sísmicos de diseño denominados como PGA (Peak Ground Acceleration), Ss y S1 asociados, en esta ocasión, a una probabilidad de excedencia del 7% en una vida útil de 75 años, lo que equivale, aproximadamente, a un período de retorno de 975 años. El coeficiente PGA corresponde a la aceleración máxima del terreno (0 segundos de período), mientras que Ss y S1 corresponden a los valores de la amenaza, asociados a los períodos de vibración iguales a 0.2 y 1.0 segundos respectivamente. Adicionalmente, para los puentes clasificados como críticos, de acuerdo a su importancia y localización, se ha determinado que los coeficientes sísmicos deben estar asociados a una probabilidad de excedencia del 2% en 50 años de vida útil, lo que corresponde, aproximadamente, a un período de retorno de 2,500 años. Para este período de retorno se han calculado los mismos coeficientes sísmicos (PGA, Ss y S1) con el 5% de amortiguamiento. Las demás cargas y combinaciones de cargas especificadas permanecen, básicamente, iguales a las indicadas en la especificación AASHTO LRFD. GRUPOS DE TRABAJO En esta tarea de adaptación de las especificaciones LRFD de diseño de puentes para Colombia ha participado un gran número de ingenieros civiles, estructurales, geotecnistas y personal auxiliar y gracias a sus contribuciones ha sido posible concretar este esfuerzo que se pone a disposición para su aplicación en todo el país. REFERENCIAS

AASHTO [American Association of State Highway and Transportation Officials] Standard Specifications for

Highway Bridges (1994) Washington D.C.

AASHTO [American Association of State Highway and Transportation Officials] AASHTO LRFD Bridge

Design Specifications (2012-2014) Washington D.C.

AIS [Asociación Colombiana de Ingeniería Sísmica) Código colombiano de diseño sísmico de puentes (1995) Bogotá D.C.

REPÚBLICA DE COLOMBIA

Juan Manuel Santos Calderón Presidente de la República

Natalia Abello Vives

Ministra de Transporte

Carlos Alberto García Montes Director General Instituto Nacional de Vías – INVIAS

Luis Roberto D’Pablo Ramirez

Director Técnico – INVIAS

Nohora Gómez Roa Subdirectora de Estudios e Innovación (E)

Alfonso Montejo Fonseca

Gestor Técnico del Contrato – INVIAS

ASOCIACIÓN COLOMBIANA DE INGENIERÍA SÍSMICA – AIS

NORMA COLOMBIANA DE DISEÑO DE PUENTES CCP 14

ASOCIACION COLOMBIANA DE INGENIERIA SISMICA – AIS

Eduardo Castell Ruano Presidente AIS GRUPO DE TRABAJO COMITÉ DE PUENTES AIS 200 Comité Directivo Josué Galvis Ramos - Coordinador Jorge Alfredo Santander Palacios Luís Enrique García Reyes Luis Enrique Aycardi Fonseca

Especialistas Colaboradores Darío Farías García Sandra Farías Moreno Edgar Hernán Forero Muñoz Luis Garza Vásquez Carlos Ramiro Vallecilla Bahena Malena Amórtegui Rodríguez María del Pilar Duque Uribe Luis Felipe López Muñoz Zulma Stella Pardo Vargas Julián Carrillo León

Ingenieros Auxiliares Naile Aguirre Carvajal Mauricio José Castro García Doralba Valencia Restrepo Yeudy Felipe Vargas Alzate David Alejandro Castro Cruz Luis Fernando Caballero Castro Angel David Guerrero Rojas Samuel Dario Prieto Ramírez Revisión Edición Armando Antonio González G Leticia Reyes Gómez

NORMA COLOMBIANA DE DISEÑO DE PUENTES CCP 14 SECCIÓN 1 – INTRODUCCIÓN SECCIÓN 2 – CARACTERÍSTICAS GENERALES DE DISEÑO Y UBICACIÓN SECCIÓN 3 – CARGAS Y FACTORES DE CARGA SECCIÓN 4 – ANÁLISIS Y EVALUACIÓN ESTRUCTURAL SECCIÓN 5 – ESTRUCTURAS DE CONCRETO SECCIÓN 6 – ESTRUCTURAS DE ACERO SECCIÓN 7 – ESTRUCTURAS DE ALUMINIO SECCIÓN 8 – ESTRUCTURAS DE MADERA SECCIÓN 9 – TABLEROS Y SISTEMAS DE TABLEROS SECCIÓN 10 – CIMENTACIONES SECCIÓN 11 – MUROS, ESTRIBOS Y PILAS SECCIÓN 12 – ESTRUCTURAS ENTERRADAS Y REVESTIMIENTOS PARA TÚNELES SECCIÓN 13 – BARANDAS SECCIÓN 14 – JUNTAS Y APOYOS SECCIÓN 15 – DISEÑO DE BARRERAS DE SONIDO

SECCIÓN 1

TABLA DE CONTENIDO

INTRODUCCIÓN

1.1 – ALCANCE DE LAS ESPECIFICACIONES ............................................................................................ 1-1 1.2 – DEFINICIONES ..................................................................................................................................... 1-2 1.3 – FILOSOFIA DE DISEÑO......................................................................................................................... 1-3 1.3.1 – Generalidades .................................................................................................................................. 1-3 1.3.2 – Estados límite ................................................................................................................................. 1-3 1.3.2.1 – Generalidades .......................................................................................................................... 1-3 1.3.2.2 – Estado límite de servicio ........................................................................................................... 1-4 1.3.2.3 – Estado límite de fatiga y fractura ............................................................................................... 1-4 1.3.2.4 – Estado límite de resistencia ..................................................................................................... 1-5 1.3.2.5 – Estado límite de eventos extremos .......................................................................................... 1-5 1.3.3 – Ductilidad ......................................................................................................................................... 1-5 1.3.4 – Redundancia ................................................................................................................................... 1-6 1.3.5 – Importancia Operacional ................................................................................................................. 1-7 1.4 – REFERENCIAS ...................................................................................................................................... 1-7

SECCIÓN 1 1- 1

INTRODUCCIÓN

1.1 —ALCANCE DE LAS ESPECIFICACIONES Las disposiciones de esta Norma están concebidas para diseño, evaluación y rehabilitación de puentes viales tanto fijos como móviles. Sin embargo, no se incluyen aspectos mecánicos, eléctricos y de seguridad para los vehículos y peatones en puentes móviles. No se incluyen disposiciones para puentes exclusivamente ferroviarios ni para los usados en el tendido de servicios públicos. Esta Norma se pueden aplicar para puentes que no están completamente cubiertos en el alcance de éstas, incluyendo criterios de diseño adicionales donde se requiera.

Esta Norma no está concebida para suplantar la capacidad ni el criterio profesional del Diseñador, solamente estipulan los requisitos mínimos necesarios para proveer la seguridad pública. El Propietario o el Diseñador pueden requerir según la sofisticación del diseño o de la calidad de los materiales y la construcción que sean de mayor exigencia a lo establecido en los requisitos mínimos. Se enfatizan los conceptos de seguridad a través de la redundancia y ductilidad y de protección contra la socavación y las colisiones. Las disposiciones de diseño de estas especificaciones emplean el Método de Diseño con Factores de Carga y Resistencia [LRFD - Load and Resistance Factor Design]. Los factores de mayoración de cargas y de reducción de resistencia han sido desarrollados a partir de la teoría de la confiabilidad estructural y se basan en el conocimiento estadístico actual de cargas y el desempeño estructural. Se incluyen métodos de análisis y técnicas de modelación diferentes a los contenidos en el código anterior, promoviendo su uso. El diseño sísmico debe estar de acuerdo con las disposiciones de estas especificaciones o aquellas dadas por AASHTO Guide Specifications for LRFD Seismic Bridge Design. El comentario no pretende proveer antecedentes históricos completos del desarrollo de éstas o anteriores especificaciones, ni pretende proveer un resumen detallado de los estudios y resultados de investigaciones revisados para formular las disposiciones de las presentes especificaciones. Sin embargo, se proveen referencias de algunos de los resultados de investigaciones para aquellos que deseen estudiar las fuentes documentales con mayor profundidad. El comentario dirige la atención hacia otros documentos que proveen sugerencias para plasmar los requisitos y el objetivo de estas especificaciones. Sin embargo, esos documentos y este comentario no están concebidos como parte de estas especificaciones.

C1.1

El término “conceptual” se utiliza frecuentemente en esta

Norma para indicar la idealización de un fenómeno físico,

como en “carga conceptual” o “resistencia conceptual”. El uso

de este término enfatiza la diferencia entre la idea o la

percepción que tiene un ingeniero del mundo físico en el

contexto del diseño que está realizando y la realidad física en

sí misma.

El término “debe” denota un requisito para cumplir con esta

Norma.

El término “debería” indica una fuerte preferencia por el

criterio dado.

El término “puede” indica un criterio que es utilizable, pero

otros criterios locales y debidamente documentados,

verificados, y aprobados pueden utilizarse también de una

manera consistente con el enfoque del Método de Diseño con

factores de Carga y Resistencia [LRFD - Load and Resistance

Factor Design] para el diseño de puentes.

SECCIÓN 1 1-2

Las AASHTO LRFD Bridge Construction Specifications son especificaciones de construcción consistentes con estas especificaciones de diseño. A menos que se especifique lo contrario, las Especificaciones de Materiales referenciadas aquí son las AASHTO Specifications for Transportation Materials and Methods of Sampling and Testing.

1.2 — DEFINICIONES

Carga mayorada — Cargas nominales multiplicadas por el factor de carga apropiado especificado por la combinación de carga bajo consideración. Ciclo de vida de diseño — Periodo de tiempo en el cual se basa la derivación estadística de las cargas transitorias: 75 años para esta Norma. Ciclo de vida de servicio — El periodo de tiempo en el que se espera que el puente permanezca en operación. Colapso — Cambio considerable en la geometría de un puente que inhabilita su uso. Componente — Elemento especial o la combinación de elementos del puente que requiere una consideración individual de diseño. Diseño — Dimensionamiento y detallado de los elementos y conexiones de un puente. Ductilidad — Propiedad de un elemento o conexión que permite una respuesta inelástica. Estado límite — Condición más allá de la cual el puente o componente deja de satisfacer las requisitos para los cuales fue diseñado. Estado límite de eventos extremos — Estados límite relacionados con eventos tales como sismos, cargas especiales y colisiones de vehículos o embarcaciones, con períodos de retorno mayores que el período de diseño del puente. Estados límite de resistencia — Estados límite que se relacionan con la resistencia y la estabilidad durante el ciclo de vida de diseño. Estados límite de servicio — Estados límite que se relacionan con las tensiones, deformaciones, y fisuración bajo condiciones regulares de operación. Estructura con múltiples trayectorias de carga — Estructura capaz de soportar las cargas especificadas después de la pérdida de un componente portante principal o conexión. Evaluación — Determinación de la capacidad de carga de un puente existente. Factor de carga — Multiplicador de base estadística aplicado a efectos de fuerzas que considera fundamentalmente la variabilidad de las cargas, la falta de precisión en los análisis, y la probabilidad de la ocurrencia simultánea de diferentes cargas, pero que también se relaciona con aspectos estadísticos de la resistencia a través del proceso de calibración. Factor de resistencia — Multiplicador de base estadística aplicado a la resistencia nominal que considera fundamentalmente la variabilidad de las propiedades de los materiales, las dimensiones estructurales y la calidad de la mano de obra, unido a la incertidumbre en la predicción de la resistencia, pero que también se relaciona con aspectos estadísticos de las cargas a través del proceso de calibración. Ingeniero — Persona responsable por el diseño de un puente y/o la revisión de diseños requeridos por la obra, así como los planos de montaje. Método de diseño con factores de carga y resistencia [Load and resistance factor design (LRFD)] — Metodología de diseño basada en la teoría de confiabilidad estructural en la cual los efectos de las fuerzas causados por cargas mayoradas no pueden exceder la resistencia mayorada de los componentes.

SECCIÓN 1 1-3

Modelo — La idealización de una estructura con el objeto de analizarla. Modificador de carga — Factor que tiene en cuenta la ductilidad, la redundancia y la clasificación operacional de un puente. Propietario — Para la siguiente Norma, se debe entender que el INVIAS es el propietario de los puentes o a su vez la Entidad Gubernamental que este encargada. Puente — Cualquier estructura que tenga un ancho no menor de 6m que forma parte de una carretera o que está localizado sobre o bajo una carretera. Puente fijo — Puente con luz vehicular definida. Puente móvil — Puente con luz vehicular variable. Rehabilitación — Proceso mediante el cual se restablece o se incrementa la resistencia del puente. Resistencia mayorada — Resistencia nominal multiplicada por un factor de resistencia. Resistencia nominal — Resistencia de un componente o conexión a las solicitaciones de las fuerzas, según lo indicado por las dimensiones especificadas en los documentos contractuales y por las tensiones admisibles, deformaciones o resistencias especificadas de los materiales. Servicio Regular — Condición que excluye la presencia de vehículos que requieran permisos especiales, vientos superiores a los 90 km/h y eventos extremos, incluida la socavación. Solicitación — Deformación, tensión o esfuerzo resultante (v.gr. fuerza axial, fuerza cortante, momento flector o torsor) causado por las cargas aplicadas, deformaciones impuestas, o cambios volumétricos.

1.3 — FILOSOFÍA DE DISEÑO

1.3.1 — Generalidades — Los puentes deben diseñarse para los estados límite especificados para obtener los objetivos de ser construible, seguridad, y servicio, considerando debidamente aspectos relacionados con la facilidad de inspección, economía, y estética, según lo especificado en el Artículo 2.5.

Independientemente del tipo de análisis utilizado, la Ec. 1.3.2.1-1 debe satisfacerse para todas las solicitaciones y combinaciones especificadas.

C1.3.1 — Los estados límite especificados aquí están

concebidos para proveer un puente construible y útil, capaz de

soportar las cargas de diseño con seguridad por un periodo de

vida especificado.

En muchos casos la resistencia de los componentes y

conexiones se determina, con base en su comportamiento

inelástico, aún cuando las solicitaciones se determinan

mediante análisis elásticos. Esta falta de consistencia es usual

en la mayoría de las especificaciones para puentes actuales y

es debida a las incertidumbres en el conocimiento de las

acciones estructurales inelásticas.

1.3.2 — Estados límite

1.3.2.1 — Generalidades — Cada componente y conexión deben satisfacer la Ec. 1.3.2.1-1 para cada estado límite, a menos que se especifique lo contrario. Para estados límite de servicio y de eventos extremos, los factores de resistencia deben tomarse como 1.0, excepto para pernos, para los cuales deben aplicarse las disposiciones del Artículo 6.5.5, y para las columnas de concreto en Zonas Sísmicas 2, 3 y 4, para las cuales deben aplicarse las disposiciones de los Artículos 5.10.11.3 y 5.10.11.4.1b. Todos los estados límite deben considerarse de igual importancia.

i i i n rQ R R (1.3.2.1-1)

en la cual:

C1.3.2.1 — La Ec. 1.3.2.1-1 es la base de la metodología

del Método de Diseño con Factores de Carga y Resistencia

(LRFD).

La asignación de un factor de resistencia 1.0 a todos los

estados límite diferentes al de resistencia se hace por defecto,

y puede ser reemplazada por disposiciones en otras Secciones.

La ductilidad, la redundancia y la clasificación operacional se

consideran en el modificador de carga . Mientras las dos

primeras se relacionan directamente con la resistencia física,

la última se ocupa de las consecuencias que implicaría la

salida de servicio del puente. La agrupación de estos aspectos

con la parte de carga de la Ec. 1.3.2.1-1 es por lo tanto,

arbitraria. Sin embargo, esto constituye un primer esfuerzo

hacia su codificación. En ausencia de información más

SECCIÓN 1 1-4

Para cargas para las cuales es apropiado el valor máximo

de i :

0.95i D R I (1.3.2.1-2)

Para cargas para las cuales es apropiado el valor mínimo

de i :

11.0i

D R I

(1.3.2.1-3)

donde:

i = factor de carga: multiplicador de base estadística

que se aplica a las solicitaciones = factor de resistencia: multiplicador base

estadística que se aplica a la resistencia nominal, como se especifica en las Secciones 5, 6, 7, 8, 10, 11 y 12

i = factor de modificación de las cargas: factor

relacionado con la ductilidad, redundancia e importancia operativa.

D = factor relacionado con la ductilidad, como se

especifica en el Artículo 1.3.3

R = factor relacionado con la redundancia, como se

especifica en el Artículo 1.3.4

I = factor relacionado con la importancia operativa,

como se especifica en el Artículo 1.3.5

iQ = Solicitación

nR = Resistencia nominal

rR = Resistencia mayorada: nR

precisa, cada efecto, a excepción de la fatiga y la fractura, se

estima como 5 por ciento, acumulado geométricamente, que

es claramente un enfoque subjetivo. Con el tiempo se podrá

obtener mejor cuantificación de la ductilidad, la redundancia e

importancia operativa, y de su interacción con la confiabilidad

del sistema, resultando probablemente en una reorganización

de la Ec. 1.3.2.1-1, en la cual estos efectos pueden aparecer en

cualquiera de los lados de la ecuación o incluso en ambos

lados.

La influencia de en el índice de confiabilidad de vigas , se

puede estimar observando sus efectos sobre los valores

mínimos de calculados en una base de datos de puentes de

vigas compuestas. Estructuras reticulares y cimentaciones no

hicieron parte de la base de datos; sólo se consideró la

confiabilidad de elementos individuales. Para fines de

discusión, los datos de puentes tipo vigas compuestas

utilizados en la calibración de las especificaciones base de

esta Norma se modificaron multiplicando las cargas totales

mayoradas por 0.95 , 1.0, 1.05 y 1.10. Los valores

mínimos resultantes de para 95 combinaciones de luz,

espaciamiento, y tipo de construcción fueron

aproximadamente 3.0, 3.5, 3.8 y 4.0, respectivamente. En

otras palabras, usando 1 resulta en un mayor que 3.5.

Puede obtenerse una representación más aproximada del

efecto del valor de considerando el porcentaje de datos

normales aleatorios menores o iguales que el valor promedio

más , donde es un multiplicador, y es la desviación

estándar de los datos. Si se toma como 3.0, 3.5, 3.8 y 4.0,

el porcentaje de valores menores o iguales que el valor

promedio más sería alrededor de 99.865 porciento,

99.977 por ciento, 99.993 por ciento, y 99.997 por ciento,

respectivamente.

El Estado Límite de Resistencia I en las AASTHO LRFD

Design Specifications ha sido calibrado para una confiabilidad

objetivo de 3.5 con una correspondiente probabilidad de

excedencia de 2.0 x 10-4

durante los 75 años de la vida de

diseño del puente. Esta confiabilidad de 75 años es

equivalente a una probabilidad de excedencia anual de 2.7 x

10-6

con un correspondiente índice de confiabilidad objetivo

anual de 4.6. Esfuerzos similares de calibración están en

desarrollo para el Estado Límite de Servicio. Períodos de

retorno para eventos extremos se basan frecuentemente en

probabilidades anuales de excedencia y se debe tener cuidado

al comparar los índices de confiabilidad de los distintos

estados límite.

1.3.2.2 — Estado límite de Servicio — El estado

límite de servicio se debe considerar como el conjunto de restricciones impuestas a las tensiones, deformaciones, y anchos de fisura bajo condiciones regulares de servicio.

C1.3.2.2 — El estado límite de servicio provee ciertas

disposiciones relacionadas con la experiencia que no siempre

se pueden derivar solamente de consideraciones estadísticas o

de resistencia.

1.3.2.3 — Estado límite de fatiga y fractura — El estado límite de fatiga se debe considerar como el conjunto de restricciones impuestas al rango de tensiones como resultado del paso de un único camión de diseño, ocurriendo el número anticipado de ciclos del rango de tensión.

C1.3.2.3 — El estado límite de fatiga está concebido para

limitar el crecimiento de las fisuras bajo cargas repetitivas

para prevenir la fractura durante el ciclo de vida de diseño del

puente.

SECCIÓN 1 1-5

El estado límite de fractura se debe considerar como un conjunto de requisitos sobre tenacidad de los materiales de las AASHTO Materials Specifications.

1.3.2.4 — Estado Límite de Resistencia — El estado límite de resistencia se debe considerar para garantizar que se provee resistencia y estabilidad, tanto local como global, para resistir las combinaciones de carga estadísticamente significativas que se espera que un puente experimente durante su ciclo de vida de diseño.

C1.3.2.4 — El estado límite de resistencia considera la

estabilidad o la fluencia de cada elemento estructural. Si se

excede la resistencia de cualquier elemento, incluyendo

empalmes y conexiones, se asume que la resistencia del

puente se ha excedido. De hecho, en secciones de vigas

múltiples hay una reserva significativa de capacidad elástica

en casi todos los puentes más allá de ese nivel de carga. La

carga viva puede posicionarse para maximizar los efectos de

las fuerzas simultáneamente sobre todas las partes de la

sección transversal. Así, la resistencia a flexión de la sección

transversal del puente excede típicamente la resistencia

requerida para la carga viva total que puede aplicarse en el

número de carriles disponibles. Puede ocurrir afectación y

daños significativos bajo el estado límite de resistencia, pero

se espera que la integridad estructural global se mantenga.

1.3.2.5 — Estados límite de Eventos Extremos — El estado límite de eventos extremos se debe considerar para garantizar la supervivencia estructural de un puente durante un sismo o inundación severos, o cuando se presenta choque con una embarcación, o un vehículo, posiblemente bajo condiciones de socavación.

C1.3.2.5 — Se considera que los estados límite de eventos

extremos son ocurrencias únicas cuyo periodo de retorno

puede ser significativamente mayor que el período de diseño

del puente.

1.3.3 — Ductilidad — El sistema estructural de un puente se debe dimensionar y detallar para garantizar el desarrollo de deformaciones inelásticas significativas y visibles en los estados límite de resistencia y de eventos extremos antes de la falla. Los dispositivos de disipación de energía pueden sustituirse por sistemas sismo resistentes dúctiles convencionales y siguiendo la metodología correspondiente a la que se refieren estas especificaciones o en AASHTO Guide Specifications for Seismic Design of Bridges. Para el estado límite de resistencia:

D 1.05 para componentes y conexiones no dúctiles

= 1.00 para diseños convencionales y detalles que cumplen con estas especificaciones.

0.95 para los componentes y conexiones para las cuales se han especificado medidas adicionales para mejorar la ductilidad más allá de las requeridas por estas especificaciones.

Para todos los demás estados límite:

D = 1.00

C1.3.3 — La respuesta de los componentes estructurales o

conexiones más allá del límite elástico se puede caracterizar

ya sea por un comportamiento frágil o dúctil. El

comportamiento frágil es indeseable ya que implica la pérdida

súbita de la capacidad de carga inmediatamente después de

que el límite elástico se excede. El comportamiento dúctil se

caracteriza por deformaciones inelásticas significativas antes

de que ocurra cualquier pérdida importante de la capacidad de

carga. El comportamiento dúctil advierte sobre la inminente

ocurrencia de una falla estructural mediante grandes

deformaciones inelásticas. Bajo cargas sísmicas repetitivas, se

producen grandes ciclos de inversión de deformación

inelástica que disipan energía y tienen un efecto beneficioso

en la vida útil de la estructura.

Si, por medio de confinamiento u otras medidas, un

componente estructural o conexión fabricados de materiales

frágiles puede soportar deformaciones inelásticas sin pérdida

significativa de la capacidad de carga, este componente puede

considerarse dúctil. Tal desempeño dúctil se debe verificar

mediante ensayos.

Con el fin de lograr un comportamiento inelástico adecuado el

sistema debe tener un número suficiente de miembros

dúctiles, ya sean:

• Uniones y conexiones que también sean dúctiles y puedan proporcionar disipación de energía sin pérdida de

capacidad; o

• Uniones y conexiones que tengan suficiente resistencia en exceso con el fin de asegurar que la respuesta inelástica

se produzca en los sitios diseñados para proporcionar una

respuesta dúctil, de absorción de energía.

SECCIÓN 1 1-6

Deben evitarse respuestas con características estáticamente

dúctiles pero dinámicamente no dúctiles. Ejemplos de este

comportamiento son las fallas por corte y adherencia en

elementos de concreto y pérdida de acción compuesta en

componentes solicitados a flexión.

La experiencia indica que componentes típicos diseñados de

acuerdo con estas disposiciones generalmente presentan

ductilidad adecuada. El detallado de las conexiones y

articulaciones requieren atención especial, así como proveer

múltiples recorridos para las cargas.

El propietario puede especificar un factor mínimo de

ductilidad como una garantía de que se obtendrán modos de

falla dúctiles. Este factor puede definirse como:

u

y

(C1.3.3-1)

donde:

u : deformación en estado último

y : deformación en el límite elástico

La capacidad de ductilidad de componentes estructurales o

conexiones puede establecerse por medio de pruebas a gran

escala o con modelos analíticos basados en el comportamiento

documentado de los materiales. La capacidad de ductilidad

para un sistema estructural puede determinarse mediante la

integración de deformaciones locales sobre el sistema

estructural completo.

Los requisitos especiales aplicables a los dispositivos

disipadores de energía se deben a las rigurosas demandas a las

que están sometidos estos componentes.

1.3.4 — Redundancia — Estructuras con múltiples trayectorias de carga y estructuras continuas deben ser usadas, a menos que existan motivos justificados para no hacerlo.

Para el estado límite de resistencia:

R 1.05 para miembros no redundantes

= 1.00 para niveles convencionales de redundancia, elementos de cimentación donde

representa la redundancia, como se especifica en el Artículo 10.5

= 0.95 para niveles excepcionales de redundancia más allá de vigas continuas y una sección transversal cerrada a la torsión

Para todos los demás estados límite:

R = 1.00

C1.3.4 — Para cada combinación de carga y estado límite

bajo consideración, la clasificación del elemento según su

redundancia (redundante o no redundante) se debe basar en la

contribución del elemento a la seguridad del puente. Se han

propuesto diversos sistemas de medición de la redundancia

(Frangopol y Nakib, 1991).

Cajones unicelulares y apoyos de una sola columna pueden

ser considerados no redundantes a discreción del propietario.

Para cajones de concreto pretensado, el número de los

tendones en cada alma debe ser tomado a consideración. Para

secciones transversales de acero y consideraciones críticas a

la fractura, consultar la Sección 6.

El Manual for Bridge Evaluation (2008) define la

redundancia en los puentes como "la capacidad de un sistema

estructural de un puente para soportar cargas después del daño

o la falla de uno o más de sus miembros." Los factores

proporcionados para los puentes segmentados en hormigón

post-tensado en sistemas viga-cajón se encuentran en el

Apéndice E del Manual Guía.

La confiabilidad del sistema abarca la redundancia

considerando el sistema de los componentes y los miembros

SECCIÓN 1 1-7

interconectados. La ruptura o la fluencia de un componente

individual puede o no significar el colapso o la falla de toda la

estructura o sistema (Nowak, 2000). Los índices de

confiabilidad para sistemas completos son tema de

investigaciones en curso y se prevee que abarcarán ductilidad,

redundancia y de correlación entre miembros.

1.3.5 — Importancia operacional — Este artículo debe aplicarse únicamente a los estados límite de resistencia y de eventos extremos.

La autoridad competente puede declarar que un puente o cualquier componente estructural o conexión del mismo tienen prioridad operativa. Para el estado límite de resistencia:

I 1.05 para puentes críticos o esenciales

= 1.00 para puentes típicos = 0.95 para puentes de relativamente poca

importancia

Para todos los demás estados límite:

I = 1.00

C1.3.5 — Esta clasificación debe ser realizada por personal

responsable de la red vial afectada y conocedor de sus

necesidades operativas. La definición de prioridad operativa

puede diferir de un propietario a otro y de una red vial a otra.

Las directrices para la clasificación de puentes críticos o

esenciales son las siguientes:

• Puentes requeridos para funcionar para todo tráfico una vez inspeccionado después del evento de diseño y que

pueden ser utilizados por vehículos de emergencia y con

fines de seguridad, defensa, económicos, o fines

secundarios de aseguramiento de la vida inmediatamente

después del evento de diseño.

• Puentes que deben, como mínimo, ser abiertos para tránsito de vehículos de emergencia y con fines de

seguridad, defensa o económicos, después del evento del

diseño, y abierto a todo el tráfico días después de ese

evento.

Puentes clasificados por sus propietarios pueden utilizar un

valor de 1.0 basado en ADTT, longitud libre, longitud de

desvío disponible, u otro razonamiento para utilizar criterios

menos rigurosos

1.4 — REFERENCIAS

AASHTO. 2010. AASHTO LRFD Bridge Construction Specifications, Third Edition with Interims, LRFDCONS-3-M. American Association of State Highway and Transportation Officials, Washington, DC. AASHTO. 2011 AASHTO Guide Specifications for LRFD Seismic Bridge Design, Second Edition, LRFDSEIS-2. American Association of State Highway and Transportation Officials, Washington, DC. AASHTO. 2011. The Manual for Bridge Evaluation, Second Edition with Interim, MBE-2-M. American Association of State Highway and Transportation Officials, Washington, DC. AASHTO. 2011. Standard Specifications for Transportation Materials and Methods of Sampling and Testing, 31th Edition, HM-31. American Association of State Highway and Transportation Officials, Washington, DC. Frangopol, D. M., and R. Nakib. 1991. "Redundancy in Highway Bridges." Engineering Journal, American Institute of Steel Construction, Chicago, IL, Vol. 28, No. 1, pp. 45-50. Mertz, D. 2009. "Quantification of Structural Safety of Highway Bridges" (white paper), Annual Probability of Failure. Internal cornmunication. Nowak, A., and K. R. Collins. 2000. Reliability of Structures. McGraw-Hill Companies, Inc., New York, NY. 1 2

SECCIÓN 2

TABLA DE CONTENIDO

CARACTERÍSTICAS GENERALES DE DISEÑO Y UBICACIÓN

2.1 – ALCANCE .............................................................................................................................................. 2-1 2.2 – DEFINICIONES ..................................................................................................................................... 2-1 2.3 – CARACTERÍSTICAS DE LOCALIZACIÓN ............................................................................................ 2-3 2.3.1 – Ubicación de la ruta ......................................................................................................................... 2-3 2.3.1.1 – General ................................................................................................................................... 2-3 2.3.1.2 – Cruces de vías acuáticas y llanuras de inundación .................................................................. 2-3 2.3.2 – Disposición del Sitio del Puente ...................................................................................................... 2-4 2.3.2.1 – General .................................................................................................................................... 2-4 2.3.2.2 – Seguridad del tráfico ................................................................................................................. 2-4 2.3.2.2.1 – Protección de las estructuras ............................................................................................. 2-4 2.3.2.2.2 – Protección de los usuarios ................................................................................................. 2-5 2.3.2.2.3 – Normas geométricas .......................................................................................................... 2-5 2.3.2.2.4 – Superficies de la carretera ................................................................................................. 2-5 2.3.2.2.5 – Colisiones de embarcaciones ............................................................................................ 2-5 2.3.3 – Gálibos ............................................................................................................................................ 2-5 2.3.3.1 – De navegación ......................................................................................................................... 2-5 2.3.3.2 – Gálibo Vertical sobre carreteras ............................................................................................... 2-6 2.3.3.3 – Gálibo horizontal en carreteras ................................................................................................ 2-6 2.3.3.4 – Cruce elevado sobre ferrocarril ................................................................................................ 2-6 2.3.4 – Entorno ........................................................................................................................................... 2-6 2.4 – INVESTIGACION DE LAS CIMENTACIONES ...................................................................................... 2-7 2.4.1 – General ........................................................................................................................................... 2-7 2.4.2 – Estudios topográficos ...................................................................................................................... 2-7 2.5 – OBJETIVOS DE DISEÑO ....................................................................................................................... 2-7 2.5.1 – Seguridad ........................................................................................................................................ 2-7 2.5.2 – Utilidad ............................................................................................................................................ 2-7 2.5.2.1 – Durabilidad. .............................................................................................................................. 2-7 2.5.2.1.1 – Materiales .......................................................................................................................... 2-7 2.5.2.1.2 – Medidas de autoprotección ................................................................................................ 2-8 2.5.2.2 – Inspeccionabilidad. ................................................................................................................... 2-8 2.5.2.3 – Mantenibilidad. ......................................................................................................................... 2-9 2.5.2.4 – Conducibilidad .......................................................................................................................... 2-9 2.5.2.5 – Servicios Públicos ..................................................................................................................... 2-9 2.5.2.6 – Deformaciones ......................................................................................................................... 2-9 2.5.2.6.1 – General ............................................................................................................................. 2-9 2.5.2.6.2 – Criterios para Deflexión ................................................................................................... 2-10 2.5.2.6.3 – Criterios Opcionales para relaciones de Luz a Profundidad ........................................... 2-12 2.5.2.7 – Consideración de Futuras Ampliaciones ................................................................................ 2-13 2.5.2.7.1 – Vigas Exteriores en Puentes de Vigas Múltiples ............................................................. 2-13 2.5.2.7.2 – Subestructura .................................................................................................................. 2-14 2.5.3 – Constructibilidad ............................................................................................................................ 2-14 2.5.4 – Economía ....................................................................................................................................... 2-14 2.5.4.1 – General ................................................................................................................................... 2-14 2.5.4.2 – Planos Alternativos ................................................................................................................. 2-15 2.5.5 – Estética del Puente ........................................................................................................................ 2-15 2.6 – HIDROLOGÍA E HIDRÁULICA ............................................................................................................ 2-16 2.6.1 – General .......................................................................................................................................... 2-16 2.6.2 – Datos del Sitio ................................................................................................................................ 2-17 2.6.3 – Análisis hidrológico ........................................................................................................................ 2-18 2.6.4 – Análisis hidráulico .......................................................................................................................... 2-18 2.6.4.1 – General ................................................................................................................................... 2-18 2.6.4.2 – Estabilidad de la corriente ...................................................................................................... 2-18 2.6.4.3 – Vía acuática del puente .......................................................................................................... 2-19

2.6.4.4 – Cimentaciones del puente ...................................................................................................... 2-19 2.6.4.4.1 – General ........................................................................................................................... 2-19 2.6.4.4.2 – Socavación del puente ..................................................................................................... 2-20 2.6.4.5 – Calzadas de acceso al puente ............................................................................................... 2-21 2.6.5 – Localización de alcantarillas, longitud, y área de la sección hidráulica .......................................... 2-22 2.6.6 – Drenaje de la Calzada .................................................................................................................... 2-22 2.6.6.1 – General ................................................................................................................................... 2-22 2.6.6.2 – Tormenta de Diseño ................................................................................................................ 2-23 2.6.6.3 – Tipo, Tamaño, y número de desagües .................................................................................... 2-23 2.6.6.4 – Descarga de los Desagües del Tablero .................................................................................. 2-23 2.6.6.5 – Drenaje de Estructuras ........................................................................................................... 2-23 2.7 – SEGURIDAD DEL PUENTE ................................................................................................................. 2-24 2.7.1 – General .......................................................................................................................................... 2-24 2.7.2 – Demandas de Diseño .................................................................................................................... 2-24 2.8 – REFERENCIAS .................................................................................................................................... 2-25

SECCIÓN 2 2-1

CARACTERÍSTICAS GENERALES DE DISEÑO Y UBICACIÓN 2.1 — ALCANCE

C2.1

Se proporcionan los requisitos mínimos para espacios libres, protección del medio ambiente, estética, estudios geológicos, economía, manejabilidad, durabilidad, facilidad de construcción, facilidad de inspección y facilidad de mantenimiento. Se referencian los requisitos mínimos para la seguridad del tráfico. Se incluyen los requisitos mínimos para drenaje y medidas de protección contra agua, hielo y sales. Se tratan, en detalle, la hidrología y la hidráulica por reconocimiento de que muchas fallas de puentes han sido causadas socavación.

Esta sección tiene la intención de proporcionar al diseñador la

suficiente información para determinar la configuración y

dimensiones generales del puente.

2.2 — DEFINICIONES

Agradación — Acumulación general y progresiva, o elevación del perfil longitudinal de un cauce, como resultado de sedimentación. Ancho de la Acera — Espacio despejado para uso exclusivo de peatones entre barreras o entre el bordillo y una barrera. Anchura de la Luz de la Vía Acuática o área de la luz del puente en un escenario específico, y medida perpendicularmente a la dirección principal del flujo. Canal Estable — Condición que existe cuando una corriente tiene un cauce y una sección transversal que permite a su canal transportar el agua y los sedimentos entregados desde aguas arriba, sin significativas degradación, agradación o erosión de las riberas. Carril de emergencia [Clear zone] — Espacio libre, relativamente plano, más allá del borde de la calzada para estacionamiento temporal y de emergencia de vehículos. El carril de emergencia no incluye bermas ni carriles auxiliares. Cuenca — Área confinada por divisorias de drenaje, y que tiene frecuentemente solamente una salida de descarga. El área total de drenaje que aporta escorrentía a un solo punto. Degradación — Disminución general y progresiva del perfil longitudinal del cauce como resultado de erosión a largo plazo. Descarga de Diseño — Caudal máximo de agua que se espera en un puente sin superar las restricciones de diseño adoptadas. Embalse de Retención — Instalación de manejo de aguas pluviales que confina la escorrentía y la descarga temporalmente a través de una estructura hidráulica de salida hacia un sistema de conducción, aguas abajo. Estructura Hidráulica — Cualquier configuración construida en una corriente de agua o colocada en la vecindad de la ribera para desviar la corriente, inducir sedimentación, inducir socavación o, de alguna otra manera, alterar el flujo y el régimen de sedimentación de la corriente de agua. Gálibo — Espacio libre horizontal o vertical. Geomorfología de la Corriente — El estudio de una corriente de agua y sus llanuras de inundación con respecto a sus formas terrestres, a la configuración general de su superficie, y a los cambios que ocurren debido a la erosión y a la acumulación de desechos de la erosión. Hidráulica — La ciencia que se ocupa de la mecánica del comportamiento y el flujo de líquidos, especialmente en tuberías y canales.

2-2 SECCIÓN 2

Hidrología — Ciencia que se ocupa de la ocurrencia, distribución y circulación de agua en la tierra, incluyendo precipitación, escorrentía y agua subterránea. Hiperflujo — Cualquier flujo de marea (o fluvial) con un caudal mayor al de la inundación de los 100 años pero no mayor al de la inundación de los 500 años. Imbornal — Dispositivo para captar y drenar agua a través del tablero. Inundación de Diseño por Socavación — El flujo de inundación igual o menor al de la inundación de 100 años que produce la socavación más profunda en las cimentaciones del puente. La carretera o el puente pueden inundarse en la etapa de la inundación de diseño por socavación. La peor condición de socavación puede ocurrir para la inundación de desbordamiento, como resultado del potencial de flujo por presión. Inundación de Diseño para la sección hidraúlica de la vía acuática — La descarga, volumen, escenario, o cresta de ola máximos y su probabilidad asociada de excedencia, seleccionada para el diseño de una carretera o puente sobre un río o llanura de inundación. Por definición, la carretera o puente no se inundarán bajo este escenario de inundación de diseño para la sección hidraúlica de la vía fluvial. Inundación de Verificación para Socavación — Inundación resultante de mareas (o crecientes fluviales) por tempestad, tormentas y/o fluctuaciones en la marea, con un caudal en exceso de la inundación de diseño por socavación, pero en ningún caso una inundación con un período de retorno superior al normalmente utilizado de 500 años. La inundación de verificación por socavación se utiliza en la investigación y evaluación de la cimentación del puente para determinar si puede soportar el flujo y la socavación correspondiente, sin pérdida de estabilidad. Ver También hiperflujo. Inundación de los 500 Años — Inundación debida a tormenta y/o marea con una probabilidad del 0,2% a ser igualada o excedida en cualquier año. Inundación de Población Mixta — Flujos de inundación derivados de dos o más factores causales, por ejemplo, pleamar causada por vientos costeros de un huracán o por lluvia. Inundación de los 100 años o Inundación de Verificación [Check Flood] — Inundación debida a tormenta, creciente o marea, con 1 por ciento de probabilidad de ser igualada o excedida en cualquier año. Inundación de desbordamiento — Inundación que, si es excedida, genera un flujo sobre la carretera o el puente, sobre una estructura divisoria de aguas [watershed divide] o a través de estructuras provistas para la mitigación de emergencias. El peor caso de socavación puede ser causado por la inundación de desbordamiento. Lagrimal — Depresión lineal en la parte inferior de los componentes para hacer que al caer el agua fluya sobre la superficie y permitir su caida. Marea — El aumento y la disminución periódicos del nivel de los océanos que resultan de la interacción gravitacional de la Tierra, la Luna y el Sol. Peralte — La inclinación de la superficie de la calzada para balancear parcialmente la fuerza centrífuga sobre los vehículos en curvas horizontales. Pleamar — Marea de nivel incrementado que ocurre alrededor de cada dos semanas durante luna llena o luna nueva. Puente de Mitigación — Abertura en un terraplén, en una llanura de inundación, para permitir el paso del flujo. Socavación Local — Socavación en un canal o en una llanura de inundación localizada en un pilar, estribo, u otra obstrucción al flujo. Socavación General o de Contracción — Socavación en un canal o en una llanura de inundación que no está localizada en un pilar u otra obstrucción al flujo. En un canal, la socavación general o de contracción, por lo general afecta a toda o casi toda su sección y es comúnmente causada por una contracción del flujo. Vía acuática — Cualquier corriente de agua, río, estanque, lago u océano.

SECCIÓN 2 2-3

2.3 — CARACTERÍSTICAS DE LOCALIZACIÓN

2.3.1 — Ubicación de la ruta

2.3.1.1 — General — La elección de la ubicación de los puentes se apoyará en el análisis de alternativas, teniendo en consideración factores económicos, ingenieriles, sociales y ambientales, así como los costos de mantenimiento e inspección asociados con las estructuras y con la importancia relativa de los factores listados arriba. Deberá prestarse atención, de acuerdo con el riesgo involucrado, a localizaciones favorables del puente, tales que:

Se ajusten a las condiciones creadas por el obstáculo salvado;

Faciliten diseño, construcción, operación, inspección y mantenimiento prácticos y rentables;

Provean el nivel deseado de tráfico de servicio y de seguridad, y

Minimicen impactos adversos de la carretera sobre la vecindad y el ambiente.

2.3.1.2 — Cruces de vías acuáticas y llanuras de inundación — Los cruces de vías acuáticas deben localizarse considerando los costos iniciales de la construcción y la optimización de los costos totales, incluyendo obras hidráulicas y las medidas de mantenimiento necesarias para reducir la erosión. Los estudios de cruces alternativos deben incluir evaluación de:

Características hidrológicas e hidráulicas de la vía acuática y de su llanura de inundación, incluyendo la estabilidad del cauce, el registro de inundaciones y, en cruces de estuario, alcance y ciclos de las mareas.

El efecto del puente propuesto sobre el patrón del flujo de las inundaciones y el consecuente potencial de socavación en las cimentaciones del puente.

El potencial de crear nuevos riesgos de inundación o aumentar los existentes, y

Impactos ambientales sobre la vía acuática y su llanura de inundación.

Los puentes y sus accesos sobre llanuras de inundación deben ubicarse y diseñarse teniendo en cuenta las metas y los objetivos del manejo de la llanura de inundación, incluyendo:

Prevención del uso y desarrollo antieconómico, peligroso o incompatible de las llanuras de inundación.

Evitar, cuando sea posible, la ocurrencia de significativas invasiones transversales y longitudinales.

Minimización, cuando sea posible, de los impactos

C2.3.1.2 — La orientación detallada sobre la evaluación de

procedimientos para la ubicación de los puentes y sus accesos

sobre las llanuras de inundación están contenidos en Federal

Regulations and the Planning and Location Chapter del

AASHTO Model Drainage Manual (ver el comentario en el

Articulo 2.6.1). Los Ingenieros con conocimiento y

experiencia en la aplicación de la guía y los procedimientos

del AASHTO Model Drainage Manual deberían participar en

las decisiones de localización. En general, es más seguro y

más rentable evitar problemas hidráulicos seleccionando la

ubicación favorable de cruce que intentar reducir al mínimo

los problemas en un momento posterior a través de medidas de

diseño durante el desarrollo del proyecto.

La experiencia con puentes existentes debería, si es posible,

ser parte de la calibración o verificación de los modelos

hidráulicos. La evaluación del desempeño de puentes

existentes durante inundaciones pasadas suele ser útil para la

selección del tipo, tamaño y ubicación de nuevos puentes.

2-4 SECCIÓN 2

adversos y mitigación de los impactos inevitables.

Consistencia, donde sea aplicable, con la intención de las normas y criterios del Ministerio del Medio Ambiente y del Instituto de estudios ambientales;

Agradación o degradación a largo plazo.

Compromisos contraídos para obtener aprobaciones ambientales.

2.3.2 — Disposición del Sitio del Puente

2.3.2.1 — General — La ubicación y el alineamiento del puente deberían seleccionarse para satisfacer los requisitos del tráfico sobre y debajo del puente. Se deberían considerar las posibles futuras variaciones en la alineación o el ancho de la vía acuática, carretera o ferrocarril cruzado por el puente. Cuando sea apropiado, debería considerarse la futura adición de instalaciones de tránsito masivo o el ensanchamiento del puente.

C2.3.2.1 — Aunque la ubicación de la estructura de un puente

sobre una vía acuática suele estar determinada por

consideraciones diferentes que el riesgo de colisión de una

embarcación, deberían tenerse en cuenta las siguientes

preferencias, siempre que sea posible y práctico:

Localizar el puente lejos de las curvas del canal de navegación. La distancia al puente debe ser tal que las

embarcaciones puedan alinearse antes de pasarlo, por lo

general ocho veces la longitud de la embarcación. Esta

distancia debería aumentarse aún más donde las corrientes

y los vientos sean frecuentes.

Cruzar el canal de navegación con ángulos cercanos a ángulos rectos y simétricamente con respecto al canal.

Proporcionar una distancia adecuada a lugares de navegación congestionada, de maniobras de atraque de

embarcaciones u de otros problemas de navegación.

Ubicar el puente donde la vía acuática sea poco profunda o estrecha y donde los pilares del puente puedan

localizarse fuera del alcance de las embarcaciones.

La intención de proporcionar barreras estructuralmente

independientes es evitar la transmisión de fuerzas entre la

barrera y la estructura que se desea proteger.

2.3.2.2 — Seguridad del tráfico

2.3.2.2.1 — Protección de las estructuras — Debe tenerse en cuenta el paso seguro de vehículos sobre o debajo del puente. El peligro para los vehículos fuera de control dentro de la zona despejada debería reducirse al mínimo mediante la localización de obstáculos a una distancia segura de los carriles de circulación. Las columnas, los pilares o los muros de las estructuras de pasos a desnivel deberían estar ubicadas en conformidad con el concepto de zona despejada contenido en el capítulo 3 de AASHTO Roadside Design Guide, 1996. Donde no sea práctico la conformidad con éstas directrices debido a limitaciones de costo, de tipo de estructura, de volumen y velocidad de diseño del tráfico, de disposición de vanos, de esviaje y del terreno, las columnas, pilares o muros deberían protegerse mediante barandillas u otros dispositivos de barrera. La barandilla, u otro dispositivo de barrera, debería, si es práctico, apoyarse de forma independiente, con su cara a la carretera a una distancia mínima de por lo menos, 0.6 m de la cara del pilar o del estribo, a menos que se proporcione una barrera rígida. La cara de la barandilla o de otro dispositivo debe estar

SECCIÓN 2 2-5

a una distancia mínima de 0.6 m de la línea habitual de la berma. 2.3.2.2.2 — Protección de los Usuarios — Deben proveerse barandillas a lo largo de los bordes de las estructuras de acuerdo con los requisitos de la Sección 13. Todas las estructuras de protección deben tener superficies y transiciones adecuadas para redirigir el tráfico errante de manera segura. En el caso de puentes móviles deben proveerse señales de advertencia, luces, conos para señalización, compuertas, barreras y otros dispositivos de seguridad para la protección de peatones, ciclistas y tráfico vehicular. Éstos deben diseñarse para operar antes de la apertura del tramo móvil y para seguir funcionando hasta que el tramo haya sido completamente cerrado. Los dispositivos se ajustarán a las disposiciones de "Traffic Control at Movable Bridges" contenidas en el Manual on Uniform Traffic Control Devices o de acuerdo con lo especificado en planos. Las aceras deben protegerse con barreras cuando así lo especifique el Propietario.

C2.3.2.2.2 — Las estructuras de protección incluyen aquellas

que proporcionan separación segura y controlada del tráfico en

instalaciones multimodales utilizando el mismo derecho de

vía.

Condiciones especiales, tales como alineación de curvas,

visibilidad obstruida , etc., pueden justificar una barrera de

protección, incluso con baja velocidad de diseño.

2.3.2.2.3 — Normas geométricas — Debe cumplirse con los requisitos de la publicación Manual de diseño geométrico de vías del Instituto Nacional de Vías INVIAS o deben justificarse y documentarse aquellos que se exceptúen. El ancho de las bermas y la geometría de las barreras de tráfico deberán cumplir las especificaciones del Propietario.

2.3.2.2.4 — Superficies de la carretera — Debe otorgársele características antideslizantes, de corona, bombeo y peralte a las superficies de la carretera en un puente de acuerdo con el Manual de diseño geométrico de vías del Instituto Nacional de Vías INVIAS o requisitos locales.

2.3.2.2.5 — Colisiones de embarcaciones — Las estructuras de puentes deben diseñarse para soportar las fuerzas causadas por colisión especificadas en el artículo 3.14.14 o, de lo contrario, deben estar protegidas contra fuerzas de colisión de embarcaciones por defensas, diques, o bolardos como se especifica en el artículo 3.14.15.

C2.3.2.2.5 — Puede eliminarse la necesidad de sistemas de

bolardos y defensas en algunos puentes mediante una juiciosa

ubicación de los pilares. Se incluyen directrices sobre el uso

de sistemas de bolardos y defensas en AASHTO Highway

Drainage Guidelines, Volume 7; Hydraulic Analyses for the

Location and Design o) Bridges; y AASHTO Guide

Specification and Commentary for Vessel CollisionDesign

ofHighway Bridges.

2.3.3 — Gálibos

2.3.3.1 — De navegación — Debe obtenerse permiso para construcción de puentes sobre vía acuáticas de las entidades que tengan jurisdicción sobre aquellas. Los gálibos verticales y horizontales deben establecerse en cooperación con dichas autoridades.

C2.3.3.1 — Cuando el puente requiera permisos debería

iniciarse una pronta coordinación con la entidad que tenga

jurisdicción sobre la vía acuática a intervenir para evaluar las

necesidades de navegación, la localización correspondiente y

los requisitos de diseño para el puente.

Los procedimientos para abordar los requisitos de navegación

para puentes, incluyendo la coordinación con la entidad que

tenga jurisdicción sobre la vía acuática a intervenir, están

2-6 SECCIÓN 2

establecidos en el Code of Federal Regulations, 23 CFR, Part

650, Subpart H, "Navigational Clearances for Bridges," y 33

U.S.c. 401, 491,511, et seq.

2.3.3.2 — Gálibo Vertical sobre carreteras — El gálibo de las estructuras de carretera deberá estar conforme con la publicación del Manual de diseño geométrico de vías del Instituto Nacional de Vías INVIAS para la Clasificación Funcional de la Carretera o, de lo contrario, debe justificarse lo que de allí se exceptúe. Debe investigarse la posibilidad de la reducción del gálibo debido al asentamiento de las estructuras del paso a desnivel. Si el asentamiento esperado excede 2.5 cm debe añadirse al gálibo especificado. El gálibo de soportes de señales y de pasos elevados peatonales debería ser 30 cm mayor que el gálibo de la estructura, y el gálibo entre la calzada a la cuerda inferior de vigas en celosía que la crucen por encima no debería ser menor de 5.5 m.

C2.3.3.2 — El gálibo mínimo especificado debería incluir 15

cm para posibles futuros recubrimientos. Si el Propietario no

contempla recubrimientos, este requisito puede anularse.

Se requiere mayor gálibo para soportes de señales, puentes

peatonales y cuerdas de cerchas a desnivel debido a su menor

resistencia al impacto.

2.3.3.3 — Gálibo horizontal en carreteras — El ancho del puente no debe ser menor que el de la carretera que lo cruza, incluyendo las bermas o bordillos, cunetas y aceras. Los gálibos horizontales debajo del puente deberán cumplir con los requisitos del Artículo 2.3.2.2.1. No debería colocarse ningún objeto sobre o debajo de un puente, que no sea una barrera, a una distancia menor de 1.2 m del borde del carril de tráfico designado. La cara interior de una barrera no debe estar a una distancia menor más cerca de 0.6 m ya sea de la cara del objeto o del borde del carril designado para tráfico.

C2.3.3.3 — El ancho útil de las bermas debe tomarse

generalmente como la anchura pavimentada.

Las distancias mínimas especificadas entre el borde de la vía

de circulación y un objeto fijo tienen por objeto evitar la

colisión de los vehículos circulantes con los que transportan

carga ancha.

2.3.3.4 — Cruce elevado sobre ferrocarril — Las estructuras diseñadas para pasar por encima de una vía férrea deben estar de acuerdo con los estándares establecidos y utilizados por la vía férrea afectada según su práctica habitual. Estas estructuras de paso a desnivel deben cumplir con las leyes nacionales, departamentales y municipales, aplicables. Reglamentos, códigos y normas deberían, como mínimo, cumplir con las especificaciones y normas de diseño del American Railway Engineering and Maintenance of Way Association (AREMA), de la Association of American Railroads, y de AASHTO.

C2.3.3.4

Se llama, particularmente, la atención hacia los siguientes

capítulos del Manual for Railway Engineering (AREMA,

2003):

Capítulo 7 — Estructuras de Madera,

Capítulo 8 — Estructuras de concreto y Cimentaciones,

Capítulo 9 — Cruces de Ferrocarril,

Capítulo 15 — Estructuras de Acero, y

Capítulo 18 — Gálibos.

Las disposiciones de las vías férreas individuales y del Manual

AREMA deberían usarse para determinar:

Gálibos,

Cargas,

Protección de pilares,

Impermeabilización, y,

Protección contra explosiones.

2.3.4 — Entorno — Debe considerarse el impacto de un puente y sus accesos en comunidades locales, sitios históricos, humedales y otras áreas estética, ambiental y ecológicamente sensibles. Debe garantizarse el

C2.3.4 — La geomorfología de la corriente, v. gr.,

geomorfología fluvial, es un estudio de la estructura y

formación de las características de la tierra que resultan de las

fuerzas del agua. Para los propósitos de esta sección, se trata

SECCIÓN 2 2-7

cumplimiento de leyes nacionales, departamentales y municipales sobre el agua; regulaciones nacionales, departamentales y municipales sobre invasión de llanuras de inundación, peces y hábitats de vida silvestre; y lo dispuesto por el Sistema Nacional de Gestión del Riesgo de Desastres. Debe considerarse la geomorfología de la corriente de agua, las consecuencias de la socavación del cauce y de la eliminación de la vegetación estabilizadora de los terraplenes, y, donde sea apropiado, la dinámica de las mareas en los impactos a los estuarios.

de la evaluación de los flujos, el potencial de agradación,

degradación, o la migración lateral.

2.4 — INVESTIGACION DE LAS CIMENTACIONES

2.4.1 — General — Una investigación del subsuelo, incluyendo perforaciones y ensayos de suelos, debe llevarse a cabo de acuerdo con las disposiciones del Artículo 10.4 para proporcionar información pertinente y suficiente para el diseño de unidades de la subestructura. Debe considerarse el tipo y el costo de las cimentaciones en los estudios económicos y estéticos para la selección de alternativas de puente y su localización.

2.4.2 — Estudios topográficos — La topografía actual del sitio del puente se establece a través de mapas de curvas de nivel y fotografías. Dichos estudios deben incluir la historia del lugar en términos de movimiento de masas del terreno, erosión de suelo y rocas y el curso de las vías acuáticas.

2.5 — OBJETIVOS DE DISEÑO

2.5.1 — Seguridad — La principal responsabilidad del Ingeniero debe ser proporcionar la seguridad del público

C2.5.1 — Los requisitos mínimos para garantizar la seguridad

estructural de puentes como medios de transporte están

incluidos en estas especificaciones. La filosofía de lograr la

seguridad estructural adecuada figura en el artículo 1.3. Se

recomienda que se utilice una aprobación QC/QA a los

procesos de revisión y verificación para asegurar que el

trabajo de diseño cumple con estas especificaciones..

2.5.2 — Utilidad

2.5.2.1 — Durabilidad

2.5.2.1.1 — Materiales — Los documentos contractuales deben especificar materiales de calidad y la aplicación de altos estándares de fabricación y construcción. El acero estructural debe ser auto-protegido, o tener sistema de recubrimiento de larga vida o protección catódica. Las barras de refuerzo y los torones de pretensado en componentes de concreto, que puedan estar expuestos a sales suspendidas en el aire o en el agua, deben protegerse mediante una combinación apropiada de recubrimientos epóxicos y/o galvanizados, recubrimiento de hormigón, densidad, composición química del

C2.5.2.1.1 — La intención de este Artículo es la de reconocer

la importancia de la corrosión y el deterioro de los materiales

estructurales sobre el comportamiento a largo plazo del

puente. Pueden encontrarse otras disposiciones concernientes

con la durabilidad en el Artículo 5.12.

Aparte del deterioro del tablero de concreto en sí, el problema

de mantenimiento más frecuente en un puente es la

desintegración de los extremos de las vigas, soportes,

pedestales, pilares y estribos debido a la percolación de las

sales de carretera transmitidas por el agua a través de las

juntas del tablero. La experiencia parece indicar que un tablero

estructuralmente continuo proporciona una mejor protección

para los componentes que están debajo de él. Debe tenerse en

cuenta las consecuencias potenciales del uso de sales

2-8 SECCIÓN 2

hormigón, incluyendo incorporación de aire y pintura no porosa de la superficie del concreto o protección catódica. Los ductos para torones de pretensado deben rellenarse o estar protegidos de cualquier otro modo contra la corrosión. Los accesorios y elementos de fijación utilizados en la construcción en madera serán de acero inoxidable, hierro maleable, aluminio, o de acero galvanizado, recubierto con cadmio, o con cualquier otro recubrimiento. Los componentes de madera deben ser tratados con preservativos. Los productos de aluminio deberán estar aislados eléctricamente de los componentes de acero y hormigón. Deberán protegerse los materiales susceptibles a daño por radiación solar y/o contaminación del aire. Se tendrá en cuenta la duración de los materiales en contacto directo con el suelo y/o con agua.

anticongelantes en estructuras con tableros de acero expuesto

y de madera.

Estas especificaciones permiten el uso de cubiertas

discontinuas en ausencia del uso sustancial de sales

anticongelantes.

Se ha encontrado que las juntas de contracción transversales

cortadas in situ con sierra en tableros de concreto no son de

ningún valor práctico cuando la acción compuesta está

presente. La economía, debido a la continuidad estructural y la

ausencia de juntas de expansión, generalmente favorecerá la

aplicación de tableros continuos, independientemente de la

ubicación.

Largueros simplemente apoyados en juntas deslizantes, con o

sin agujeros alargados, tienden a "congelarse" debido a la

acumulación de residuos de la corrosión y pueden causar

problemas de mantenimiento. Debido a la disponibilidad

general de computadores, el análisis de tableros continuos ya

no es un problema.

La experiencia indica que, desde el punto de vista de la

durabilidad, todas las juntas deben ser consideradas

susceptibles a algún grado de movimiento y filtración.

2.5.2.1.2 — Medidas de autoprotección — Deben proporcionarse lagrimales continuos a lo largo del borde inferior de tableros de concreto a una distancia no superior a 25.0 cm del borde. Donde el tablero está interrumpido por una junta sellada, todas las superficies de pilares y estribos, excepto los soportes para apoyos, deben tener una pendiente mínima del 5 por ciento hacia los bordes. Para juntas expuestas, esta pendiente mínima debe aumentarse a 15 por ci