4. ACCIONES VARIABLES (Q)

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4.1 SOBRECARGA DE USO

El modelo de carga definido en este apartado para representar la acción del tráfico rodado ha sido calibrado para puentes con longitudes cargadas hasta 200 m (UNE-EN 1991-2). En general, la consideración de este modelo cuando la carga se extiende a una longitud superior estará del lado de la seguridad. Para longitudes cargadas superiores a 200 m, el proyectista podrá adoptar valores o expresiones distintos de los aquí indicados, previa autorización de la Dirección General de Carreteras, siempre que los justifique adecuadamente sobre las mismas bases teóricas que el modelo aquí establecido.

En todas las cargas definidas en este apartado, que se suponen aplicadas estáticamente, está incluido el correspondiente factor de amplificación que tiene en cuenta el carácter dinámico de las mismas.

4.1.1 DIVISIÓN DE LA PLATAFORMA DEL TABLERO EN CARRILES VIRTUALES A

A efectos de aplicación de esta Instrucción, se define como plataforma del tablero de un puente de carretera la superficie apta para el tráfico rodado (incluyendo, por tanto, todos los carriles de circulación, arcenes, bandas de rodadura y marcas viales) situada a nivel de calzada y comprendida entre los bordillos de las aceras laterales del tablero -si éstas existen- cuando tengan más de 150 mm de altura, o entre caras interiores de los pretiles del tablero, para el resto de los casos.

A efectos de la aplicación de la componente vertical de la sobrecarga de uso sobre el tablero del puente, la plataforma, de ancho w, se dividirá en nl carriles virtuales, de anchura wl cada uno, con el criterio que se define en la tabla 4.1-a.

Tabla 4.1-a Definición de los carriles virtuales

En el caso de que la plataforma esté dividida en dos o más partes separadas por una mediana:

• Si en la mediana se dispone una barrera fija e infranqueable, cada parte de la plataforma (incluidos arcenes, marcas viales, etc.) se dividirá de forma independiente en carriles virtuales.
• Si en la mediana se dispone un elemento móvil o rebasable, se tratará toda la plataforma del puente, incluida la mediana, como un único elemento.

La ubicación y numeración de cada carril virtual se determinará conforme a los criterios que se exponen a continuación:

• Para la comprobación de cada estado límite, se considerarán cargados los carriles que sean desfavorables para el efecto en estudio. El carril que genere el efecto más desfavorable se denominará carril 1, el segundo más desfavorable se denominará carril 2, y así sucesivamente (figura 4.1-a)
• Se empleará una única numeración de carriles para todo el tablero, aunque la plataforma soporte dos o más calzadas separadas por barreras fijas y no rebasables. Así pues, para el cálculo del tablero sólo habrá un carril 1, un carril 2, etc.
• Cuando existan varias calzadas soportadas por tableros separados, cada uno de ellos tendrá una numeración de carriles independiente, a efectos de las comprobaciones de los estados límite del tablero así como de la subestructura, si ésta es independiente para cada tablero. Si dichos tableros están soportados por la misma subestructura, pilas o estribos, a efectos del cálculo de esos elementos, se considerará una numeración de carriles única para el conjunto de los tableros.

Figura 4.1-a Ejemplo genérico de distribución de carriles virtuales

4.1.2 CARGAS VERTICALES

4.1.2.1 Cargas verticales debidas al tráfico de vehículos

Se considerará la acción simultánea de las cargas siguientes:

a) Uno o más vehículos pesados, según el número de carriles virtuales.

Cada vehículo pesado estará constituido por dos ejes, siendo Q_ik la carga de cada eje, indicada en la tabla 4.1-b., correspondiente al carril i.

Figura 4.1-b Distribución de vehículos pesados y sobrecarga uniforme

Se tendrán en cuenta los siguientes criterios:

• En cada carril virtual se considerará la actuación de un único vehículo pesado de peso 2Q_ik.
• La separación transversal entre ruedas del mismo eje será de 2,00 m. La distancia longitudinal entre ejes será de 1,20 m (ver figura 4.1-b).
• Las dos ruedas de cada eje tendrán la misma carga, que será por tanto igual a 0,5Q_ik.
• A efectos de las comprobaciones generales, se supondrá que cada vehículo pesado actúa centrado en el carril virtual (ver figura 4.1-b).
• Para las comprobaciones locales, cada vehículo pesado se situará, transversalmente dentro de cada carril virtual, en la posición más desfavorable. Cuando se consideren dos vehículos pesados en carriles virtuales adyacentes, podrán aproximarse transversalmente, manteniendo una distancia entre ruedas mayor o igual que 0,50 m (ver figura 4.1-c).
• Para las comprobaciones locales, la carga puntual de cada rueda de un vehículo pesado se supondrá uniformemente repartida en una superficie de contacto cuadrada de 0,4 m x 0,4 m (ver figura 4.1-c). Se considerará que esta carga se reparte con una pendiente 1:1 (H:V), tanto a través del pavimento como a través de la losa del tablero, hasta el centro de dicha losa.

Figura 4.1-c Disposición de vehículos pesados para comprobaciones locales

b) Una sobrecarga uniforme de valor q_ik, según la tabla 4.1-b, con las consideraciones siguientes:

• En el área remanente, se considerará la actuación de una sobrecarga uniforme de valor q_rk, según la tabla 4.1-b.
• La sobrecarga uniforme se extenderá, longitudinal y transversalmente, a todas las zonas donde su efecto resulte desfavorable para el elemento en estudio, incluso en aquellas ya ocupadas por algún vehículo pesado.

Tabla 4.1-b Valor característico de la sobrecarga de uso

4.1.2.2 Cargas verticales en zonas de uso peatonal

En las zonas de uso peatonal de los puentes (aceras, rampas y escaleras), se supondrá aplicada una sobrecarga uniforme de 5 kN/m² en las zonas más desfavorables, longitudinal y transversalmente, para el efecto en estudio.

En puentes en los que sean de prever aglomeraciones de personas, se considerará la actuación de la sobrecarga uniforme de 5 kN/m² en lugar de las cargas verticales debidas al tráfico de vehículos definidas en el apartado 4.1.2.1 anterior, para aquellos casos en que sea más desfavorable para el elemento en estudio. Esta carga, prevista a efectos de comprobaciones generales, estará asociada únicamente a situaciones de cálculo transitorias.

4.1.3 FUERZAS HORIZONTALES

4.1.3.1 Frenado y arranque

El frenado, arranque o cambio de velocidad de los vehículos, dará lugar a una fuerza horizontal uniformemente distribuida en la dirección longitudinal de la carretera soportada por el puente, y se supondrá aplicada al nivel de la superficie del pavimento.

En caso de que la vía disponga de carriles de sentidos opuestos de circulación, se considerará como de sentido único si esta hipótesis resulta más desfavorable.

El valor característico de esta acción Q_lk será igual a una fracción del valor de la carga característica vertical que se considere actuando sobre el carril virtual número 1, de acuerdo con la expresión:

siendo L la distancia entre juntas contiguas, o longitud del puente si éstas no existieran, y el significado de las demás variables el definido en el apartado anterior.

Para el caso de carril virtual de 3 m de anchura y L > 1,20 m, esta expresión queda como sigue:

El valor de Qlk estará limitado superior e inferiormente según lo indicado a continuación:

4.1.3.2 Fuerza centrífuga y otras fuerzas transversales

En puentes de planta curva, los vehículos generan una fuerza transversal centrífuga Q_tk de valor:

siendo:

• Q_v= Σ2Q_ik peso total de los vehículos pesados [kN], según 4.1.2.1
• r radio del eje del tablero en planta [m]

La fuerza Q_tk así definida se considerará como una fuerza puntual, en la superficie del pavimento, que actúa horizontalmente en dirección perpendicular al eje del tablero y en cualquier sección transversal del mismo.

Además, en puentes curvos de radio menor de 1500 m, se tendrá en cuenta el efecto del derrape durante el frenado mediante una fuerza transversal Q_trk, en la superficie del pavimento, igual al 25% de la fuerza de frenado o arranque Q_lk, definida en el apartado 4.1.3.1, que actúa simultáneamente con ella.

4.1.4 GRUPOS DE CARGAS DE TRÁFICO

La concomitancia de las distintas componentes de la sobrecarga de uso, definidas en los apartados anteriores, se tendrá en cuenta mediante la consideración de los grupos de cargas de tráfico indicados en la tabla 4.1-c.

Los valores de las acciones que figuran en los apartados 4.1.2 y 4.1.3 son valores característicos de esas acciones consideradas individualmente. Cuando dichas acciones entran a formar parte de un grupo de cargas de tráfico, lo hacen con los valores que se recogen en la tabla 4.1-c.

Tabla 4.1-c Grupos de cargas de tráfico Concomitancia de las diferentes componentes de la sobrecarga de uso

Se considera que estos grupos, que son excluyentes entre sí, definen el valor característico de la sobrecarga de uso cuando se combina con el resto de las acciones (cargas permanentes, viento, etc.).

Se considerará la combinación de cada uno de los grupos de cargas con el resto de las acciones cuando sean pertinentes para el efecto en estudio.

4.1.5 TREN DE CARGAS PARA LA COMPROBACIÓN DEL ESTADO LÍMITE ÚLTIMO DE FATIGA

Para la comprobación del estado límite último de fatiga se considerarán las acciones variables repetidas producidas por la acción del tráfico que se prevé que actúen a lo largo de la vida útil del puente.

El efecto de estas cargas repetidas puede ser representado por el modelo de cargas para fatiga consistente en un vehículo de 4 ejes, de dos ruedas cada eje, que se representa en la figura 4.1-d. La carga en cada eje será de 120 kN y la superficie de contacto de cada rueda se tomará igual a un cuadrado de 0,40 x 0,40 m. La separación entre ejes y entre las ruedas de un mismo eje será la que se indica en la figura 4.1-d. A efectos de comprobación a fatiga no se considerará ninguna carga horizontal.

Figura 4.1-d Tren de cargas para la comprobación del estado límite de fatiga

Para el cálculo de las tensiones máximas y mínimas que produce el modelo de cargas de fatiga se considera la actuación de un sólo vehículo como el definido en el párrafo anterior. Este vehículo se supondrá centrado en el carril virtual 1 (el más desfavorable para el efecto estudiado).

El modelo de cargas definido incluye el coeficiente de impacto correspondiente a una superficie de rodadura de buena calidad (según ISO 8608). Para la comprobación de aquellos elementos estructurales que estén a una distancia menor de 6 m de una junta de calzada se tomará un factor de amplificación dinámico adicional de 1,3.

Alternativamente al vehículo definido anteriormente, para la comprobación del estado límite de fatiga, se podrán emplear datos reales de tráfico, ajustados o extrapolados, en su caso, por métodos estadísticos apropiados, previa autorización de la Dirección General de Carreteras. Estos datos de tráfico deberán ser multiplicados por el correspondiente factor de amplificación dinámico, que tendrá en cuenta entre otros aspectos la regularidad superficial del pavimento.

4.1.6 SOBRECARGA DE USO EN TERRAPLENES ADYACENTES A LA ESTRUCTURA

Para el cálculo de empujes del terreno sobre elementos de la estructura en contacto con él, (estribos, muros, etc.) se considerará actuando en la parte superior del terraplén, en la zona por donde pueda discurrir el tráfico, el modelo de cargas verticales definido en el apartado 4.1.2. Alternativamente, podrá adoptarse el modelo simplificado consistente en una sobrecarga uniforme de 10 kN/m².

Esta sobrecarga se tendrá en cuenta únicamente en los casos en que las cargas producidas por el tráfico actúen a una distancia, medida en horizontal, menor o igual a la mitad de la altura del elemento de la estructura sobre el que actúe el empuje.

A efectos de la aplicación de los coeficientes parciales que figuran en el capítulo 6, se considerará como una misma acción la componente gravitatoria de esta sobrecarga y el empuje a que da lugar. Además, esta acción se considerará con su valor característico como único valor representativo (ver apartado 6.1.2).

4.1.7 EMPUJES SOBRE BARANDILLAS

Las fuerzas transmitidas por la barandilla al tablero dependerán de la clase de carga de la barandilla proyectada, según la EN 1317-6. En puentes y pasarelas, se adoptará una clase de carga tal que la fuerza horizontal perpendicular al elemento superior de la barandilla sea como mínimo 1,5 kN/m.

Esta fuerza horizontal se considerará actuando simultáneamente con la sobrecarga uniforme definida en el apartado 4.1.2.2.

4.1.8 SOBRECARGA DE USO EN PASARELAS

Para la determinación de los efectos estáticos de la sobrecarga de uso debida al tráfico de peatones, se considerará la acción simultánea de las cargas siguientes:

• a) Una carga vertical uniformemente distribuida qfk de valor igual a 5 kN/m²
• b) Una fuerza horizontal longitudinal Q_flk de valor igual al 10% del total de la carga vertical uniformemente distribuida, actuando en el eje del tablero al nivel de la superficie del pavimento

Ambas cargas se consideran como una acción única, cuyo valor constituye el valor característico de la sobrecarga de uso cuando se combina con el resto de las acciones (cargas permanentes, viento, etc.).

La fuerza horizontal Q_flk será en general suficiente para asegurar la estabilidad horizontal longitudinal de la pasarela; no así la estabilidad horizontal transversal, que deberá asegurarse mediante la consideración de las acciones correspondientes.

A efectos de las comprobaciones locales, se considerará una carga vertical puntual Q_fwk de valor igual a 10 kN, actuando sobre una superficie cuadrada de 0,10 m de lado.

Cuando, de acuerdo con el capítulo 7, sea necesario efectuar un análisis dinámico, se tendrá en cuenta lo indicado al respecto en dicho capítulo.

4.2 VIENTO

En general, la acción del viento se asimilará a una carga estática equivalente, salvo que, de acuerdo con el apartado 4.2.9, sea necesario además considerar los efectos aeroelásticos.

Para la obtención de la carga estática equivalente a la acción del viento, se seguirán las indicaciones que figuran en los apartados 4.2.1 a 4.2.8.

El proyectista podrá adoptar valores o expresiones distintos de los aquí indicados, previa autorización de la Dirección General de Carreteras, siempre que los justifique adecuadamente por disponer de medidas de velocidad de viento en el lugar durante un periodo de tiempo representativo para la situación de proyecto considerada, por el conocimiento de la intensidad de la turbulencia y su repercusión sobre las ráfagas de viento, o por las cualidades aerodinámicas de los elementos del puente y el conocimiento experimental de su coeficiente de fuerza (también llamado coeficiente de arrastre).

4.2.1 VELOCIDAD BÁSICA DEL VIENTO

La velocidad básica fundamental del viento v_b,0 es la velocidad media a lo largo de un periodo de 10 minutos, con un periodo de retorno T de 50 años, medida con independencia de la dirección del viento y de la época del año en una zona plana y desprotegida frente al viento, equivalente a un entorno de puente tipo II (según se definen en el apartado 4.2.2), a una altura de 10 m sobre el suelo.

A partir de la velocidad básica fundamental del viento v_b,0, se obtendrá la velocidad básica vb mediante la expresión:

v_b = c_dir c_season v_b,0

donde:

• v_b velocidad básica del viento para un periodo de retorno de 50 años [m/s]
• c_dir factor direccional del viento que, a falta de estudios más precisos, puede tomarse igual a 1,0
• c_season factor estacional del viento que, a falta de estudios más precisos, puede tomarse igual a 1,0
• v_b,0 velocidad básica fundamental del viento [m/s] (según el mapa de isotacas de la figura 4.2-a)

Para un periodo de retorno diferente de 50 años, la velocidad básica del viento v_b(T) será:

v_b(T) = v_b c_prob

donde:

• v_b(T) velocidad básica del viento [m/s] para un periodo de retorno T
• T periodo de retorno [años]
• c_prob factor de probabilidad, obtenido de la siguiente fórmula: tomando para los parámetros K y n los valores siguientes: K = 0,2 y n = 0,5

Para situaciones persistentes, a falta de estudios específicos, se considerará un periodo de retorno de 100 años (c_prob = 1,04).

Para situaciones transitorias, se tomarán los periodos de retorno indicados en la tabla 4.2-a, salvo que se justifiquen adecuadamente otros valores.

Tabla 4.2-a Periodos de retorno para situaciones transitorias

Figura 4.2-a Mapa de isotacas para la obtención de la velocidad básica fundamental del viento vb,0 (Coincide con el mapa correspondiente del Código Técnico de la Edificación)

4.2.2 VELOCIDAD MEDIA DEL VIENTO

La velocidad media del viento v_m(z) a una altura z sobre el terreno dependerá de la rugosidad del terreno, de la topografía y de la velocidad básica del viento v_b, y se determinará según la expresión siguiente:

v_m(z) = c_r(z) c_o v_b(T)

donde:

• v_b(T) velocidad básica del viento [m/s] para un periodo de retorno T
• c_o factor de topografía, que se tomará habitualmente igual a 1,0. En valles en los que se pueda producir un encauzamiento del viento actuante sobre el puente, se tomará para c_o un valor de 1,1. Cuando existan obstáculos naturales susceptibles de perturbar apreciablemente el flujo del viento sobre el puente, el valor de c_o se determinará mediante un estudio específico
• c_r(z) factor de rugosidad obtenido de la siguiente fórmula: siendo:
  • z altura del punto de aplicación del empuje de viento respecto del terreno o respecto del nivel mínimo del agua bajo el puente [m]
  • k_r factor del terreno, según tabla 4.2-b
  • z₀ longitud de la rugosidad, según tabla 4.2-b
  • z_min altura mínima, según tabla 4.2-b

A efectos de calcular los parámetros anteriores, se considerarán los cinco tipos de entorno siguientes:

• Tipo 0: mar o zona costera expuesta al mar abierto.
• Tipo I: lagos o áreas planas y horizontales con vegetación despreciable y sin obstáculos.
• Tipo II: zona rural con vegetación baja y obstáculos aislados, (árboles, construcciones pequeñas, etc.), con separaciones de al menos 20 veces la altura de los obstáculos.
• Tipo III: zona suburbana, forestal o industrial con construcciones y obstáculos aislados con una separación máxima de 20 veces la altura de los obstáculos.
• Tipo IV: zona urbana en la que al menos el 15% de la superficie esté edificada y la altura media de los edificios exceda de 15 m.

Tabla 4.2-b Coeficientes k_r, z₀, y z_min según el tipo de entorno

4.2.3 EMPUJE DEL VIENTO

El empuje producido por el viento se calculará por separado para cada elemento del puente, teniendo en cuenta los siguientes aspectos:

• El área expuesta al viento o las características aerodinámicas del elemento pueden resultar modificadas por la materialización de otras acciones actuando en la estructura (nieve, sobrecargas de uso, etc.).
• En situaciones transitorias, algunos elementos pueden presentar superficies de exposición al viento diferentes a las definitivas (por ejemplo, cajón abierto frente a cerrado). Además, los elementos auxiliares de construcción pueden añadir superficies adicionales a tener en cuenta.

El empuje del viento sobre cualquier elemento se calculará mediante la expresión:

siendo:

• F_w empuje horizontal del viento [N]
• 1/2 ρv²_b(T) presión de la velocidad básica del viento q_b [N/m²]
• ρ densidad del aire, que se tomará igual a 1,25 kg/m³
• v_b(T) velocidad básica del viento [m/s] para un periodo de retorno T
• c_f coeficiente de fuerza del elemento considerado (figura 4.2-b)
• A_ref área de referencia, que se obtendrá como la proyección del área sólida expuesta sobre el plano perpendicular a la dirección del viento [m²]
• c_e(z) coeficiente de exposición en función de la altura z calculado según la fórmula siguiente¹: donde:
  • k_l factor de turbulencia, que se tomará igual a 1,0
  • c_o, z₀ y z_min según se definen en el apartado 4.2.2

El producto c_f A_ref se calculará según las reglas que se exponen a continuación o bien mediante ensayos en túnel aerodinámico, lo cual será recomendable en puentes de gran luz. En este caso deberán considerarse tres ángulos de incidencia respecto a la horizontal: -6º, 0º y +6º.

El empuje del viento se aplicará sobre el centro de gravedad del área de referencia del elemento A_ref

Se supondrá que el efecto de la sobrecarga de uso equivale a un área expuesta cuya altura se considerará igual a:

• 2 m en puentes de carretera
• 1,25 m en pasarelas

Dichas alturas se medirán desde la superficie del pavimento y se tendrán en cuenta para el cálculo tanto del coeficiente de fuerza, como del área. En el caso de coexistir distintos tipos de carga sólo se considerará la de altura más desfavorable.

Cuando sea necesario considerar el efecto del ocultamiento sobre cualquier elemento no expuesto directamente a la acción del viento (por quedar oculto tras la sombra o proyección de otro situado inmediatamente a barlovento de éste), el coeficiente de fuerza del elemento oculto se multiplicará por el coeficiente de ocultamiento η definido en la tabla 4.2-c, donde λ es la relación de solidez, definida como:

λ = A_n/A_tot

siendo:

• λ relación de solidez correspondiente al elemento de barlovento más próximo
• A_n área sólida neta o real (descontando los huecos) que el elemento de barlovento presenta al viento
• A_tot área bruta o total (sin descontar huecos) del elemento de barlovento delimitada por su contorno externo

Y donde sr es el espaciamiento relativo, definido como:

s_r = s / h_p

siendo:

• s_r espaciamiento relativo entre el elemento de barlovento y el de sotavento
• s distancia horizontal entre las superficies de ambos elementos, proyectadas sobre un plano perpendicular a la dirección del viento
• h_p altura protegida u ocultada por el elemento de barlovento

Figura 4.2-b Coeficiente de fuerza cf para las secciones más habituales

_{(*) Se tomará siempre superficie rugosa excepto si la rugosidad superficial equivalente resulta menor de ø 10^-5 m}

Tabla 4.2-c Coeficiente de ocultamiento

Siempre que el viento actúe simultáneamente con las sobrecargas de uso, el valor resultante de la fuerza equivalente del viento se combinará con el resto afectado por los correspondientes factores de simultaneidad , definidos en el apartado 6.1 de esta Instrucción, y deberá aplicarse sobre la longitud ocupada por vehículos que resulte más desfavorable, independientemente de la zona de aplicación de las acciones verticales debidas a la propia sobrecarga de uso.

4.2.4 DIRECCIÓN DEL VIENTO

Para evaluar la acción del viento sobre la estructura se considerará su actuación en dos direcciones:

• Perpendicular al eje del tablero: dirección transversal (X). Esta componente podrá ir acompañada de una componente asociada en dirección vertical (Z).
• Paralela al eje del tablero: dirección longitudinal (Y).

Si el tablero es de planta curva, se supondrá que la dirección longitudinal es la de la cuerda que une los dos extremos del puente y que la dirección transversal es su perpendicular. Para cada dirección, el sentido de aplicación de la fuerza del viento será el que resulte más desfavorable para el elemento y efecto en estudio.

Alternativamente, para el cálculo del efecto del viento sobre el tablero, se podrá considerar, y siempre que la amplitud angular del arco definido en planta por el tablero no supere 90º, lo siguiente:

• un viento radial, normal a la superficie lateral del tablero en cada punto, cuyo valor característico será el mismo que el definido para el viento transversal sobre el tablero en el apartado 4.2.5.1
• un viento tangencial a la directriz en cada punto, cuyo valor característico será el mismo que el definido para el viento longitudinal sobre el tablero en el apartado 4.2.5.2.

Análogamente, en las pilas de puentes de tablero curvo en planta, y siempre que la amplitud angular del arco definido por el tablero no supere 90º, se podrá considerar que las dos direcciones del viento son:

• perpendicular a la directriz del tablero en cada pila, que se considerará concomitante con el viento transversal sobre el tablero
• tangente a la directriz del tablero en cada pila, que se considerará concomitante con el viento longitudinal sobre el tablero

En general, se considerará que la acción del viento en las direcciones transversal y longitudinal no es concomitante. La componente vertical del viento, dirección Z, se considerará concomitante sólo con la dirección transversal del viento.

En el caso particular de que las características topográficas del emplazamiento produzcan habitualmente vientos en dirección oblicua al eje del tablero, o cuando la estructura pueda ser especialmente sensible a vientos oblicuos, se comprobará además la seguridad estructural para estos vientos. Para ello se determinará la presión de la velocidad básica del viento, 1/2 ρ v²_b(T), correspondiente a la dirección oblicua, se descompondrá vectorialmente esta presión en las dos direcciones, longitudinal y transversal, se calcularán independientemente los empujes correspondientes y ambos se considerarán aplicados simultáneamente sobre la estructura.

4.2.5 EMPUJE DEL VIENTO SOBRE TABLEROS

4.2.5.1 Efectos provocados por el viento transversal

4.2.5.1.1 Empuje horizontal

En el cálculo del empuje transversal del viento sobre el tablero, a efectos de aplicación de esta Instrucción, se pueden distinguir dos tipos de tablero: de alma llena y de celosía.

a) Tableros de alma llena

Se incluyen en este caso los tableros con alma llena de tipo cajón (sencillo o múltiple), las losas o los tableros de vigas.

Para el cálculo del empuje transversal (dirección X) sobre estos tableros se entenderá que el área de referencia A_ref,x es el producto de la longitud del tramo de puente considerado por la altura equivalente h_eq.

A falta de datos experimentales, el coeficiente de fuerza en la dirección X se determinará mediante la expresión:

donde:

• B anchura total del tablero [m]
• h_eq altura equivalente [m] obtenida considerando, además del propio tablero (en el caso de un tablero de vigas o varios cajones, se considerará únicamente el elemento de mayor canto), la altura de cualquier elemento no estructural que sea totalmente opaco frente al viento o, si se tiene en cuenta la presencia de la sobrecarga de uso, la altura de ésta, en caso de ser más desfavorable.

En cualquier caso, el coeficiente c_f,x se considerará limitado por los valores siguientes:

Si los elementos no estructurales (sistemas de contención, barandillas o pantallas) son permeables al viento, no se considerarán en la determinación de esta altura equivalente h_eq, y el empuje que soportan y transmiten se calculará de forma independiente, según se indica en el apartado 4.2.7.

El valor del coeficiente de fuerza c_f,x y sus límites inferior y superior se podrán modificar en función de la forma de la sección transversal del tablero, aplicando los siguientes criterios:

• Si una de las caras expuestas al viento está inclinada respecto a la vertical en el sentido favorable a la circulación del viento, se puede reducir su coeficiente de fuerza en un 0,5% por cada grado sexagesimal de inclinación, con una reducción máxima de un 30%.
• Si las caras expuestas al viento tienen distinta inclinación, la reducción a aplicar será la media ponderada de las reducciones relativas de las distintas superficies en función de sus áreas respectivas.

b) Tableros de tipo celosía

El empuje se calculará de forma independiente para cada celosía, en función del área sólida expuesta al viento.

En las celosías no expuestas directamente al viento, se multiplicará, si procede, su coeficiente de fuerza por el coeficiente de ocultamiento anteriormente definido en el apartado 4.2.3. El empuje total obtenido no será mayor que el de un tablero de sección rectangular del mismo canto y anchura.

Al igual que para los tableros de alma llena, si los elementos de contención o las barandillas son permeables al paso del aire, el empuje que soportan y transmiten se calculará de forma independiente, según se indica en el apartado 4.2.7.

Las sobrecargas de uso se tendrán en cuenta, para el cálculo del empuje horizontal de viento, de la misma forma que en los tableros de alma llena, sin reducir su área sólida expuesta por la presencia de las celosías, aunque el tablero esté embebido en las propias celosías.

El coeficiente de fuerza dependerá de la sección de los perfiles de la celosía. A falta de datos específicos se tomará:

• c_f,x = 1,8 para perfiles de celosía con caras planas
• c_f,x = 1,2 para perfiles cilíndricos lisos de diámetro ø que cumplan la condición:
• c_f,x = 0,7 para perfiles cilíndricos lisos de diámetro ø que cumplan la condición:

siendo v_b(T) la velocidad básica y c_e(z) el coeficiente de exposición, definidos en los apartados 4.2.1 y 4.2.3, respectivamente.

4.2.5.1.2 Empuje vertical

Se considerará un empuje vertical, dirección Z, sobre el tablero actuando en el sentido más desfavorable, igual a:

donde:

• F_w,z empuje vertical del viento [N]
• 1/2 ρv²_b(T) presión de la velocidad básica del viento definida en el apartado 4.2.3 [N/m²]
• c_e(z) coeficiente de exposición definido en el apartado 4.2.3
• c_f,z coeficiente de fuerza en la dirección vertical Z, que se tomará igual a ±0,9
• A_ref,z área en planta del tablero [m2]

En caso de disponer de ensayos de la sección del tablero en túnel aerodinámico, se considerará el empuje vertical máximo del viento obtenido para los tres ángulos de incidencia respecto a la horizontal definidos el apartado 4.2.3.

4.2.5.1.3 Momento de vuelco sobre el tablero

A falta de datos precisos sobre el momento de vuelco ejercido por la acción combinada de los empujes transversal (dirección X) y vertical (dirección Z) de viento sobre el tablero, se supondrá que:

• El empuje transversal está aplicado a la altura que se indica a continuación, medida respecto a la base del tablero:
  • En tableros de alma llena, el 60% de la altura del primer frente máximo adoptado en el cálculo del área expuesta a la componente horizontal del viento transversal, incluyendo, en su caso, el área correspondiente a la sobrecarga de uso.
  • En tableros de tipo celosía, la media ponderada de las alturas de los centros de gravedad de las diferentes áreas que compongan el primer frente máximo adoptado en el cálculo del área expuesta a la componente horizontal del viento transversal, incluyendo en su caso, el área correspondiente a la sobrecarga de uso.
• El empuje vertical está aplicado a una distancia del borde de barlovento igual a un cuarto de la anchura del tablero.

4.2.5.2 Empuje provocado por el viento longitudinal

Se considerará un empuje horizontal paralelo al eje del puente (dirección Y) sobre los elementos de desarrollo longitudinal (tablero, pretiles y barandillas).

Este empuje longitudinal será una fracción del empuje transversal producido por el viento transversal (dirección X), multiplicado por un coeficiente reductor. El valor de dicha fracción será:

• 25% para los elementos sólidos (tableros tipo cajón, losa o vigas, sistemas de contención no permeables, pantallas anti-ruido, sobrecarga de uso, etc.). Para el cálculo de este empuje longitudinal no se considerará la reducción debida a la inclinación de las almas en los tableros de alma llena.
• 50% para los elementos que presenten huecos (tableros tipo celosía, sistemas de contención permeables, barandillas y, en su caso, sobrecargas de uso).

El coeficiente reductor, será el definido por la expresión:

donde:

Tabla 4.2-d Coeficiente según el tipo de entorno

4.2.6 EMPUJE DEL VIENTO SOBRE PILAS

El empuje se obtendrá en función del área de referencia y el coeficiente de fuerza adecuado a la forma de su sección transversal. En la figura 4.2-b se indican los coeficientes de fuerza de las secciones de cálculo más usuales.

En pilas de sección rectangular con aristas redondeadas mediante acuerdos de radio r, se podrá reducir el coeficiente de fuerza multiplicándolo por el factor:

1- 2,5 r/h ≥ 0,5

siendo h la dimensión transversal definida en dicha figura.

Para secciones de pila no incluidas en la figura 4.2-b, se adoptará un valor del coeficiente de fuerza c_f contrastado por la experiencia u obtenido mediante ensayos en túnel aerodinámico. Para secciones sin superficies cóncavas, se podrá adoptar un valor de c_f = 2,2 sin necesidad de justificación mediante ensayos.

Las pilas de sección variable, o aquéllas en las que el coeficiente de exposición c_e(z) varíe apreciablemente a lo largo de su altura, se dividirán en tramos, adoptando en cada uno el valor correspondiente del coeficiente de exposición c_e(z), del área de referencia A_ref y del coeficiente de fuerza c_f.

Se tomará como área de referencia la proyección del área sólida expuesta sobre el plano perpendicular a la dirección del viento.

Cuando en las pilas no se puedan despreciar las solicitaciones de torsión debidas al viento, se considerará que el empuje sobre la superficie considerada actúa con una excentricidad respecto a su eje de 1/10 de la anchura de dicha superficie.

La dirección del viento a considerar en los cálculos será la que se indica en el apartado 4.2.4.

4.2.7 EMPUJE DEL VIENTO SOBRE OTROS ELEMENTOS DEL PUENTE

El empuje de viento sobre sistemas de contención y barandillas permeables, se obtendrá a partir del área de referencia y del coeficiente de fuerza específico de cada uno de sus elementos. Para las secciones no incluidas en la figura 4.2-b, el coeficiente de fuerza de cada uno de ellos c_f,x se tomará igual a 2,2 salvo que se justifique adecuadamente otro valor más preciso.

Se tomará como área de referencia la proyección del área sólida expuesta sobre el plano perpendicular a la dirección del viento.

El cálculo del empuje de viento sobre otros elementos del puente tales como cables, péndolas o los sistemas de iluminación y señalización, se realizará también a partir de las áreas de referencia y los coeficientes de fuerza indicados en la figura 4.2-b. En este caso será necesario tener en cuenta el empuje sobre todos los elementos sin considerar posibles efectos de apantallamiento.

4.2.8 CÁLCULO SIMPLIFICADO DEL EMPUJE EN TABLEROS Y PILAS

En puentes de menos de 40 m de luz (medida entre ejes de apoyos) y de menos de 20 m de altura máxima de pila, podrá considerarse únicamente el viento transversal, con los valores de empuje unitario F_w / A_ref indicados en las tablas 4.2-e y 4.2-f, siempre que se cumplan las condiciones siguientes:

• c_f,x ≤ 1,8 en tableros
• c_f,x ≤ 2,2 en pilas
• c_o = 1,0
• c_prob ≤ 1,04

Tabla 4.2-e Empujes unitarios en puentes con altura de pila: Hmax 10 m

Tabla 4.2-f Empujes unitarios en puentes con altura de pila: Hmax = 20 m

Para alturas de tableros y pilas comprendidas entre 10 m y 20 m, se podrá interpolar linealmente entre las dos tablas anteriores.

El punto de aplicación del empuje transversal será el definido en el apartado 4.2.5.1.3.

En la elaboración de las tablas anteriores no se ha considerado la acción del viento sobre la sobrecarga de uso; para tener en cuenta este efecto, se seguirán los criterios indicados en el apartado 4.2.3 respecto al aumento del área expuesta.

4.2.9 EFECTOS AEROELÁSTICOS

4.2.9.1 Necesidad de comprobación

A efectos de aplicación de esta Instrucción, no será necesario comprobar los efectos aeroelásticos en puentes y pasarelas que cumplan simultáneamente las tres condiciones siguientes:

• Luz inferior a 200 m en puentes y a 100 m en pasarelas.
• Luz efectiva (máxima distancia entre puntos de momento flector nulo bajo la acción del peso propio) menor que 30 veces el canto.
• Anchura del tablero superior a 1/10 de la distancia entre puntos de momento transversal nulo bajo la acción del viento transversal.

Aunque no se cumpla alguna de las tres condiciones anteriores, tampoco será necesario comprobar los efectos aeroelásticos en puentes o pasarelas en los que concurran las dos circunstancias siguientes:

• Luz menor de 80 m, y
• Frecuencia fundamental de flexión vertical mayor de 2 Hz.

4.2.9.2 Criterios de comprobación

El estudio de los posibles efectos aeroelásticos deberá contemplar al menos los efectos de divergencia torsional, desprendimiento de torbellinos, vibraciones divergentes por galope o flameo y por bataneo.

Las comprobaciones a realizar para cada uno de estos efectos serán las siguientes:

• Divergencia torsional. La velocidad crítica de inestabilidad deberá ser superior a dos veces la velocidad media de proyecto a la altura del tablero, 2v_m(z).
• Desprendimiento de torbellinos. No se considerará este efecto si la velocidad crítica de desprendimiento de torbellinos es superior a uno coma veinticinco veces la velocidad media de proyecto a la altura del tablero, 1,25 v_m(z). Si no se cumple esta condición, será necesario determinar la amplitud máxima de las oscilaciones resultantes y comprobar que los desplazamientos, las aceleraciones y los esfuerzos no sobrepasan los valores permitidos en estado límite de servicio para la sobrecarga de uso. Además, será necesario comprobar la seguridad de la estructura frente a la fatiga producida por estas oscilaciones.
• Vibraciones divergentes por galope. La mínima velocidad crítica de inestabilidad deberá ser superior a uno coma veinticinco veces la velocidad media de proyecto a la altura del tablero, 1,25 v_m(z).
• Vibraciones divergentes por flameo. La mínima velocidad crítica de inestabilidad deberá ser superior a uno coma veinticinco veces la velocidad punta de proyecto a la altura del tablero, 1,25 v_c(z), siendo la velocidad punta:
• Bataneo. Se determinarán los valores máximos de desplazamientos, aceleraciones y esfuerzos y se comprobará que no se sobrepasan los valores permitidos en estado límite de servicio para la sobrecarga de uso. Además, será necesario comprobar la seguridad de la estructura frente a la fatiga producida por estas oscilaciones.

La determinación de todos los valores citados anteriormente deberá hacerse por cálculos numéricos suficientemente contrastados o ensayos en túnel de viento.

El ensayo en túnel de viento será en cualquier caso preceptivo en puentes de más de 200 m de luz y en pasarelas de más de 100 m de luz. También será preceptivo cuando, mediante los análisis efectuados, no se confirme la ausencia de efectos aeroelásticos de importancia. El proyectista deberá definir el alcance de los ensayos en túnel de viento de forma que sirvan para verificar la seguridad y funcionalidad de la estructura. La utilización de métodos numéricos para modelizar el flujo de aire sólo será admisible si éstos se restringen a la obtención de conclusiones de tipo cualitativo o si se han contrastado o calibrado con ensayos en túnel de viento para la misma sección de tablero (salvo modificaciones de detalle) y en las condiciones de turbulencia correspondientes al proyecto.

La comprobación de los efectos aeroelásticos deberá hacerse también para los estados de construcción del puente, siguiendo los mismos criterios expuestos en este apartado y teniendo en cuenta que la velocidad básica del viento, la configuración estructural (y, por tanto, las frecuencias) y el amortiguamiento pueden ser diferentes respecto a los correspondientes a la estructura completa.

4.2.9.3 Comprobaciones simplificadas

En el caso de puentes de menos de 200 m de luz y pasarelas de menos de 100 m de luz, las comprobaciones de los efectos aeroelásticos podrán efectuarse de forma simplificada según se recoge en este apartado. Estas fórmulas pueden aplicarse también al caso de arcos exentos durante las fases de construcción.

A los efectos únicamente de estas comprobaciones simplificadas, se podrán estimar las frecuencias de vibración por métodos aproximados indicados a continuación:

• Frecuencia fundamental de flexión: siendo:
  • ν flecha máxima de la estructura [m] bajo la acción de la carga permanente actuando en la misma dirección y sentido que el modo de vibración esperado
  • g aceleración de la gravedad, igual a 9,8 m/s²
• Frecuencia fundamental de torsión: siendo θ el giro máximo del tablero [rad] bajo la acción de un momento torsor uniformemente distribuido, igual al producto del momento de inercia másico polar por una aceleración angular de 1 rad/s² y aplicado en el sentido del giro de torsión del modo de vibración esperado.

4.2.9.3.1 Divergencia torsional

Se podrá descartar que se produzcan fenómenos de divergencia torsional si se cumple la condición:

donde:

• f_T frecuencia del primer modo de vibración de torsión del puente [Hz]
• r radio de giro másico del tablero [m]
• m masa unitaria del tablero [kg/m]
• ρ densidad del aire, que se tomará igual a 1,25 kg/m³
• B ancho de la sección [m]
• vm velocidad media del viento [m/s]

4.2.9.3.2 Desprendimiento de torbellinos

Si la primera frecuencia de flexión vertical medida en Hz es superior a (7,5/h), en donde h es el canto de la sección en metros, se considera que el puente no va a estar sometido a vibraciones apreciables por desprendimiento de torbellinos y no será necesario realizar más comprobaciones relativas a este efecto.

En caso contrario, se calculará el número de Scruton:

y se comprobará que es superior a los dos valores siguientes:

donde:

• δ_s amortiguamiento logarítmico estructural, cuya relación con el índice de amortiguamiento ξ, expresado como porcentaje respecto del amortiguamiento crítico, es la siguiente:
• m masa unitaria del tablero [kg/m)]
• ρ densidad del aire, que se tomará igual a 1,25 kg/m³
• h canto de la sección [m]
• B anchura del tablero [m]
• l el menor de los dos valores siguientes: luz del puente o distancia entre dos puntos consecutivos de momento flector nulo ante la acción del peso propio [m]
• f_B frecuencia del primer modo de vibración de flexión vertical [Hz]
• g aceleración de la gravedad, igual a 9,8 m/s²

Como valores medios del índice de amortiguamiento podrán adoptarse los que figuran en la tabla 4.2-g.

Tabla 4.2-g Valores orientativos del índice de amortiguamiento (en porcentaje)

4.2.9.3.3 Oscilaciones divergentes por galope y flameo

Se podrá descartar el riesgo de oscilaciones divergentes en el plano vertical si se cumple la condición:

siendo los parámetros m, δ_s, f_B, ρ y h los que se definen en el apartado 4.2.9.3.2.

Se podrá descartar el riesgo de oscilaciones divergentes de torsión (flameo) si se cumple la condición:

donde:

• f_T frecuencia del primer modo de torsión del tablero [Hz]
• B anchura del tablero [m]

Se podrá descartar el riesgo de oscilaciones divergentes acopladas de flexión y torsión (flameo clásico) si se cumple la condición:

con el significado de las variables definido en los apartados 4.2.9.3.1 y 4.2.9.3.2.

4.2.9.3.4 Oscilaciones producidas por las ráfagas (bataneo)

Se podrán despreciar los efectos de estas oscilaciones cuando se cumpla la condición:

donde:

• L(z) longitud integral de la turbulencia [m], según apartado 4.2.5.2
• f_B frecuencia del primer modo de vibración vertical del tablero [Hz]
• v_m velocidad media del viento, según apartado 4.2.2

En caso de no cumplirse la condición anterior será necesario estudiar el efecto dinámico de las ráfagas en combinación con los efectos de su tamaño en relación con la longitud del puente sometida a la acción del viento.

4.3 ACCIÓN TÉRMICA

4.3.1 ACCIÓN TÉRMICA EN TABLEROS

A efectos de aplicación de esta Instrucción, para evaluar el efecto de la acción térmica se considerarán los siguientes tipos de tablero:

• Tipo 1: Tableros de acero con sección transversal en cajón, viga armada o celosía
• Tipo 2: Tableros mixtos compuestos por acero estructural y hormigón armado o pretensado (conectados de forma que ambos materiales trabajen de forma solidaria)
• Tipo 3: Tableros de hormigón armado o pretensado, sean losas, vigas o cajones

Los valores representativos de la acción térmica se evaluarán considerando la componente uniforme de temperatura y las componentes de la diferencia de temperatura vertical y horizontal.

4.3.1.1 Componente uniforme de la temperatura del tablero

4.3.1.1.1 Temperatura máxima y mínima del aire

Para calcular los efectos de la componente uniforme de temperatura se partirá del valor de la temperatura del aire a la sombra en el lugar del emplazamiento del puente.

El valor característico de la temperatura máxima del aire a la sombra T_max depende del clima del lugar y de la altitud y, para un periodo de retorno de 50 años (lo que equivale a una probabilidad anual de ser excedido de 0,02), será el que se indica en el mapa de isotermas de la figura 4.3-a.

Como valor característico de la temperatura mínima del aire a la sombra T_min se tomará, para un periodo de retorno de 50 años, el que se deduce de la tabla 4.3-a en función de la altitud del emplazamiento y de la zona climática invernal que se deduce del mapa de la figura 4.3-b.

Para periodos de retorno diferentes de 50 años, se deben de ajustar los valores de T_max,p y T_min,p según las expresiones siguientes (que se encuentran representadas en la figura 4.3-c), válidas para T_min < 0:

Siendo p el inverso del periodo de retorno y considerando para los coeficientes los valores: k₁ = 0,781; k₂ = 0,056; k₃ = 0,393 y k₄ = - 0,156.

Para situaciones persistentes, se considerará un periodo de retorno de 100 años (p=0,01).

Para situaciones transitorias, se tomarán los periodos de retorno indicados en la tabla 4.2-a, salvo que se justifiquen adecuadamente otros valores.

Figura 4.3-a Isotermas de la temperatura máxima anual del aire, T_max [ ºC] (Coincide con el mapa correspondiente del Código Técnico de la Edificación)

Tabla 4.3-a Temperatura mínima anual del aire, T_min [ ºC] (Coincide con la tabla correspondiente del Código Técnico de la Edificación)

Figura 4.3-b Zonas climáticas de invierno (Coincide con el mapa correspondiente del Código Técnico de la Edificación)

Figura 4.3-c Relaciones T_max,p / T_max y T_min,p / T_min

4.3.1.1.2 Componente uniforme de temperatura

La componente uniforme de la temperatura del tablero, también denominada temperatura efectiva (temperatura media de la sección transversal), tendrá un valor mínimo T_e,min y un valor máximo T_e,max que se determinarán a partir de la temperatura del aire, mediante las expresiones siguientes:

T_e,min = T_min + ΔT_e,min

T_e,max = T_max + ΔT_e,max

donde:

• T_min valor característico de la temperatura mínima del aire a la sombra en el lugar del emplazamiento del puente con el ajuste correspondiente al periodo de retorno según se indica en el apartado 4.3.1.1.1
• T_max valor característico de la temperatura máxima del aire a la sombra en el lugar del emplazamiento del puente con el ajuste correspondiente al periodo de retorno según se indica en el apartado 4.3.1.1.1.

Con los valores de T_e,min y T_e,max indicados en la tabla 4.3-b.

Tabla 4.3-b Valores de ΔT_e,min y ΔT_e,max para el cálculo de la componente uniforme de temperatura

En el caso de celosías y vigas armadas de acero, el valor de ΔT_e,max definido en la tabla 4.3-b para tableros Tipo 1, puede reducirse en 3 ºC.

Para la determinación de los efectos debidos a la componente uniforme de temperatura, se emplearán los valores del coeficiente de dilatación térmica lineal indicados en la tabla 4.3-c, a menos que, mediante ensayos o estudios más detallados, se justifiquen otros valores.

Tabla 4.3-c Valores del coeficiente de dilatación térmica lineal α_T ( x10^-6 ºC^-1)

4.3.1.1.3 Rango de la componente uniforme de temperatura

La variación de la componente uniforme de temperatura ocasionará, en una estructura sin coacción al movimiento, un cambio en la longitud del elemento. Teniendo en cuenta lo indicado en el apartado anterior, el rango de variación de la componente uniforme de temperatura en el tablero será:

ΔT_N = T_e,max – T_e,min

A partir de los valores característicos máximo y mínimo de la componente uniforme de temperatura y a partir de la temperatura inicial T0 (temperatura media del tablero en el momento en que se coacciona su movimiento), se obtendrán los rangos de variación térmica que permitan determinar la contracción y la dilatación máximas del tablero, según lo indicado en los párrafos siguientes.

El valor característico de la máxima variación de la componente uniforme de temperatura en contracción ΔT_N,con con será:

ΔT_N,con = T₀ – T_e,min

El valor característico de la máxima variación de la componente uniforme de temperatura en dilatación ΔT_N,exp será:

ΔT_N,exp = T_e,max – T₀

En caso de que no sea posible establecer la temperatura inicial T₀ del elemento en el momento de coaccionar su movimiento, ésta se tomará igual a la temperatura media de dicho elemento durante el periodo de construcción y, en ausencia de esta información, podrá tomarse un valor T₀ = 15 ºC.

El dimensionamiento de los aparatos de apoyo y de las juntas de dilatación se realizará considerando como máxima variación de contracción de la componente uniforme de la temperatura del puente el valor de (ΔT_N,con+15) ºC, y como máxima variación de dilatación de la componente uniforme de la temperatura del puente el valor de (ΔT_N,exp+15) ºC.

Podrá considerarse como máxima variación de contracción de la componente uniforme de la temperatura del puente el valor de (ΔT_N,con+5) ºC y como máxima variación de dilatación el valor de (ΔT_N,exp+5) ºC, en los casos siguientes:

• En los apoyos, cuando el proyecto especifique la temperatura de colocación, o bien cuando esté previsto reajustar, una vez concluida la ejecución, las holguras de los apoyos para una temperatura igual a T₀.
• En el caso de la junta de dilatación, cuando el proyecto especifique la temperatura de colocación, o bien cuando esté previsto realizar una operación de reglado de la misma previamente a su colocación.

En el cálculo de los recorridos de apoyos y de juntas se tendrán en cuenta las posibles variaciones de sustentación horizontal del tablero a lo largo de la construcción, puesto que pueden afectar a la magnitud y al sentido de los desplazamientos horizontales a considerar en función de la ubicación del punto fijo en cada fase de construcción.

4.3.1.2 Componente de la diferencia de temperatura

4.3.1.2.1 Diferencia vertical

a) Puentes de acero (Tipo 1) y puentes de hormigón (Tipo 3)

A lo largo de un periodo de tiempo determinado, el calentamiento y enfriamiento de la cara superior del tablero da lugar a una variación de temperatura en la altura de la sección transversal que tendrá un valor de máximo calentamiento (cara superior más caliente) y un valor de máximo enfriamiento (cara superior más fría).

El efecto de la diferencia vertical de temperatura se debe considerar mediante el empleo de una componente lineal equivalente de la diferencia de temperatura con ΔT_M,heat y ΔT_M,cool. Estos valores son diferencias de temperatura entre las fibras superior e inferior del tablero.

Para tableros de acero (Tipo1) o tableros de hormigón (Tipo 3), los valores ΔT_M,heat y ΔT_M,cool serán los que figuran en la tabla 4.3-d.

Tabla 4.3-d Componente lineal de la diferencia vertical de temperatura para tableros Tipo 1 y Tipo 3

La diferencia vertical de temperatura está muy influenciada por el tipo y espesor del pavimento. Los valores dados en la tabla 4.3-d corresponden a un espesor de pavimento de 50 mm. Para espesores diferentes, será necesario aplicar un factor corrector k_sur dado en la tabla 4.3-e.

Tabla 4.3-e Coeficiente k_sur de influencia del tipo y espesor de pavimento

b) Puentes mixtos (Tipo 2)

El efecto de la diferencia vertical de temperatura en tableros mixtos (Tipo 2) se considerará mediante una diferencia en la temperatura de las secciones parciales de acero y de hormigón.

A efectos de aplicación de esta Instrucción, se considerarán condiciones de calentamiento aquéllas que originan una ganancia de calor de la sección parcial de acero respecto de la de hormigón. Por el contrario, condiciones de enfriamiento serán las que dan lugar a una pérdida de calor de la sección parcial de acero respecto de la de hormigón.

En general, en una sección mixta, se producen diariamente las dos condiciones, independientemente de la estación del año. Durante el día, las secciones parciales de acero están más calientes que las secciones parciales de hormigón, exista o no soleamiento, y durante la noche sucede lo contrario, las secciones parciales de acero presentan menor temperatura que las secciones parciales de hormigón.

En las condiciones de calentamiento, se considerará que la sección parcial de acero tiene un incremento ΔT_M,heat = +18 ºC respecto a la sección parcial de hormigón (ya sea losa superior u hormigón de fondo).

En las condiciones de enfriamiento, se considerará que la sección parcial de acero tiene un incremento ΔT_M,cool = -10 ºC respecto a la sección parcial de hormigón (ya sea losa superior u hormigón de fondo).

En ambos casos, calentamiento o enfriamiento, la diferencia de temperatura ΔT_M,heat ó ΔT_M,cool supone sobre la sección mixta completa una componente uniforme y una componente equivalente lineal de diferencia de temperatura vertical. El valor de la componente uniforme de temperatura producido por ΔT_M,heat ó ΔT_M,cool, no se debe tener en cuenta en ninguna comprobación, al haberse incluido ya en el rango de variación de la acción definida en el apartado 4.3.1.1, por lo que sólo se considerará el efecto de la diferencia vertical de temperatura lineal equivalente.

Para la determinación de los efectos debidos a la componente lineal equivalente de la diferencia vertical de temperatura producida por ΔT_M,heat ó ΔT_M,cool en una sección mixta, se emplearán los valores de los coeficientes de dilatación lineal α_T definidos en la tabla 4.3-c, considerando para el acero estructural un coeficiente de dilatación lineal de α_T = 12x10-6 ºC-1.

4.3.1.2.2 Diferencia horizontal

La diferencia de soleamiento entre un lado y otro de la sección transversal del tablero puede dar lugar a una diferencia horizontal de temperatura. Este hecho se produce en tableros que presentan una orientación próxima a la este-oeste, con mayor soleamiento general en la cara sur, pero también se produce en puentes con orientación próxima a la norte-sur, con un mayor soleamiento en el lado este al amanecer con un máximo en los meses de verano, y en el lado oeste al atardecer con un máximo en los meses de invierno.

En aquellos casos en que esta acción pueda dar lugar a efectos estructurales o funcionales significativos, se considerarán los valores característicos de la diferencia de temperatura entre las dos caras laterales extremas del tablero definidos en la tabla 4.3-f, donde l_v es la longitud del voladizo y h_a es la proyección del paramento lateral del tablero sobre el plano vertical.

Tabla 4.3-f Diferencia transversal de temperatura entre las dos caras externas del tablero

4.3.1.2.3 Diferencia local en paredes de secciones cajón de hormigón

En los grandes puentes de hormigón con sección cajón, en los que pueden aparecer diferencias significativas de temperatura entre las caras interior y exterior de las almas del cajón (por ejemplo, los situados en emplazamientos donde puedan producirse cambios bruscos de la temperatura ambiente exterior), se tendrá en cuenta dicho efecto considerando una diferencia lineal de temperatura entre ambas caras. A falta de datos específicos, se podrá adoptar una diferencia de 15 ºC.

4.3.1.3 Simultaneidad de la componente uniforme y de la diferencia de temperatura

Si debido al esquema estructural, es necesario tener en cuenta la actuación simultánea de la variación de la componente uniforme, ΔT_{N, exp} o ΔT_N,con, y la diferencia de temperatura, ΔT_M,heat o ΔT_M,cool, ambas componentes se combinarán de acuerdo con las expresiones siguientes:

ΔT_M + ω_NΔT_N

ω_MΔT_M+ ΔT_N

con ω_N = 0,35 y ω_M = 0,75

Estas expresiones dan lugar a ocho posibles formas de considerar la concomitancia de las distintas componentes de la acción térmica, de las que se elegirán las que den lugar a los efectos más desfavorables para el elemento en estudio.

4.3.2 ACCIÓN TÉRMICA EN PILAS

Se deberán considerar los efectos de la acción térmica en las pilas, cuando puedan dar lugar a la aparición de reacciones o movimientos en los elementos adyacentes o en la propia pila.

Cuando las diferencias de temperatura puedan dar lugar a efectos significativos, se considerará, para pilas de hormigón tanto huecas como macizas, una diferencia lineal de temperatura de 5 ºC entre caras externas opuestas. Para los tabiques de las pilas de hormigón huecas, se considerará, además, una diferencia lineal de temperatura entre las caras interna y externa de 15 ºC.

En pilas metálicas o mixtas, el proyectista analizará la necesidad de considerar una diferencia de temperatura entre caras externas y una diferencia de temperatura entre la cara interna y externa de una sección hueca.

4.3.3 DIFERENCIAS DE TEMPERATURA UNIFORME ENTRE ELEMENTOS ESTRUCTURALES

Cuando las diferencias en la componente uniforme de temperatura de diferentes tipos de elementos estructurales puedan producir efectos adversos, se tendrán en cuenta según lo indicado en este apartado.

Los efectos de la diferencia de temperatura entre distintos elementos estructurales se considerarán simultáneamente con los producidos por la variación de la componente uniforme de temperatura de todos los elementos.

4.3.3.1 Diferencias en puentes con tirantes o péndolas

En el caso de puentes constituidos por tableros atirantados o que contengan péndolas metálicas, se considerará una diferencia entre la temperatura uniforme de los tirantes o péndolas y la temperatura uniforme del resto de los elementos del puente (pilono, arco o tablero) con el valor siguiente:

• Diferencia positiva: T_tirantes – T_{resto puente} = +20 ºC
• Diferencia negativa: T_tirantes – T_{resto puente} = -10 ºC

En caso de que los tirantes o péndolas se proyecten pintados de color claro (poco absorbente de la luz solar), se podrá reducir la diferencia positiva indicada hasta un mínimo de 10 ºC.

En caso de que en el puente coexistan elementos metálicos y de hormigón o mixtos (por ejemplo, tablero de hormigón y pilono metálico), se entenderá que la diferencia de temperatura anterior es la que se produce entre los tirantes o péndolas y el elemento que sufra menor variación de la temperatura uniforme (en el ejemplo, el tablero de hormigón).

4.3.3.2 Diferencias en puentes con arcos o pilonos

En el caso de puentes arco o de puentes atirantados, se considerará una diferencia de temperatura uniforme entre el tablero y el arco o el pilono, que será la que resulte de aplicar lo indicado en el apartado 4.3.1.1.2 tanto al tablero como al resto de elementos estructurales (arco o pilono), asimilándolos a un tablero.

En cualquier caso, se supondrá una diferencia de temperatura entre arco o pilono y tablero superior a ±15 ºC, es decir:

4.4 NIEVE

En general, sólo será necesario considerar la sobrecarga de nieve en puentes situados en zonas de alta montaña o durante la construcción.

De no existir datos específicos suficientes de la zona en que se ubicará el puente, se tomará como valor característico de la sobrecarga de nieve el que se indica en el apartado 4.4.2. Los valores recogidos en esta Instrucción no serán de aplicación en puentes situados en lugares conocidos por sus condiciones extremas de viento o nieve. En el caso de altitudes superiores a 2 200 m, será necesario un estudio específico para determinar la sobrecarga de nieve.

4.4.1 SOBRECARGA DE NIEVE EN UN TERRENO HORIZONTAL

En la tabla 4.4-a se indican los valores característicos de la sobrecarga de nieve sobre un terreno horizontal para cada una de las siete zonas climáticas (representadas en la figura 4.3-b) en función de la altitud del terreno.

En la tabla 4.4-b figura la altitud y los valores característicos de la sobrecarga de nieve sobre un terreno horizontal en las capitales de provincia y ciudades autónomas.

Tabla 4.4-a Sobrecarga de nieve en un terreno horizontal, s_k [kN/m²] (Coincide con la tabla correspondiente del Código Técnico de la Edificación)

Tabla 4.4-b Sobrecarga de nieve sobre un terreno horizontal en las capitales de provincia y ciudades autónomas (Coincide con la tabla correspondiente del Código Técnico de la Edificación)

4.4.2 SOBRECARGA DE NIEVE EN TABLEROS

Como valor característico de la sobrecarga de nieve sobre tableros q_k, se adoptará el definido por la siguiente expresión:

q_k= 0,8 s_k

donde s_k es el valor característico de la sobrecarga de nieve sobre un terreno horizontal, según el apartado 4.4.1.

4.4.3 ACUMULACIONES LOCALES DE NIEVE

La sobrecarga definida con la fórmula del epígrafe anterior no tiene en cuenta acumulaciones eventuales de nieve debidas, por ejemplo, a redistribuciones artificiales de la misma (equipos quitanieves). En estos casos y cuando los elementos de contención de vehículos puedan impedir la caída de la nieve fuera del tablero, se deberá considerar la nieve extendida en una anchura igual a la del tablero menos el ancho de dos carriles, con un espesor de nieve igual a la altura del elemento de contención.

El peso específico de la nieve suele ser variable y, en general, aumenta con el tiempo transcurrido desde la nevada y depende de la zona y la altitud. Como peso específico medio durante el periodo en que la sobrecarga de nieve es máxima, se podrán adoptar los valores que se indican en la tabla 4.4-c.

Tabla 4.4-c Peso específico medio de la nieve en función de la altitud

4.5 OTRAS ACCIONES VARIABLES

4.5.1 ACCIÓN DEL AGUA

4.5.1.1 Empuje hidrostático

La acción hidrostática se valorará a partir de un peso específico del agua igual a 9,8 kN/m³. En el caso de elementos sumergidos se estimará la subpresión con el mismo peso específico.

4.5.1.2 Empuje hidrodinámico

El empuje debido a corrientes de agua y arrastres se calculará mediante la expresión siguiente:

Para situaciones persistentes, se adoptará un periodo de retorno de 100 años. Si se considera necesario evaluar este empuje para periodos de retorno mayores de 100 años, la acción se considerará como accidental.

En el caso de que exista alguna posibilidad razonable de que algunos elementos flotantes puedan quedar retenidos por las pilas o el tablero del puente, se considerará su influencia a efectos de determinar el valor del coeficiente de fuerza cf y del área de la superficie proyectada.

4.5.2 OTRAS SOBRECARGAS EN SITUACIONES TRANSITORIAS

Se tendrán en cuenta todas las acciones debidas a equipos, maquinaria, material almacenado, etc., que sea previsible que actúen durante la construcción o durante algún periodo de la vida en servicio de la estructura, considerando siempre su actuación sobre el esquema resistente que corresponda en ese momento.

El valor de las sobrecargas de construcción consideradas en los cálculos deberá figurar expresamente en los planos del proyecto, así como la exigencia de que ese valor no sea superado.