Para aplicar la Instrucción IAP-11, es necesaria la consideración de carriles virtuales a lo ancho del tablero, mediante el siguiente criterio:
Donde la plataforma se considera en este caso la distancia entre las caras interiores de los pretiles.
Debido a que el tablero tiene un ancho de 11,50 metros, reservando a cada lado 0,50 metros para los respectivos pretiles, la plataforma se considera con un ancho de 10,50 metros, teniendo cada carril virtual 3 metros de anchura.
Por tanto,
( )
Por lo que el área remanente tendrá una anchura de 1,50 metros.
Cargas verticales debidas al tráfico de vehículos
Existen dos tipos de acciones a considerar, mostradas en la siguiente tabla:
Los cuales se distribuyen del siguiente modo a lo largo y ancho del tablero:
Las cargas referentes al vehículo pesado se encontrarán centradas en los carriles correspondientes, en aquella posición que resulte más desfavorable. Cada vehículo pesado estará constituido por dos ejes separados 1,20 metros entre sí, las ruedas del mismo eje estarán separadas transversalmente 2,00 metros, considerándose el peso en cada rueda como una carga puntual de 0,5Qik.
Además, la sobrecarga uniforme se extenderá longitudinal y transversalmente por carriles y área remanente, en aquellas zonas en las que su efecto se considere desfavorable.
Cargas verticales en zonas de uso peatonal
Al ser un viaducto para una autovía sin aglomeración de peatones, no se prevén cargas de este tipo.
Fuerza horizontal: frenado y arranque
El frenado, arranque o cambio de velocidad producirá en el tablero una fuerza horizontal uniformemente distribuida en la dirección longitudinal del puente, aplicada al nivel de la superficie de rodadura.
Donde
Q1k es la carga vertical de un eje correspondiente al vehículo pesado del carril 1, siendo
300 kN.
q1k es la carga uniformemente distribuida en el carril 1, equivale a 9 kN/m2.
L es la longitud entre juntas del tablero, y en caso de no haberlas, la longitud total del
viaducto; por tanto vale 340 m. Por tanto,
sin embargo, el valor está limitado entre 180 y 900 kN, siendo por tanto Qlk = 900 kN.
Fuerza centrífuga y otras fuerzas transversales
Al ser un puente de alineación recta no se producirán fuerzas de este tipo. Sobrecargas 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 simplificado consistente en consistente en una sobrecarga uniforme de 10 kN/m2.
Empujes sobre barandillas
La fuerza horizontal perpendicular al elemento superior de la barandilla es 1,5 kN/m; dadp que se estima que la altura del pretil es de 1,35 metros, implica un momento torsor de 2,025 kN*m/m en dirección longitudinal.
Viento
La acción del viento se asimilará a una carga estática equivalente. Además, según la Instrucción, para un puente de estas características no es necesario considerar los efectos aeroelásticos definidos en el apartado 4.2.9, dado que la luz (entendida como distancia horizontal entre ejes de apoyo) es inferior a 80 metros.
El viento se considerará en tres direcciones. En general, la acción del viento en las direcciones horizontales transversal (perpendicular al eje del tablero) y longitudinal (paralelo al eje del tablero) no es concomitante. La componente vertical del viento se considerará concomitante únicamente con la dirección transversal.
Velocidad básica del viento
Se obtiene a partir de la velocidad básica del viento, mediante la siguiente expresión:
Donde
vb es la velocidad básica del viento para un T = 50 años, en m/s.
cdir es el factor direccional del viento; sin datos es igual a 1,0.
cseason es el factor estacional del viento; sin datos es igual a 1,0.
vb,0 es la velocidad básica fundamental del viento para un T = 50 años, en m/s,
obteniéndose del mapa de isotacas que aparece en la figura 4.2-a de la IAP-11:
La obra está emplazada en la Zona B, por lo que vb,0 = 27 m/s
Por tanto, la velocidad básica del viento para un T = 50 años es = 27 m/s Para otro período de retorno diferente, la fórmula a emplear es:
Donde cprob es 1,04 para situaciones persistentes, considerando un T = 100 años.
Así pues, la velocidad básica del viento para T = 100 años es 28,08 m/s. Empuje vertical del viento sobre el tablero
El empuje sobre cualquier elemento de la estructura se calcula mediante la expresión:
[
]
Siendo
Fw el empuje horizontal del viento, en Newtons.
la velocidad básica del viento, en este caso para T = 100 años
ρ es la densidad del aire, equivalente a 1,25 kg/m3.
[
(
)
(
)]
Obteniendo kr, z0 y zmin de la tabla 4.2-b, en función del entorno:
Al estar el viaducto situado en un entorno Tipo III (zona suburbana, forestal o industrial con objetos aislados (árboles, construcciones…) con una separación máxima de 20 veces la altura de los obstáculos), los valores que adoptan son:
kr = 2,216, z0 = 0,30 y zmin = 5.
z es la altura del tablero sobre el fondo del valle, 102,24 metros.
c0 es el factor de topografía, que al estar en un valle que produce encauzamiento del
viento, toma un valor de 1,1.
kl es el factor de turbulencia, cuyo valor es 1,0.
Por tanto, el valor de ce(z) es 4,014.
cf,z es el coeficiente de fuerza en la dirección vertical Z, tomando un valor de ±0,9.
Aref,z es el área en planta del tablero, en m2. Sus dimensiones son 340*11,5 = 3910 m2.
Finalmente se calcula la fuerza vertical sobre el tablero:
[
]
Como se actúa como una carga distribuida, su valor se divide para el área del tablero:
Empuje horizontal del viento sobre el tablero
Se distinguen dos tipos de empujes horizontales sobre el tablero: transversal (en el eje X) y longitudinal (en el eje Y):
Empuje transversal
En tableros de alma llena, el área de referencia Aref es la longitud total del puente
multplicada por una altura equivalente heq que además del propio tablero incluye elementos no
estructurales opacos.
Por tanto, el área de referencia Aref = 340*2,40 = 816 m
El coeficiente de fuerza en esta situación se calcula:
(
)
Donde B es la anchura del tablero. Este coeficiente está limitado entre 1,3 y 2,4 por lo que tomará el valor de 1,30.
Por tanto, el empuje del viento transversal se calcula:
[
]
Como se aplicará sobre el área expuesta, se calcula la distribuida:
Empuje longitudinal
El empuje longitudinal, paralelo al eje del tablero será una fracción del empuje transversal, producido por un coeficiente reductor.
La fracción del empuje transversal considerada es de un 25% al ser un tablero con elementos sólidos.
El coeficiente reductor tiene la siguiente expresión:
[
] ( )
dondec0 es el factor de topografía, definido anteriormente y con un valor de 1,1.
z y z0 tienen un valor de 102,24 y 0,30 como ya se definió en el apartado anterior.
tomando un valor de 0,328.
L(z) es la longitud integra de la turbulencia, calculada para el caso de zmin ≤ z ≤ 200:
( )
Obteniendo α de la tabla 4.2-d:
Por lo que toma un valor de 0,61 al ser entorno III. El coeficiente reductor por tanto obtiene el siguiente valor: