M-9 Pruebas de Carga

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Prreesseennttaacciióónn

¿Un nuevo texto sobre pruebas de carga? ¿No es algo ya pasado de moda?

Si al hojear la monografía que está en sus manos, estimado lector, ha llegado hasta estas líneas de presentación, espero que su lec-tura le proporcione respuesta a las preguntas del encabezamien-to, le explique suficientemente el nada despreciable interés que siguen presentando las pruebas de carga y, consecuentemente, le anime a continuar con la lectura del texto completo.

Históricamente, como se señala en la Introducción, la prueba de carga surgió como un ensayo, previo a la puesta en servicio de una obra, cuya finalidad era comprobar experimentalmente que la estructura soportaba las cargas máximas previstas en condiciones adecuadas de seguridad. En España, en la actualidad, se mantie-ne la obligatoriedad de realización de pruebas de carga de recep-ción de puentes de carretera y ferrocarril, en parte como herencia de esa actividad histórica.

Esta obligatoriedad de las pruebas de recepción es, sin duda, un tema polémico. Se puede considerar que las razones históricas que impulsaron esa realización sistemática de pruebas de carga como comprobación de la seguridad de una estructura, previa a su puesta en servicio, están en gran medida superadas. De hecho las pruebas reglamentarias actuales han perdido un tanto ese carác-ter histórico de comprobación experimental de que la estructura soportaba las cargas máximas previstas, al establecerse limitacio-nes de la carga de ensayo, para lograr que los esfuerzos alcanza-dos no superen un porcentaje, en torno a los 2/3, de los máximos que originaría el correspondiente tren de la Instrucción de Acciones.

¿Cuál es, entonces, la utilidad de esas pruebas de carga obligatorias?

Resulta claro que, en la actualidad, la seguridad de las estructuras construidas queda casi totalmente garantizada por la aplicación de métodos de diseño y análisis contrastados y sistemas de asegura-miento de la calidad en todas las etapas de su gestación, desde el proyecto hasta los remates finales de su construcción, lo que haría, en principio, innecesarias este tipo de pruebas. Se pregun-tará, amigo lector, qué razones impulsan a quien esto escribe a matizar la frase anterior con términos tan poco científicos como casi o en principio.

Partiendo de la inexistencia de la seguridad absoluta, más de 30 años de relación directa o indirecta con pruebas de carga de todo tipo, me permiten afirmar que, aunque lógica y afortunadamente en pocos casos, sí existen ocasiones en las que la realización cui-dada de una prueba de carga, sirve para identificar problemas o irregularidades en el comportamiento de la estructura ensayada que, de no corregirse, comprometerían su durabilidad o incluso su propia seguridad.

Casos como el de un puente de vigas pretensadas prefabricadas con longitudes de cables no adherentes excesivas en los extre-mos; o el de otro puente urbano cuya prueba hubo de suspender-se ante la suspender-seria sospecha, posteriormente confirmada, de un error, dada la magnitud de las flechas medidas y la falta de estabilización

de las mismas; o el de la detección del arrastre de unos apoyos de neopreno como consecuencia de la fuerte pendiente longitudinal y de una defectuosa colocación de los mismos; o el de la constata-ción de que el comportamiento experimental de un tablero cons-truido a partir de elementos prefabricados según un determinado sistema constructivo, no se correspondía con la continuidad estruc-tural supuestamente alcanzada; o …tantos otros acumulados a lo largo del tiempo.

Detectado el problema, ya fuera de proyecto, de materiales o de ejecución, que había pasado inadvertido hasta que la prueba fue realizada, su remedio exigió, en cada caso, medidas de muy diver-so tipo, desde revisión y modificación del proyecto con la consi-guiente rectificación en obra, hasta el refuerzo de la estructura con pretensado exterior o el levantamiento del tablero y recolocación de apoyos, etc. Aunque se tratase de casos en que la seguridad no estaba comprometida, la adopción de medidas correctoras a tiem-po resulta siempre más eficaz y menos costosa que la tiem-posible reparación que, a plazo más o menos corto, hubiera sido necesa-ria cuando los problemas se hubieran detectado.

En mi opinión, por tanto, las pruebas de carga, reglamentarias o no, mantienen su vigencia, en tanto en cuanto constituyen una fuente de información complementaria, cuya utilidad deriva, funda-mentalmente, de las conclusiones que puedan extraerse a través de la comparación de sus resultados con los valores previstos por unos métodos analíticos más o menos sofisticados.

Teniendo en cuenta todo lo anterior y que el coste de realización de la prueba no es sino una muy pequeña parte del coste de cons-trucción, parece justificado el que, aunque sean pocos los casos en que se detectan anomalías, se mantenga la obligatoriedad de reali-zación de pruebas de carga de recepción en el caso de los puentes de carretera y ferrocarril. Otro caso bien distinto lo constituyen las estructuras ordinarias de edificación, donde el coste relativo de rea-lización de las pruebas altera significativamente el razonamiento anterior, lo que hace que sólo se justifiquen en casos especiales. En este punto de nuestro razonamiento, es importante subrayar que para que la prueba de carga haga realidad sus posibilidades potenciales de ser una fuente de información valiosa, es absoluta-mente imprescindible que esté bien hecha, es decir, tiene que estar bien proyectada y ejecutada. Se tiene que partir de un proyecto realista, que utilice trenes de carga lo más parecidos posible a los que se vayan a poder materializar en la práctica y que defina cla-ramente las magnitudes a medir y los valores teóricamente espe-rables. En la ejecución se han de controlar las cargas aplicadas en los distintos escalones y sus posiciones, la situación, fiabilidad y precisión de los aparatos de medida y sólo así se podrán obtener resultados que, por comparación con esos valores teóricos espe-rables, permitan realmente detectar posibles anomalías.

Pero, desgraciadamente, esto es el extremo opuesto a las prácti-cas, bastante más habituales de lo que sería conveniente, de rea-lizar las pruebas reglamentarias como un "mero trámite" que "hay que pasar" para cumplir con el imperativo reglamentario.

Por otra parte, la EHE, en su artículo 99.2, contempla un tercer tipo de pruebas de carga, además de las hasta aquí comentadas: las

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Prreesseennttaacciióónn

pruebas de carga para evaluar la capacidad resistente. De hecho, la creación en 1999 del Grupo de Trabajo GT-4/3 que ha redacta-do el presente texto, obedeció a una idea del entonces Presidente de la Comisión Gestora de ACHE en el proceso de fusión GEHO-ATEP, para que la Comisión 4 (Uso y mantenimiento) abordara la actualización del Boletín nº 1 del GEHO ("Evaluación de la capaci-dad portante de estructuras mediante pruebas de carga", publica-do en 1988).

Sin embargo, tanto la Comisión 4 como el propio Grupo de Trabajo GT-4/3 estuvieron de acuerdo en considerar que la idoneidad de utilizar pruebas de carga, como medio exclusivo para evaluar la capacidad portante de estructuras existentes, resulta bastante dis-cutible y su aplicación debe quedar restringida solo a casos muy concretos y específicos. En esta línea, la presente monografía recoge lo que al respecto indica el citado artículo 99.2 de la EHE, pero enfocándolo fundamentalmente al caso de forjados que es donde más habitualmente se presenta esta necesidad de evalua-ción. Por otro lado, se matiza, en línea con la exigencia de prue-bas cuidadas y realizadas con equipos de medida suficientemente precisos, que el criterio fundamental de aceptación de estas prue-bas debe ser el prue-basado en el valor de la flecha remanente al des-cargar y que, por tanto, el criterio de flecha máxima debe quedar reservado sólo a aquellos casos en los que se constate claramen-te que la estructura, por ser extraordinariamenclaramen-te rígida, podría ser innecesariamente penalizada por una insuficiente precisión en la determinación de la flecha remanente. En otras palabras, la idea debe ser aplicar siempre el criterio de aceptación de la flecha remanente, independientemente de que se cumpla el de flecha máxima, si la precisión real alcanzada en el ensayo permite con-fiar en ese valor experimental de la remanencia.

En resumen, tanto unos tipos de pruebas como otros, basan su uti-lidad en una realización cuidada que permita obtener unos resul-tados precisos, bien para su comparación con los valores teóricos previstos por los modelos de cálculo, bien para el examen de los propios valores experimentales en sí mismos. Confío en que este texto contribuya a mejorar las prácticas habituales en la realización de pruebas y a que todos seamos más exigentes en lo que espe-ramos de ellas.

Quiero, por último, agradecer a todos los miembros del grupo GT-4/3 y en especial a su coordinador Rafael Astudillo, el esfuerzo realizado para llevar a buen puerto la preparación de este docu-mento. Asimismo, agradezco sinceramente a Javier León, actual Presidente de la Comisión 4 de ACHE, que me haya concedido la oportunidad de elaborar esta presentación como anterior Presidente de la Comisión, en la etapa en la que este grupo GT-4/3 desarrolló sus trabajos.

Luis Mª Ortega Basagoiti

Anterior Presidente de la Comisión 4 (1999-2003) Uso y Mantenimiento de Estructuras

Índice

Grupo de Trabajo 4/3

Pruebas de Carga de Estructuras

Coordinador:

Rafael Astudillo Pastor CEDEX

Miembros:

Gonzalo Arias Hofman GEOCISA

Javier Cortezo García TIFSA

Juan García Cabañas CEDEX - Laboratorio Central Juan Carlos Garrido Baró INTEMAC

Mariano Garzo Fernández CEDEX - Laboratorio Central

Antonio Madrid Ramos PROES

Carlos Moreno Blanes IIC

Monografía M-9 de ache

Monografía M-9 de ache

Prueba de carga de estructuras

Índice

PRESENTACIÓN...3

GRUPO DE TRABAJO...7

ÍNDICE...9

1.

INTRODUCCIÓN...13

2.

GENERALIDADES...15

2.1.

OBJETO DE LAS PRUEBAS DE CARGA ...15

2.2.

TIPOLOGÍA DE LAS PRUEBAS DE CARGA ...15

3.

PRUEBAS DE CARGA DE PUENTES DE CARRETERA...17

3.1.

INTRODUCCIÓN Y GENERALIDADES...17

3.1.1. OBJETO DEL ENSAYO... 17

3.1.2. CAMPO DE APLICACIÓN. OBLIGATORIEDAD...17

3.2.

PLANTEAMIENTO DE LA PRUEBA DE CARGA...18

3.2.1. PROYECTO DE LA PRUEBA...18

3.2.2. ACCIONES A APLICAR...20

3.2.2.1. Estados de carga...20

3.2.2.2. Zonas de aplicación de la carga...20

3.2.2.3. Materialización del tren de cargas...21

3.2.3. SISTEMA DE MEDIDA...21 3.2.3.1. Magnitudes a medir...21 3.2.3.2. Aparatos de medida... 22 3.2.4. CIRCUNSTANCIAS DE LA PRUEBA...22 3.2.4.1. Fecha de realización

...22

3.3.

REALIZACIÓN DE LA PRUEBA DE CARGA...24

3.3.1. ACTUACIONES PREVIAS...24

3.3.1.1. Tren de cargas...24

3.3.1.2 Instrumentación...25

3.3.2. APLICACIÓN DEL TREN DE CARGA...25

3.3.2.1. Forma de aplicación de las cargas...25

3.3.2.2. Duración de la aplicación de las cargas. Criterios de estabilización...26

3.3.2.3. Remanencias...29

3.4.

INFORME DE LA PRUEBA...32

3.5.

PRUEBAS COMPLEMENTARIAS...33

3.6.

PRUEBAS DE CARGA SIMPLIFICADAS...33

3.7.

EFECTOS AMBIENTALES...34

4.

PRUEBAS DE CARGA DE PUENTES FERROVIARIOS DE HORMIGÓN...37

4.1.

INTRODUCCIÓN...37

4.2.

CAMPO DE APLICACIÓN Y OBLIGATORIEDAD...37

4.3.

PLANTEAMIENTO DE LA PRUEBA...38

...41

4.4.

REALIZACIÓN DE LA PRUEBA...42

...42

4.4.2. MATERIALIZACIÓN DEL TREN DE CARGA

...43

4.4.3. POSICIÓN DEL TREN DE CARGA

...45

4.4.4. APLICACIÓN DEL TREN DE CARGA

...45

4.5.

ANÁLISIS DE RESULTADOS ...45

4.5.1. COMPROBACIONES

...45

4.5.2. CRITERIOS DE ACEPTACIÓN

...46

4.6.

INFORME DE LA PRUEBA... 46

4.7.

PRUEBAS DE CARGA SIMPLIFICADAS ...47

4.8.

ENSAYOS DINÁMICOS ...48

4.8.1. CONDICIONES DE EJECUCIÓN ...48

4.8.2. EXCITACIÓN DE LA ESTRUCTURA

...49

4.8.3. ANÁLISIS DE RESULTADOS...49

5.

PRUEBAS DE CARGA DE PUENTES FERROVIARIOS METÁLICOS...53

5.1.

INTRODUCCIÓN ...53

5.2.

OBLIGATORIEDAD. NORMATIVA DE ENSAYO ...53

5.3.

TIPOLOGÍA DE LOS ENSAYOS...56

5.4.

PLANTEAMIENTO DE LA PRUEBA ...56

5.4.1. ACTUACIONES PRELIMINARES ...56

5.4.2. CÁLCULOS TEÓRICOS Y DEFINICIÓN DE LA PRUEBA...57

5.4.3. INSTRUMENTACIÓN

...59

5.4.4. PROYECTO DE PRUEBA DE CARGA

...60

5.5.

REALIZACIÓN DE LAS PRUEBAS ...60

5.5.1. APLICACIÓN DE LAS CARGAS. CICLOS Y ESCALONES DE CARGA

...60

5.5.2. ESTABILIZACIÓN

...61

5.5.3. REMANENCIAS...61

5.5.4. CRITERIOS DE ACEPTACIÓN

...61

5.6.

INFORME DE RESULTADOS ...63

5.8 MODELO DE FICHA DE ACTA DE LA PRUEBA...65

6.

PRUEBAS DE CARGA DE FORJADOS...67

6.1 INTRODUCCION...67

6.2 OBJETO DEL ENSAYO...67

6.3. CAMPO DE APLICACIÓN...67

6.4.

LIMITACIONES...68

6.5. PLANTEAMIENTO DE LA PRUEBA...68

6.5.1. PROYECTO DE LA PRUEBA DE CARGA...68

6.5.2. CARGA DE ENSAYO A APLICAR...69

6.5.3. SISTEMA DE MEDIDA...70 6.5.3.1. Magnitudes a medir...70 6.5.3.2. Aparatos de medida...70 6.5.3.3. Elementos de seguridad...71

6.6.

REALIZACIÓN DE LA PRUEBA...71

6.6.3. APLICACIÓN DE LAS CARGAS...73

6.6.4. ANÁLISIS DE RESULTADOS...74

6.6.4.1. Criterios de aceptación de la prueba...74

6.7.

INFORME DE LA PRUEBA...76

7. INSTRUMENTACIÓN...79

7.1. INTRODUCCIÓN...79

7.2.

MAGNITUDES A MEDIR...79

7.3.

APARATOS DE MEDIDA. TRANSDUCTORES...80

7.3.1. MEDIDA DE DEFORMACIONES...80

7.3.1.1. Extensómetros mecánicos...81

7.3.1.2. Galgas extensométricas...82

7.3.2. MEDIDA DE DESPLAZAMIENTOS...85

7.3.2.1. Métodos ópticos, mecánicos y mixtos...85

7.3.2.2. Transductores de desplazamiento...88

7.3.3. MEDIDA DE GIROS...89

7.3.4 MEDIDA DE ACELERACIONES...89

7.4.

SISTEMAS DE ADQUISICIÓN DE DATOS...90

7.4.1. ELEMENTOS BÁSICOS DE UN SISTEMA DE TOMA DE DATOS...91

7.4.2 RECOGIDA Y TRATAMIENTO DE REGISTROS...95

7.4.3. SISTEMAS DE TOMA DE DATOS AUTÓNOMOS...98

7.4.4. SISTEMAS DE REGISTRO...99

7.5.

MEDIDAS EN ENSAYOS ESTÁTICOS...100

7.6.

MEDIDAS EN ENSAYOS DINÁMICOS...103

EJEMPLOS DE PRUEBA DE CARGA DE PUENTES...105

EJEMPLOS DE PRUEBA DE CARGA DE FORJADO DE EDIFICACIÓN...137

La comprobación cualitativa o cuantitativa del comportamiento resistente de una estruc-tura mediante la experimentación, consistente en aplicar sobre la misma unas cargas de relativa importancia que simulen las sobrecargas de uso, es una técnica tradicional en la historia de la construcción.

En épocas todavía no demasiado lejanas, la limitación de los métodos de cálculo y el imperfecto conocimiento de los materiales hicieron de la prueba de carga un método común de comprobación global de la seguridad de las obras.

Históricamente, aunque existe poca documentación sobre ello, es lógico suponer que los constructores de la antigüedad comprobarían la bondad de aquellas estructuras que, aun utilizando materiales tradicionales, supusieran una singularidad por sus dimensiones o formas, particularmente en el caso de los puentes y las bóvedas. En el siglo XIX y comienzos del XX, como consecuencia de algunos colapsos de puen-tes y, especialmente, tras la aparición del hormigón como nuevo material de construc-ción, se instituyó de forma rutinaria la metodología de la prueba de carga como ensa-yo previo a la puesta en servicio de una obra.

El avance en el conocimiento de las propiedades de los materiales de construcción, singularmente del hormigón, y de los métodos de análisis estructural ha ido restando incertidumbre al conocimiento de la seguridad de una estructura. Como consecuencia de ello, hoy en día, una obra diseñada y calculada de acuerdo con unos métodos con-trastados, que frecuentemente están establecidos de forma reglamentaria, y construi-da con los debidos controles que aseguren la caliconstrui-dad de su ejecución, ofrecería, en principio, garantías suficientes para que no fuera preciso ningún tipo de comprobación experimental de su capacidad resistente previa a su puesta en servicio.

De hecho, la realización de la más común de las pruebas de carga, la prueba de recep-ción, ha desaparecido como ensayo obligatorio en la mayoría de los países con alto desarrollo técnico. En el ámbito europeo (aunque no se dispone de información de todos los países, sí de la mayoría de ellos), para el caso de los puentes de carretera, la prueba de carga de recepción de obra nueva es solamente obligatoria en los países del sur de Europa: Portugal, España, Francia e Italia). En España, la prueba de carga de recepción sigue siendo obligatoria, como se describirá en este documento, en el caso de puentes de carretera y de ferrocarril.

Por otro lado, en el caso del hormigón, las nuevas teorías e Instrucciones de cálculo

1. Introducción

(en lo que a España atañe, la Instrucción EHE [1] fundamentalmente), permiten el cál-culo de elementos estructurales de forma que pueda llegar a aparecer fisuración bajo ciertas combinaciones de las sobrecargas de uso. En esta situación una prueba de carga de recepción de una estructura nueva podría llegar a producir innecesariamente un estado de fisuración que, sin menoscabo de la seguridad de la obra, supusiera un potencial riesgo para la durabilidad de la misma. Como consecuencia de ello, se ha ido reduciendo la carga máxima recomendada en los ensayos de recepción. Así, en las últi-mas “Recomendaciones para la Realización de Pruebas de Carga en Puentes de Carretera” del Ministerio de Fomento, se limita la carga de ensayo de forma que se alcancen esfuerzos del orden del 60% de los que produciría el tren de la Instrucción de Acciones, sin sobrepasar nunca el 70%, mientras que en las ediciones anteriores de dichas recomendaciones (1973 y 1988) se aconsejaba que los esfuerzos alcanzados fueran del 70 al 80%.

Años atrás una opción corriente era la metodología de evaluación de la capacidad resistente de estructuras en uso por la vía exclusivamente experimental. El documen-to 437R-67 (Revisión de 1982) del ACI [2] y el Boletín nº 1 del GEHO [3] consideran esta metodología. El hecho cierto, al menos en lo que respecta al documento español, es que rara vez se ha utilizado en la práctica, fundamentalmente por la carestía de rea-lización, por la dificultad de establecer con rigor ciertos parámetros necesarios para evaluar el resultado de la prueba (deformaciones o remanencias límites admisibles, por ejemplo) y por la posibilidad de dañar la estructura en el proceso de ensayo.

Lo habitual en la actualidad es utilizar métodos analíticos más o menos sofisticados previo un detallado proceso de auscultación de la estructura, obteniendo información precisa de sus dimensiones, sus secciones resistentes y de las propiedades mecáni-cas de sus materiales en la situación real de degradación que pudieran tener. La prue-ba de carga, en caso de ser necesaria, se realizaría para calibración del modelo analí-tico utilizado o para comprobar comportamientos muy específicos (reparto de esfuer-zos o transmisión de cargas, por ejemplo).

En el presente documento se ha pretendido recoger de forma detallada el proceso de preparación, realización e interpretación de las pruebas de carga. Para puentes de carretera y puentes de ferrocarril de hormigón se ha considerado como tipología base de prueba de carga la de recepción de obra nueva, por ser la más regulada en la regla-mentación y la más usual para dichas estructuras, pero la mayor parte de lo que se des-cribe de ellas, en cuanto a la metodología, es directamente aplicable a cualquier otro tipo de pruebas de carga. En el caso de los puentes de ferrocarril metálicos, especial-mente los de celosía, se ha considerado la prueba de carga periódica para seguimien-to del estado de la estructura como el ensayo tipo.

El presente documento se refiere fundamentalmente a las pruebas de carga estáticas, aunque en el caso de puentes de ferrocarril se describen someramente los aspectos principales de la realización de ensayos dinámicos sobre este tipo de estructuras. Las pasarelas peatonales, por sus características singulares, quedan también fuera del alcance de este documento

2.1. OBJETO DE LAS PRUEBAS DE CARGA

El objeto general de una prueba de carga de una estructura es la comprobación del comportamiento de la misma frente a unas acciones determinadas, generalmente constituidas mediante la colocación sobre la estructura de unas cargas perfectamente conocidas en posición y magnitud.

En algunos casos, como en los ensayos de recepción, la importancia de la magnitud de las cargas permitirá establecer deducciones sobre la capacidad resistente de la estructura y la ausencia de defectos ocultos. En otros, las cargas alcanzarán simple-mente la magnitud necesaria para, mediante la medida y análisis de la respuesta, obte-ner datos sobre ciertos aspectos específicos del comportamiento estructural, calibrar un modelo teórico, etc.

2.2. TIPOLOGÍA DE LAS PRUEBAS DE CARGA

Fundamentalmente se pueden considerar tres tipos de ensayo de prueba de carga: •• Prueba de carga de recepción de obra nueva

•• Prueba de carga de evaluación de la capacidad portante •• Ensayos de investigación mediante pruebas de carga Prueba de carga de recepción

El objeto de una prueba de carga de recepción es comprobar, antes de la puesta en servicio de una estructura, que la misma se comporta adecuadamente frente a una serie de estados de carga que por su disposición y magnitud representarían situacio-nes especialmente desfavorables de las sobrecargas de uso. El ensayo permitiría la constatación experimental de que tanto el proyecto como la ejecución de la obra no contienen defectos que repercutan inicialmente en la seguridad de la misma.

Prueba de carga de evaluación de la capacidad portante

La prueba de carga para evaluación de la capacidad portante es un ensayo que se suele realizar sobre una estructura para determinar el nivel de carga admisible den-tro de unas condiciones específicas de seguridad y funcionalidad de la obra y que se engloba dentro de un proceso más general, que incluye otras muchas actuacio-nes, como el análisis detallado del proyecto, la caracterización de los materiales en cuanto a sus propiedades mecánicas, la determinación de las patologías que

afec-2. Generalidades

tan a aspectos resistentes, la medida y determinación real de las secciones resis-tentes, etc. Constituyen un tipo muy especial de ensayos, planteados a medida de cada caso concreto, con unos requisitos de instrumentación mucho más exigentes y específicos y con unos especiales condicionantes de seguridad durante la realiza-ción de la prueba.

Muchos de los aspectos, especialmente en lo que se refiere a realización de los ensayos, que se recogen en el presente documento son, por supuesto, válidos tam-bién para las pruebas de carga de evaluación, aunque otros, como aquellos relacio-nados con los criterios de aceptación de la prueba, criterios de remanencias, aspec-tos formales relativos a la obligatoriedad del ensayo de recepción y su tratamiento administrativo, etc. no serían pertinentes en los ensayos de evaluación.

Ensayos de investigación

En algunos casos se realizan ensayos de carga en las estructuras, y entre ellas en los puentes, con una finalidad distinta de las anteriores. En ocasiones se trata de obtener información adicional del comportamiento de la estructura, especialmente cuando ésta es singular, ya sea por sus dimensiones, solución estructural, proceso constructivo o por los materiales utilizados. En dichos casos, tanto los trenes de carga como las mag-nitudes a medir serán consecuencia de lo que en cada caso específico se quiera inves-tigar. Un ejemplo es la obtención de líneas de influencia experimentales de esfuerzos, movimientos o deformaciones.

Otras veces el ensayo se plantea como un experimento que permita mejorar el cono-cimiento de un determinado aspecto estructural. Ejemplo clásico son los ensayos a rotura de tableros de puente o de obras de fábrica. La instrumentación en estos casos suele ser sofisticada y adecuada al seguimiento de la estructura desde el final de su comportamiento elástico hasta la rotura de la misma.

Otro grupo de ensayos de investigación lo constituyen los ensayos dinámicos enca-minados a tratar de relacionar las variaciones de los parámetros relativos a la res-puesta dinámica de una estructura con el estado de daño en la misma.

3.1 INTRODUCCIÓN Y GENERALIDADES

En este apartado se incluyen todos los aspectos relacionados con las pruebas de carga de puentes de carretera. Mientras no se indique lo contrario el tema estará referido siempre a las pruebas de carga de recepción de obra nueva, ensayos estos que cons-tituyen la inmensa mayoría de las pruebas de carga de puentes de carretera que se realizan en España. No obstante, salvando algunos aspectos del planteamiento de la prueba y de la interpretación de resultados, el resto de lo que aquí se dice es totalmente aplicable a otros tipos de pruebas de carga, sean para evaluación estructural o, en algún caso especial, ensayos de investigación.

3.1.1 OBJETO DEL ENSAYO

El objeto de una prueba de carga de recepción es comprobar, antes de la puesta en servicio de un puente, que la estructura se comporta adecuadamente frente a una serie de estados de carga que por su disposición y magnitud representarían situaciones especialmente desfavorables de las sobrecargas de uso. El ensayo permitiría la cons-tatación experimental, con un elevado nivel de fiabilidad, de que tanto el proyecto como la ejecución de la obra no contienen defectos que repercutan inicialmente en la segu-ridad de la misma.

3.1.2 CAMPO DE APLICACIÓN. OBLIGATORIEDAD Campo de aplicación

El contenido de esta parte del presente documento es de aplicación a obras de paso de carreteras (puentes, viaductos, pontones, etc.) y pasarelas. Se excluyen los casos singulares tales como puentes funcionalmente mixtos: de carretera y ferrocarril, de acueducto y carretera, etc.

Las pruebas de carga a realizar tras la ejecución de obras importantes de reforma o refuerzo de la estructura, pueden considerarse como si de una obra nueva se tratara. No se considera, sin embargo, objeto de este documento la comprobación de elemen-tos estructurales aislados, tales como pilotes, vigas prefabricadas, etc, consideradas como unidades parciales de la estructura global. Las pruebas que podrían llamarse de recepción de tales elementos o unidades estructurales corresponden a ensayos de control a realizar antes o después de la ejecución de las obras, aunque a veces un comportamiento distinto al supuesto para tales elementos sea detectado en las prue-bas de carga.

3. Pruebas de carga de puentes de

carretera

Hay que indicar que, siendo la prueba de carga un ensayo en el que se trata de obte-ner información del comportamiento de una estructura mediante la medida de la res-puesta de la misma frente a unas acciones perfectamente conocidas, no tiene mucho sentido su realización sobre estructuras en las que, no predominando el trabajo a fle-xión, la respuesta es de una magnitud lo suficientemente pequeña como para ser difí-cil su medida y, consecuentemente, presenta dificultad el establecer conclusiones cla-ras del ensayo. Un ejemplo típico de esta circunstancia lo constituirían los puentes de fábrica en arco.

Obligatoriedad

En el caso de puentes nuevos la prueba de carga estática es preceptiva, según la vigente “Instrucción sobre las acciones a considerar en el proyecto de puentes de carretera” (IAP)[4], que establece en su capítulo 5 lo siguiente:

Todo puente proyectado de acuerdo con la presente Instrucción deberá ser sometido a prue-bas de carga antes de su puesta en servicio, de acuerdo con lo indicado en el preceptivo anejo que sobre la materia incluirá todo proyecto aprobado por la Dirección General de Carreteras. Tales pruebas podrán ser estáticas o dinámicas. Las primeras serán siempre obligatorias; las segundas lo serán en aquellas estructuras en las que sea necesario verificar que las vibraciones que se puedan producir no afectarán a la funcionalidad de la obra.

Las “Recomendaciones para la realización de pruebas de carga en puentes de carre-tera”[5] (RPC) establecen que las pruebas serán obligatorias en aquellas obras de paso en las que algún vano tenga luces a partir de 12m, dejando a juicio del Director de Obra y del Proyecto la necesidad o no de ensayar obras con menores luces.

Dirección de las pruebas de carga

Las pruebas de carga deben realizarse por personal técnico especializado bajo la direc-ción de un Ingeniero con experiencia en este tipo de ensayos, que en adelante deno-minaremos Director de la prueba. Las RPC indican que este Director de la prueba será designado por el Director de Obra.

Es recomendable una buena coordinación entre el Proyectista, el Director de Obra y el Director de la prueba para que ésta consiga de la forma más efectiva su finalidad últi-ma: comprobar el correcto y seguro comportamiento resistente del puente. Esta cola-boración es tanto más importante cuanto más singular es la obra o si hubieran tenido lugar incidencias desfavorables durante la fase de construcción.

3.2. PLANTEAMIENTO DE LA PRUEBA DE CARGA 3.2.1. PROYECTO DE LA PRUEBA

El proyecto de la prueba de carga, tal como se indica en las citadas RPC, se incluirá, obligatoriamente, en el Proyecto de la obra, correspondiendo, por tanto, su redacción al autor de dicho Proyecto. Solo en el caso de que no existiera dicho proyecto de la prueba, y no fuera posible su redacción por el autor del proyecto de la obra, deberá ser realizado por un ingeniero cualificado para ello por encargo de la Dirección de Obra.

El documento consta de las siguientes partes: Memoria

En ella se describe con detalle la prueba de carga a realizar, incluyendo aspectos tales como: los elementos a controlar en la misma, los trenes de cargas que se han de utilizar y el porcentaje que suponen de los esfuerzos de proyecto, las distintas fases de que constará el ensayo, los estados de carga, los puntos de medida corres-pondientes, etc.

En caso de considerarse necesario, deben describirse los medios auxiliares precisos para la inspección de la estructura y para la colocación y control de los aparatos de medida. Se determinarán, asimismo, a partir del tren o trenes de cargas definidos en el pro-yecto de la prueba, los valores previstos de las magnitudes a medir, las tolerancias admisibles y los criterios de aceptación de los resultados de la prueba, incluyendo aspectos como la fisuración admisible.

Planos

Se deben incluir los croquis y planos necesarios para definir en detalle los distintos estados de carga y la posición de todos los aparatos de medida.

Se deben incluir también croquis de los vehículos tipo considerados por el proyectista para la materialización de los trenes de carga.

Pliego de prescripciones técnicas particulares

Se incluirán las especificaciones a tener en cuenta en la realización de las pruebas, y se determinarán la precisión y rango mínimo que deban tener los aparatos de medida que vayan a utilizarse, así como los valores de los parámetros a tener en cuenta en los distintos criterios de aceptación de los resultados.

Se incluirán también los conceptos que comprendan el abono de las partidas y unida-des detalladas en el presupuesto.

Presupuesto

El Presupuesto de la prueba de carga podrá realizarse:

a) Por partida alzada de abono íntegro al contratista (y que como tal deberá figu-rar como precio en el cuadro de precios). En ella se incluirán: andamiajes, medios auxiliares, puntos de medida, bases de nivelación y cuantas obras sean necesarias para la realización de la prueba de carga, así como la dotación de los vehículos necesarios para la materialización de los distintos estados de carga y el personal, tanto del equipo técnico especializado encargado de la rea-lización de la misma como del personal de apoyo.

b) Por partida alzada a justificar mediante precios unitarios. Estos precios uni-tarios, que deberán figurar como tales en los cuadros de precios correspon-dientes, serán, entre otros:

Monografía M-9 de ache

- Tren de carga / día - Equipo de ensayo / día - Medios auxiliares

Se incluirán en el equipo de ensayo los gastos de personal, gastos de viaje, dietas, amortización de aparatos, material fungible, etc.

Los puntos anteriores se incluirán en los propios documentos del Proyecto de la obra y formando parte de los mismos.

3.2.2. ACCIONES A APLICAR 3.2.2.1 Estados de carga

En el Proyecto de la prueba de carga de recepción, el proyectista debe considerar aquellas disposiciones del tren de cargas de la IAP que producen las solicitaciones más desfavora-bles sobre la estructura. Esto dará lugar a una serie de estados de carga que en la prácti-ca consistirán en la coloprácti-cación de sobreprácti-cargas (habitualmente constituidas mediante tre-nes de camiotre-nes) en distintas zonas de la estructura y que producirán los efectos más des-favorables en zonas críticas de la estructura: por ejemplo, flexión positiva en centros de cada vano, flexión negativa en zona de apoyos, torsión en determinadas secciones, etc. En ningún caso las solicitaciones a que dé lugar el tren de cargas real aplicado podrán ser superiores a los valores que teóricamente produciría la aplicación del tren de cargas de cálculo (sobrecargas) definido en la IAP (sin aplicar coeficientes de mayoración). Las Recomendaciones RPC establecen que no se supere el 70% de dichos esfuerzos sin mayorar y aconsejan operar en torno al 60%.

Hay que tener en cuenta que el límite de la carga aplicada sobre la estructura es siem-pre convencional y que debe estar entre un umbral mínimo, que posibilite una res-puesta clara de la estructura haciendo entrar en un nivel satisfactorio de trabajo a los elementos estructurales más importantes, así como a los elementos de equipamiento (apoyos, juntas), y un nivel máximo de solicitación que no dañe innecesariamente nin-gún elemento estructural.

Como regla general, en el caso de vanos simplemente apoyados se cargará todo el vano para producir el estado de flexión máxima en el centro de la luz. En puentes con-tinuos se cargarán combinaciones de vanos contiguos y alternos para provocar esfuer-zos máximos en el tablero en zonas críticas del interior del vano frecuentemente el cen-tro y en la zona de pilas.

3.2.2.2 Zonas de aplicación de la carga

Como norma general, la sobrecarga que sustituye al tren de la Instrucción se aplicará solamente en la calzada y arcenes, sin que sea necesario someter a prueba las ace-ras. Sin embargo, en aquellos casos en que se desee ensayar también las aceras, estando éstas en voladizo, dicha prueba podrá realizarse cargando únicamente una zona de longitud igual al triple del ancho de la misma con una sobrecarga de 4 kN/m2_.

En todo caso, y con objeto de acelerar el proceso de carga y descarga, podrá susti-tuirse dicha sobrecarga uniforme por cargas puntuales, empleando elementos del peso apropiado para producir estados de solicitación análogos.

3.2.2.3 Materialización del tren de cargas

En el caso de puentes, dada la dificultad práctica de materializar el tren de cargas de la Instrucción, normalmente se utiliza un tren de carga constituido por camiones u otros vehículos análogos, que deberán ser lo más parecidos entre sí en cuanto a forma, peso y dimensiones. Su número y características serán los necesarios para adaptarse a los distintos estados de carga definidos en el proyecto de la prueba.

Normalmente los vehículos de carga se distribuyen uniformemente en el ancho de la calzada (carriles + arcenes), si bien, a efectos de comprobación del comportamiento a torsión del tablero, pueden existir estados de carga en los que ésta se distribuya úni-camente en la mitad izquierda o derecha de la calzada.

Al objeto de facilitar la realización del ensayo, especialmente en lo que se refiere al movimiento y proceso de colocación de los camiones, es recomendable que el pro-yecto de la prueba se realice con los camiones dispuestos todos ellos en un mismo sentido de avance y con distancias entre ellos, tanto longitudinal como transversal-mente, que permitan el acceso de conductores y personal que realiza la prueba. En el caso de puentes pequeños puede interesar, no obstante, la aplicación de estados de carga simétricos, lo que implicaría la colocación de los vehículos de carga enfren-tados por sus partes delanteras o traseras.

El esquema de la figura 3.1 muestra dimensiones típicas de camiones.

3.2.3. SISTEMA DE MEDIDA 3.2.3.1. Magnitudes a medir

Las magnitudes a medir deberán estar especificadas en el proyecto de la prueba, y serán aquéllas que permitan deducir el correcto comportamiento de la obra frente a las Monografía M-9 de ache

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Figura 3.1. Dimensiones aproximadas de vehículos utilizados en pruebas de carga

solicitaciones producidas por los trenes de carga utilizados en los ensayos. Asimismo, el proyectista fijará los puntos de la estructura en los que deban medirse las magnitu-des correspondientes.

En general, las magnitudes que pueden medirse en pruebas de carga estáticas son las siguientes:

•• Desplazamientos verticales (flechas) •• Desplazamientos horizontales

•• Deformaciones unitarias •• Giros

En los casos más habituales de pruebas de carga de recepción las medidas se suelen circunscribir a los movimientos verticales en secciones de centro de luz y apoyos. Las RPC admiten no medir descenso de apoyos si los valores previsibles tienen poca importancia comparados con las flechas a alcanzar. En general es preferible prescindir de las medidas en la sección de apoyos cuando el valor previsible del movimiento real de los mismos es del mismo orden, o incluso inferior, a la precisión del sistema de medi-da en su conjunto (caso de la medimedi-da mediante nivelación topográfica).

El número de puntos de medida en cada sección dependerá de la tipología estructural y de las dimensiones e importancia de la obra. En puentes de vigas es habitual medir en cada sección en la viga central y en las de borde. En losas o cajones de gran anchu-ra son recomendables al menos dos puntos de medida por sección.

La mayor complejidad de la medida de deformaciones y sus limitaciones en el caso del hormigón hace que habitualmente se prescinda de este tipo de medida en ensayos ordinarios. En el caso de puentes metálicos o mixtos de cierta importancia la medida de deformaciones proporciona una valiosa información sobre el comportamiento ten-sional del puente.

3.2.3.2. Aparatos de medida

El capítulo 7 recoge de forma detallada todos los aspectos de la instrumentación. Aquí cabe decir que los aparatos de medida que se utilicen deberán estar sancionados por la experiencia en pruebas similares y deberán garantizar una apreciación mejor del 1% de los valores máximos esperados de las magnitudes a medir. En el caso de estructu-ras extremadamente rígidas en las que no pueda cumplirse esta condición, podrá ele-varse el citado porcentaje, manteniéndose siempre por debajo del 5%.

Su rango de medida deberá ser siempre superior en un cierto margen a los valores esperados de dichas magnitudes.

3.2.4 CIRCUNSTANCIAS DE LA PRUEBA 3.2.4.1. Fecha de realización de la prueba

La prueba de carga de recepción se realizará antes de la puesta en servicio de la estructura.

En el caso de estructuras de hormigón, al objeto de no dañar la estructura ni

compro-•• Movimientos en juntas •• Anchura de fisuras •• Temperatura

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meter la seguridad durante la realización de la prueba, todas las normativas hacen referencia a un plazo por debajo del cual no debe realizarse el ensayo. La RPC espa-ñola establece que antes de realizar la prueba el hormigón debe haber alcanzado la resistencia característica de proyecto, aunque autoriza al Director de Obra a que con-sidere si el ensayo pudiera realizarse antes, eso sí, tras analizar las posibles conse-cuencias de este adelanto. Dentro del concepto «hormigón» debe incluirse cualquier unidad resistente a base de cemento, como es el caso de la inyección de los conduc-tos de pretensado.

Estas mismas condiciones son aplicables a obras antiguas después de un proceso importante de reforma.

En los elementos metálicos no ha lugar a la exigencia de plazos mínimos para la rea-lización de las pruebas.

En general, la prueba de carga se realizará después de concluida totalmente la obra. Si por alguna circunstancia fuera necesario realizarla antes de la ejecución de uni-dades no estructurales que forman parte de la carga permanente, tales como el pavi-mento, aceras, barandillas, etc., pueden seguirse dos caminos:

a) Materializar una carga permanente supletoria equivalente a esas unidades de obra, colocándola, en este caso, con una antelación suficiente para que se pro-duzca la correspondiente estabilización de deformaciones previamente a la rea-lización de la prueba de carga.

b) Incrementar la carga de ensayo en la proporción que la ausencia de tales uni-dades represente.

Si el valor de la carga a incrementar no fuera superior a un 2% de la carga permanen-te, se podría considerar irrelevante y no sería necesario introducir cargas adicionales. 3.2.4.2. Inspección de la obra

Antes de realizar una prueba de carga se debe efectuar una inspección de la obra que incluirá, además de la estructura resistente, los aparatos de apoyo, juntas y otros ele-mentos singulares. Esta inspección previa puede dar lugar, en ocasiones, a modificar las condiciones en que la prueba de carga estaba concebida e incluso a desaconsejar la realización de la misma, además de permitir la observación de detalles que pueden ser concluyentes a la hora de interpretar los resultados del ensayo. En las estructuras de hormigón es importante tomar registro del estado de fisuración previo a la aplicación de la carga para su posterior comparación con el correspondiente a la estructura bajo la acción de los esfuerzos aplicados durante el ensayo.

Además de la citada inspección inicial, durante la prueba se realizarán controles perió-dicos de los elementos más característicos de la obra, señalándose los defectos e inci-dencias que se vayan observando.

Es buena práctica volver a realizar una última inspección de la obra al finalizar la prue-ba de carga.

3.2.4.3. Nivelación de la obra

Aunque la nivelación de la obra durante la prueba de carga no es una actuación estrictamente ligada a este tipo de ensayos, en el caso de puentes con luces supe-riores a 40 metros, así como en el caso de estructuras con sustentación hiperestá-tica o de estructuras de hormigón en las que se prevea la existencia de deforma-ciones diferidas de cierta importancia, es norma de buena práctica la realización de una nivelación general de la obra referida a puntos fijos que deberán quedar mate-rializados en el terreno circundante y de cuya situación se debe dejar constancia en el documento o informe de la prueba. Este dato es de importancia dentro de un sis-tema de gestión de puentes ya que constituiría, junto con la inspección realizada tras la prueba, una fotografía del estado inicial de la estructura al comienzo de su vida útil.

3.2.4.4. Elementos auxiliares

Para una correcta inspección de la obra, así como para la colocación y control de los aparatos de medida, serán necesarios, en general, un cierto número de elementos auxiliares. Resulta de la mayor importancia el buen funcionamiento, colocación y nivel de seguridad de dichos elementos.

Deberá cuidarse que, en consecuencia con la precisión de las medidas y el detalle de las observaciones que hayan de realizarse, se disponga de accesos adecuados, fáci-les y seguros, de plataformas de trabajo rígidas, de medios de protección de la instru-mentación contra los agentes atmosféricos, etc., medidas todas ellas encaminadas a la mejor ejecución de los ensayos.

3.3. REALIZACIÓN DE LA PRUEBA DE CARGA 3.3.1. ACTUACIONES PREVIAS

Las pruebas de carga exigen una organización y preparación previa en las que se lle-gue a los últimos detalles y previsiones, de manera que siguiendo una precisa meto-dología se obtenga la mayor fiabilidad en los resultados del ensayo y se proceda en todo momento con las adecuadas condiciones de seguridad para las personas, los equipos y la propia obra.

3.3.1.1. Tren de cargas

Antes de la prueba se replanteará sobre el pavimento la posición exacta de los camio-nes durante los diferentes estados de carga.

Se deberá disponer, previamente al ensayo, de las características de todos los vehícu-los, tales como sus dimensiones, pesos por eje y distancias entre dichos ejes. La inclu-sión en la documentación del ensayo de una copia de la ficha técnica de los vehículos proporciona una completa información de las características de los mismos.

Se comprobará mediante pesada en báscula el peso real, total y por eje, de cada uno de los vehículos o elementos de carga, recomendándose que estos pesos se obtengan con una precisión no inferior al 5%. El peso de los vehículos debe mantenerse sensi-blemente constante durante el ensayo.

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Habitualmente los camiones disponibles en el momento de la realización del ensayo no son de las mismas características geométricas y de reparto de carga entre los ejes que los correspondientes al proyecto de la prueba. Por ello hay que tomar siempre nota de la exacta posición de las cargas reales y considerar si es precisa la realización de un cál-culo más ajustado de la respuesta de la estructura frente al tren de cargas real utilizado. En caso de que el lastre sea material granular que pudiera retener un peso de agua importante y de que existiera riesgo de lluvia, se protegerán las cajas con cubiertas de lona o plástico a fin de no distorsionar de forma importante el peso total del tren de carga. 3.3.1.2. Instrumentación

Con suficiente antelación a la realización de la prueba se replanteará la posición de todos los puntos de medida, se proveerá del acceso necesario a los mismos y se ins-talarán los aparatos de medida.

El cableado de los transductores se realizará de forma que no estorbe el movimiento de personas y camiones durante la realización de la prueba y de que su recogida o la reposición de un cable dañado sea sencilla.

Es conveniente comprobar el correcto funcionamiento de la instrumentación previa-mente a la realización del ensayo. En caso de que las variaciones térmicas durante la prueba pudieran tener repercusión importante sobre los valores medidos y de que hubiera que realizar algún tipo de corrección de las medidas para tener en cuenta este efecto, suele ser útil la medida en vacío durante un periodo similar en duración y con-diciones climáticas al de la prueba definitiva.

La preparación de la prueba incluye también un estudio previo y pormenorizado del pro-yecto de la misma, que permita prever el comportamiento de la obra durante las distin-tas fases del ensayo, así como los puntos en los que se producirán los esfuerzos o movimientos más desfavorables y que habrá que observar para evaluar los resultados que se vayan produciendo.

3.3.2. APLICACIÓN DEL TREN DE CARGA 3.3.2.1. Forma de aplicación de las cargas Ciclos de carga

Se denomina ciclo de carga a la ejecución completa de uno o varios estados de carga. La práctica habitual en el caso de las pruebas de carga de recepción de puentes es la realización de un solo ciclo de carga, esto es, no se suelen repetir los estados de carga. En el caso de estructuras singulares, en ensayos de evaluación o en estructuras en las que los resultados de la prueba de carga van a servir de base para decisiones poste-riores, puede ser recomendable realizar un segundo ciclo que confirme la validez de los valores medidos. Asimismo pudiera ser necesario un ciclo de repetición en el caso de estructuras que pudieran presentar asentamientos o movimientos permanentes tras un primer ciclo importante de carga (caso de posible asentamiento inicial de los aparatos de apoyo, por ejemplo).

resul-tados aparentemente anómalos o cuando en el ensayo de varios vanos similares algu-no de ellos presentara resultados diferentes al resto.

Escalones de carga

Una medida elemental de precaución es que la carga se aplique de forma progresiva en varias fases o escalones, de manera que, mediante la medida simultánea de la res-puesta de la estructura en las zonas críticas, se pueda tener conocimiento de que el comportamiento de la misma es correcto y se esté, por tanto, dentro de las condiciones adecuadas de seguridad.

Es recomendable aplicar la carga de ensayo en un mínimo de dos escalones, si bien en el caso de puentes con varios vanos iguales o análogos podrán limitarse a uno solo, cuando se vayan ocupando posiciones de carga similares en otros vanos, si el com-portamiento en los anteriores ha sido satisfactorio.

La descarga se suele realizar en un solo escalón.

Los movimientos de los vehículos en cualquier fase del proceso de carga o de descar-ga se deben efectuar con la suficiente lentitud para no provocar efectos dinámicos no deseados, y se deben organizar de forma que la realización de cualquier estado de carga no produzca sobre otras partes de la estructura solicitaciones superiores a las previstas.

3.3.2.2. Duración de la aplicación de las cargas. Criterios de estabilización El tiempo que se debe mantener la aplicación de la carga ya sea en un escalón inter-medio antes de pasar al escalón siguiente, ya sea con la carga completa correspon-diente a un cierto estado, viene determinado por el criterio de estabilización de las medidas.

Debido al efecto de fluencia o variación en el tiempo de la respuesta en deformaciones o desplazamientos de los materiales al ser sometidos a una carga permanente, todo puente al ser sometido a una carga de ensayo responderá con una deformación ins-tantánea que irá aumentando con el tiempo hasta estabilizarse. En el caso del acero la estabilización es prácticamente inmediata, pero en el hormigón no es así, sino que la estabilización puede llevar un cierto tiempo. La consideración de que la estructura ha estabilizado su respuesta responde a un criterio práctico consistente en que las varia-ciones de las medidas en lapsos de unos minutos (normalmente 10) son un porcenta-je muy pequeño de la deformación total o que dichas variaciones son del orden del lími-te de precisión de los aparatos de medida.

En definitiva los criterios de estabilización, que en todos los casos tienen una base empírica, pretenden comprobar que la variación en el tiempo de la respuesta instantá-nea tiende a estabilizarse, lo que indica un normal comportamiento de la estructura. Asumiendo lo establecido en la RPC pueden considerarse los criterios de estabilización que se describen seguidamente para la realización de un escalón intermedio o final de un estado de carga.

giros, etc, según se considere) los denominaremos (f_i,t). Estos valores se obtienen en cada momento como diferencia entre las lecturas de los aparatos en ese instante t y las lecturas iniciales en descarga del estado que se está realizando.

Una vez colocado en su posición prevista el tren de carga, se realiza una medida de la respuesta instantánea de la estructura (f_i,0), y se controlan los aparatos de medida situados en las zonas en que se esperen las deformaciones más desfavorables desde el punto de vista de la estabilización.

Criterio 1:

Transcurridos 10 minutos se realizará una nueva medida en dichos puntos (f_i,₁₀). Si las diferencias entre los nuevos valores de la respuesta y los instantá-neos son inferiores al 5% de estos últimos, o bien son del mismo orden de la precisión de los aparatos de medida, se considera estabilizado el proceso de carga y se realiza la lectura final en todos los puntos de medida.

f_i,₁₀- f_i,0 < 0,05 f_i,0 Criterio 2:

En caso contrario, se mantiene la carga durante un nuevo intervalo de 10 minu-tos, considerándose cumplido el requisito de estabilización si, realizada la medi-da al final de los mismos (f_i,20), la diferencia de medidas correspondiente a este intervalo es inferior al 20% de la diferencia de lecturas correspondiente al inter-valo anterior, o bien es del orden de la precisión de los aparatos de medida.

f_i,20- f_i,10< 0,2 ( f_i,10 - f_i,0) Criterio 3:

Si esto no se cumple se somete la continuación del proceso al juicio del Ingeniero Director de las pruebas, que podría continuar el proceso o descargar la estructura.

Alcanzada la estabilización se realizan las lecturas finales en todos los puntos de medida. Una vez descargada totalmente la estructura se espera a que los valores de las medidas estén estabilizados, aplicando el mismo criterio seguido para el proceso de carga. La diferencia entre los valores estabilizados después de la descarga y los ini-ciales antes de cargar serán los valores remanentes correspondientes al estado considerado.

En el caso de que la diferencia entre los valores obtenidos inmediatamente después de la descarga y los obtenidos antes de cargar sea inferior al límite que para cada caso se establece en el apartado de valores remanentes, no sería necesaria la comprobación del criterio de estabilización, y se procedería a la lectura final de todos los aparatos de medida.

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Es aconsejable no iniciar la ejecución de un nuevo ciclo de carga antes de haber trans-currido el tiempo suficiente para la completa recuperación de deformaciones produci-das en el ciclo precedente.

El proceso general de carga y descarga está detallado en las figuras 3.2 a 3.4. Las figuras 3.2 y 3.3 representan el proceso de deformación con el tiempo, bajo carga constante, en un punto de la estructura durante la realización de un escalón de carga o de descarga. El término deformación en este caso debe entenderse en sentido amplio, es decir, puede referirse a cualquier movimiento absoluto o relativo. La figu-ra 3.4 representa el proceso genefigu-ral de deformación en función de la carga dufigu-rante la ejecución de un ciclo completo de carga y descarga.

Figura 3.2. Proceso de evolución de medidas en un escalón de carga

3.3.2.3 Remanencias

Los valores remanentes son las deformaciones, desplazamientos, giros, etc, que se mantienen en la estructura una vez descargada ésta.

A título orientativo y a falta de otros criterios, se pueden considerar los siguientes lími-tes para las remanencias :

a) Puentes de hormigón armado:

25% si la edad de la obra es inferior a dos meses.

20% si la edad de la obra está entre dos y seis meses. (*) 15% si la edad de la obra es superior a seis meses.

b) Puentes de hormigón pretensado o mixtos:

15% si la edad de la obra es igual o inferior a dos meses. (*) 10% si la edad de la obra es superior a dos meses.

c) Puentes metálicos:

10% cualquiera que sea la edad de la obra. (*)

Estos límites R_límite están referidos a los valores máximos de las medidas y deberán estimarse y prefijarse en cada caso según el tipo de material y la edad de la obra:

R = 100* f_remanente/ f_total

≤

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(*) : Valores indicados en la RPC

Cuando terminado un ciclo de carga se obtengan valores remanentes R que superen los límites previstos como admisibles, las RPC recomiendan proceder de la forma siguiente:

La RPC establece que, en caso de repetir el ciclo de carga porque la remanencia en el primer ciclo fuera inaceptable, la remanencia en esta repetición no debe ser superior a un tercio de la remanencia en el primer ciclo, debiendo suspenderse la aplicación de la carga en caso contrario.

Hay que hacer notar que la adecuada recuperación de la deformación producida bajo la carga de la prueba una vez retirada ésta, es, en general, un buen indicador del correcto funcionamiento de la estructura, muchas veces más fiable que el criterio de comparación de valores medidos con los valores teóricos.

Es frecuente que en algunos casos aparezcan valores remanentes altos pero que no suponen haber superado el límite elástico en los elementos estructurales, sino que pueden deberse, entre otras causas, a:

•• Deformaciones permanentes iniciales o asentamientos en aparatos de apoyo o tirantes.

•• Efectos térmicos.

Se advierte especialmente, en relación con el segundo aspecto, sobre el hecho de que la aplicación de cargas de larga duración producirá frecuentemente resultados de difí-cil interpretación. Ello es debido a que la respuesta de la estructura frente a la acción exclusiva de las cargas de ensayo puede verse enmascarada por otros efectos, funda-mentalmente, las condiciones climatológicas y ambientales: variaciones térmicas, sole-amiento, viento, lluvia, etc., que incidirán no sólo en la magnitud real de los parámetros a medir por su repercusión sobre la deformación de origen térmico en la estructura sino también en la respuesta de los propios aparatos de medida colocados sobre el puente. Es por tanto conveniente, dentro de los márgenes que determinan la realización de una prueba, reducir al mínimo el tiempo de aplicación de las cargas.

3.3.2.4. Criterios de aceptación

Además de los criterios específicos ya expuestos, referentes a la estabilización de las medidas y al tratamiento de los valores remanentes, se deben tener en cuenta los cri-terios generales de aceptación definidos por el Proyectista, quien debe señalar en el Proyecto de la prueba, además de los valores esperados para las medidas, los límites o tolerancias admisibles de los resultados experimentales respecto de dichos valores teóricos, así como los límites o tolerancias respecto de la fisuración aparecida como consecuencia de la prueba.

La RPC establece los siguientes criterios:

Si R

≤

⇒

Si R_límite

≤

≤

⇒

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a) Los valores de las magnitudes máximas al finalizar el ciclo de carga, medi-das después de la estabilización, no debieran superar en más de los siguien-tes porcentajes a los valores previstos en el proyecto de la prueba:

1. Puentes de hormigón pretensado: 10% (EHE) 2. Puentes de hormigón armado: 15% (EHE)

3. Puentes mixtos: 15%

4. Puentes metálicos: 10%

Si los valores medidos fueran anómalamente inferiores a los previstos (infe-riores a un 60% de éstos), habrá que justificar esta circunstancia.

b) En el caso de puentes de hormigón la abertura de las fisuras deberá cumplir los requisitos establecidos en la EHE para el estado límite de fisuración.

c) No deberán aparecer signos de agotamiento de la capacidad portante en ninguna parte de la estructura.

Desde el punto de vista experimental los signos a los que se refiere el apartado c) pueden ser, entre otros:

•• Colapso total o parcial de alguno de los elementos estructurales.

•• Aparición de tensiones superiores a los límites admisibles, dependientes del tipo de material. A estos efectos, en las estructuras de hormigón, se tendrá en cuenta la variación con el tiempo del módulo de elasticidad.

•• Aparición de deformaciones o desplazamientos de rápido crecimiento sin que la carga aumente o con muy pequeños incrementos de ésta.

El Proyecto puede establecer en determinados casos la anchura máxima de fisura, por lo que resulta de la máxima importancia la observación de la fisuración previa a la prue-ba de carga. Bajo la acción de las cargas del ensayo, la fisuración debe ser tal que no comprometa la seguridad y durabilidad de la obra.

En todo caso, si no se cumplieran los criterios generales de aceptación anteriormente expuestos, el Ingeniero Director de la Prueba debe informar al Director de Obra de tal circunstancia, analizar con él, y si es posible con el proyectista, las posibles causas de la misma y, finalmente, de acuerdo con la importancia de la discrepancia entre los resul-tados reales y los criterios generales, el propio Director de obra debe establecer el cri-terio a seguir con base en su conocimiento de la obra y su experiencia profesional.

Hay que tener en cuenta que, descartando los casos en que aparezcan indicios de daño estructural, lo más frecuente es que las desviaciones de los valores reales frente a los previstos, tanto en cuanto a valores máximos como en relación con valores de las remanencias superiores a los previstos, suelen ser debidos, tal como se ha comenta-do con anterioridad, a diferencias entre la rigidez real de la estructura y la considerada

en los cálculos teóricos (debido fundamentalmente, entre otras causas, a valores dis-tintos en el módulo de elasticidad del hormigón) así como a efectos térmicos durante el ensayo o a mal funcionamiento de los sensores de medida.

3.4. INFORME DE LA PRUEBA

En general, el informe de una prueba de carga deberá contener: Antecedentes

Se citarán los motivos de la prueba, quién la encarga y quién la realiza. Se hará refe-rencia al autor del proyecto de la prueba.

Descripción de la estructura

Se describirá someramente la estructura y se incluirán al menos planos de planta y alzado de la misma.

Trenes de carga

Se describirán, con los planos y esquemas necesarios, los distintos estados de carga, la posición de los camiones y las dimensiones y pesos reales de los vehícu-los utilizados.

Aparatos de medida

Se indicarán la posición y características de los aparatos de medida utilizados, espe-cialmente su rango y sensibilidad.

Valores medidos

Mediante cuadros o sobre esquemas de la estructura se indicarán, para cada estado de carga, los valores de las magnitudes medidas, así como los de los correspondien-tes valores teóricos.

Comportamiento estructural

Se describirá el estado general de la obra antes, durante y después de la prueba, espe-cialmente en lo que respecta a la fisuración.

Se indicarán las incidencias de todo tipo sucedidas durante el desarrollo de los ensayos. Condiciones ambientales

Para cada grupo de lecturas se hará indicación de la temperatura ambiente y de cual-quier otra circunstancia ambiental que pudiera tener algún efecto sobre los valores medidos.

Fecha

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Acta

En las pruebas de carga de recepción realizadas para la Administración del Estado se redacta, tal como se indica en la RPC, un Acta oficial de la prueba.

3.5. PRUEBAS COMPLEMENTARIAS

La RPC indica que el Ingeniero Director de la Obra podrá ordenar la realización de

pruebas complementarias, si lo estima necesario, cuando haya dudas sobre los resul-tados obtenidos en las pruebas o sobre la correcta ejecución de alguna parte de las mismas. Dichas pruebas complementarias podrán realizarse también en uno o más

elementos de la construcción cuando exista sospecha sobre la calidad o comporta-miento de dichos elementos.

Este tipo de pruebas no estará, por lo general, previsto en el Proyecto, aunque sí pueden figurar en el mismo algunos de los condicionantes que aconsejen su reali-zación. En cada caso, y según las circunstancias que se presenten, se ejecutarán siguiendo las indicaciones del Director de la Obra y quedarán reflejadas en el Acta de la misma añadiéndolas a las pruebas previstas inicialmente.

3.6. PRUEBAS DE CARGA SIMPLIFICADAS

Las RPC contemplan la posibilidad de realizar pruebas simplificadas en el caso de: •• Puentes con varios vanos similares

•• Obras iguales e independientes

En este tipo de pruebas, una vez inspeccionada la obra se la somete a un proceso de carga similar al de las pruebas completas, pero en el que sólo es preciso efectuar medi-das en los puntos más característicos, bastando generalmente con la medida de las fle-chas en el centro de la luz de cada uno de los tramos.

Se define en las RPC la simplificación aplicable en el caso de puentes de varios vanos independientes o continuos:

•• En los puentes de varios vanos isostáticos: prueba completa en 1 de cada 4 vanos similares o fracción, con un mínimo de 2 vanos.

•• En puentes continuos: prueba completa en los vanos extremos y en 1 de cada 4 vanos interiores o fracción.

En el caso de vanos continuos, se entiende que la prueba completa de un vano incluye los estados de carga que producen la máxima flexión positiva y la máxima negativa.

En el Proyecto de la prueba pueden definirse estados de carga sencillos para la ejecu-ción de este tipo de ensayos, eso sí, de forma que todos los vanos se vean sometidos a la acción del tren de carga.

3.7. EFECTOS AMBIENTALES

Normalmente en el transcurso de la prueba se producirá una continua variación de las condiciones ambientales que afectará de dos formas al ensayo:

•• Por las deformaciones (y, en el caso de estructuras hiperestáticas, esfuerzos) inducidas en la estructura.

•• Por su influencia sobre los aparatos y sistemas de medida.

Con relación a estos últimos, durante la ejecución de las pruebas deberán protegerse convenientemente de la influencia del medio ambiente y tomar las precauciones nece-sarias para asegurar la máxima concordancia entre los valores reales y los resultados medidos.

Se tomarán los datos relativos a las variaciones que se produzcan durante las prue-bas debidas a efectos ambientales. En particular, se anotará periódicamente la tem-peratura en las zonas que se estime necesario para poder evaluar su influencia sobre los resultados del ensayo, sobre todo en aquellas pruebas en las que, bien por la tipología y materiales de la obra o por los métodos de medida utilizados, los cambios de temperatura e insolación pudieran tener una influencia apreciable en los resultados.

Siempre que sea posible, se procurará elegir para las pruebas las horas del día más apropiadas, de forma que las condiciones ambientales influyan lo menos posible sobre el comportamiento de la estructura y del sistema de medida.

En cuanto a las deformaciones (y/o tensiones) inducidas en la propia estructura por efecto térmico, se recuerda lo antes indicado en el apartado 3.3.2.3 sobre la duración de las pruebas. Independientemente podrá recurrirse al empleo de sen-sores-testigo, sometidos al efecto ambiental, pero no al de las cargas de la prue-ba, para corregir las lecturas obtenidas. Se recuerda que en el caso de estructu-ras hiperestáticas, si se desea eliminar totalmente el efecto de las variaciones ambientales sobre el conjunto estructura-sistema de medida, será necesario que los citados sensores-testigo estén dispuestos sobre una estructura idéntica a la ensayada y sometida al mismo ambiente (temperatura, soleamiento, viento, etc.) pero no cargada.

Por último, y para el conjunto estructura-sistema de medida, se aconseja como norma de buena práctica efectuar uno o más ciclos de medida con la estructura descargada, a fin de comprobar la constancia de los valores obtenidos, la posible influencia sobre las medidas de cualquier tipo de factor externo ajeno a las cargas aplicadas, así como una estimación de la precisión real del sistema de medida, alcanzada en las condicio-nes de ensayo existentes.

Las fotografías de las figuras 3.5 y 3.6 muestran dos aspectos de sendas pruebas de carga en puentes de carretera.

Figura 3.5. Aspecto de la realización de un estado de carga en un puente de carretera (Cortesía de GEOCISA)

Figura 3.6. Aspecto de la realización de un estado de carga en un puente arco de carretera (Cortesía de GEOCISA)

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4.1. INTRODUCCIÓN

Dadas las específicas peculiaridades de los ensayos de los puentes de ferrocarril metá-licos, junto con las regulaciones que en nuestro país existen para esta tipología de puen-tes, se ha preferido subdividir el caso de puentes ferroviarios en dos parpuen-tes, una prime-ra (capítulo 4) referida a los construidos con hormigón armado o pretensado, cuya meto-dología de ensayo tiene gran similitud con lo ya descrito para puentes de carretera, y una segunda parte (capítulo 5) referida de forma específica a los puentes metálicos. En este capítulo se incluyen todos los aspectos relacionados con las pruebas de carga en puentes de ferrocarril cuyo material principal sea el hormigón armado o pretensado. Gran parte de lo especificado para la realización de puentes de carretera es válido tam-bién para este tipo de puentes, por lo que se hará generalmente hincapié en los aspec-tos específicos referidos al ferrocarril. Así, son asumibles directamente todos los comentarios que para puentes de carretera se han realizado en cuanto al objeto de las pruebas de carga y a la tipología de los ensayos.

Al igual que para los puentes de carretera, mientras no se indique lo contrario, este capítulo se referirá a pruebas de carga de recepción de obra nueva, que constituye la inmensa mayoría de los ensayos realizados sobre estas estructuras.

Una de las características diferenciales de los ensayos de puentes de ferrocarril es la necesidad de realizar siempre un ensayo dinámico de la estructura, dada la importan-cia del comportamiento dinámico de estas obras frente a la acción del paso del ferro-carril. Se hará por ello referencia a los ensayos dinámicos al final del apartado.

4.2. CAMPO DE APLICACIÓN Y OBLIGATORIEDAD Campo de aplicación

El contenido de este capítulo es de aplicación para las obras de paso de ferrocarril. Las pruebas de carga en puentes con funciones diversas (acueducto y ferrocarril, carretera y ferrocarril, etc.) requerirán un tratamiento especial no considerado en este capítulo. Obligatoriedad

La “Instrucción relativa a las Acciones a considerar en el Proyecto de Puentes de ferro-carril” de 1975 establece la obligatoriedad de la realización de pruebas de carga en puentes de ferrocarril, pero distingue si la prueba de carga es de recepción de obra

4. Pruebas de carga en puentes