RECOMENDACIONES DE DISEÑO PARA PROYECTOS DE INFRAESTRUCTURA FERROVIARIA

RECOMENDACIONES DE DISEÑO PARA PROYECTOS DE INFRAESTRUCTURA FERROVIARIA

SECCIÓN 5 OBRAS DE ARTE Santiago de Chile, 2003

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RECOMENDACIONES DE DISEÑO PARA PROYECTOS DE INFRAESTRUCTURA FERROVIARIA

C O N T E N I D O SECCION 5 OBRAS DE ARTE 5-1 5.1 General 5-1 5.2 Definición de Parámetros Básicos 5-2 5.2.1 General 5-2 5.2.2 Carga Viva o Tren Tipo de Cálculo 5-2 5.2.3 Coeficiente Dinámico o Impacto, ϕ 5-4 5.2.4 Consideración de la Velocidad 5-5 5.2.5 Flecha y Contraflecha 5-6 5.2.6 Fuerza Longitudinal de Frenaje 5-7 5.2.7 Empuje de Tierras 5-7 5.2.8 Apoyos 5-8 5.2.9 Fuerza Centrífuga 5-9 5.2.10 Presión de Viento 5-9 5.2.11 Choque Lateral 5-9 5.2.12 Tableros Abiertos 5-10 5.2.13 Esfuerzo Sísmico 5-10 5.2.14 Puentes con Tablero para Vías Múltiples 5-10 5.2.15 Efecto Térmico 5-10 5.3 Fundaciones de Puentes 5-11 5.4 Materiales a Utilizar en los Tramos de Puentes 5-12 5.4.1 General 5-12 5.4.2 Acero Estructural 5-13 5.4.3 Hormigón Armado 5-14 5.4.4 Otros Materiales 5-15 5.5 Viaductos o Pasos Inferiores 5-15 5.6 Alcantarillas 5-16 5.7 Ductos Subterráneos 5-16 5.8 Gálibo de Túneles 5-17 5.9 Pasos Superiores 5-17 5.10 Cierros de la Vía 5-18 5.10.1 General 5-18 5.10.2 Cierros para Zonas Urbanas muy Pobladas y Entornos de Estaciones 5-19 5.10.3 Cierros para Zonas Urbanas Medianamente Pobladas 5-19 5.10.4 Cierros para Zonas Rurales 5-19 5.11 Obras de Arte Complementarias 5-19 5.11.1 Obras Provisionales 5-19 5.11.2 Obras Definitivas 5-20 5.12 Evaluación de Obras Existentes 5-21 5.12.1 General 5-21 5.12.2 Recomendaciones para Reforzar Puentes de Acero 5-21 5.13 Normas Pertinentes 5-23 5.13.1 Normas Obligatorias 5-23 5.13.2 Normas Recomendables 5-23 5.14 Gráficos y Esquemas en Anexo 5-23 5.15 Bibliografía 5-25 ANEXO 5-27

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RECOMENDACIONES DE DISEÑO PARA PROYECTOS DE INFRAESTRUCTURA FERROVIARIA PAGINA 5-1

SECCION 5 OBRAS DE ARTE 5.1 General

Las siguientes definiciones son útiles en los proyectos de Obras de Arte ferroviarias.

Alcantarilla: estructura de luz igual o menor a 4 metros, con una diversidad de formas de acuerdo al tipo de diseño, como por ejemplo: marcos cerrados de hormigón armado, tubos de acero laminado o corrugado, losas prefabricadas. Atarjea: alcantarilla abierta en su cara superior, es decir, acequias o canales revestidos que atraviesan bajo las vías férreas. No pueden superar los 60 cm de ancho para no discontinuar la ubicación normal de los durmientes de trabajo de la vía, motivo por el cual no es aconsejable construir nuevas atarjeas.

Gálibo ferroviario: espacio mínimo, libre de obstáculos, que deben tener las obras ferroviarias para que puedan circular todos los trenes en operación por la vía férrea.

Infraestructura de un Puente: es la fundación de un puente, es decir, los estribos como apoyos extremos, y las cepas o pilas como apoyos intermedios.

Longuerinas: vigas longitudinales, generalmente ubicadas debajo de los rieles, por lo que reciben directamente el peso por rueda del tren. Obra de Arte Ferroviaria: toda estructura que sirva para sortear un obstáculo, natural o artificial, que se interponga a la continuidad de las vías férreas, y que debe ser calculada para resistir el tráfico de trenes. Paso Inferior: puente mayor o menor, según su luz, cuyo objetivo específico es cruzar a desnivel un camino o vía vehicular.

Puente mayor, o simplemente Puente: estructura con luz libre igual o mayor a 10 metros, o con varias luces menores pero que sumadas, totalizan un largo igual o mayor a 20 metros.

Puente menor: estructura que tiene luces de 4 a 10 metros y que sumadas, tiene un largo total menor a 20 metros. Sifones: alcantarillas que permiten pasar líquidos por una cota inferior a sus bocas de entrada y salida.

Superestructura de un Puente: se refiere a la estructura soportante del tren, es decir, los tramos del puente.

Tablero: carpeta de rodado de un tren por un puente, que consta, generalmente, de travesaños, longuerinas, durmientes y rieles.

Talud natural: pendiente del ángulo que forma el derrame de un terreno con la horizontal. Para este ángulo natural o uno menor, no es necesario revestir los taludes.

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PAGINA RECOMENDACIONES DE DISEÑO PARA PROYECTOS DE INFRAESTRUCTURA FERROVIARIA 5-2

Terraplén de la vía férrea: Es el suelo natural o modificado que sirve de plataforma a la vía férrea y que se encuentra a una cota superior a la de los sectores laterales, por lo cual debe tener a lo menos el talud natural del suelo.

Travesaños: vigas transversales al eje de la vía férrea, que llevan los esfuerzos a las vigas principales del puente. Túneles: pueden ser excavaciones en cerros, galerías subterráneas, o cobertizos preparados como defensa ante rodados que tienen en común el gálibo ferroviario. Vía superior: se dice que un puente ferroviario es de vía superior cuando sus vigas principales –enrejadas o de alma llena- están bajo el tablero del puente.

Vía inferior: se dice que un puente ferroviario es de vía inferior cuando sus vigas principales –enrejadas o de alma llena- están invertidas con respecto al tablero del puente.

5.2 Definición de Parámetros Básicos

5.2.1 General Se establecerán los parámetros básicos para el diseño y cálculo de las obras de arte ferroviarias considerando la tradición en la Empresa de Ferrocarriles del Estado, y diferentes normas aprobadas en el cálculo de estas estructuras en lo concerniente a conceptos específicos aplicados a ferrocarriles. En los demás conceptos, se aplicarán los parámetros normales al diseño y cálculo de obras en general.

5.2.2 Carga Viva o Tren Tipo de Cálculo

El tren tipo de cálculo es un tren ficticio de cargas, que debe tener la característica de producir, en cualquier luz de cálculo, momentos máximos superiores a los momentos que se produzcan con cualquier tren real de la red ferroviaria. En los inicios de la red ferroviaria chilena, se utilizaron cargas uniformemente repartidas para el cálculo de los puentes; sin embargo ya a comienzos del siglo 20 se empezaron a aplicar los Trenes Tipo de la norma alemana DIN, como fueron los trenes tipo G, E y N. Actualmente quedan algunos puentes en la red de EFE calculados con el tren N, los cuales no ha sido necesario reforzar para soportar las mayores cargas actuales, debido a que los esfuerzos máximos considerados con este Tren Tipo son mayores que los producidos por el Tren Tipo C de EFE, que es el que presenta las mayores solicitaciones. Ejemplo de este caso es el puente Renaico, en el Km 550,690 de la Línea Central Sur.

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En EFE existen diversos trenes tipo, señalados en la “Norma Técnica Para el Cálculo de Puentes Metálicos” del año 1947. De estos trenes tipo, el que presenta mayores solicitaciones, traducidas principalmente en su peso por eje, es el Tren Tipo C, equivalente a un tren oficializado por Decreto Supremo en el año 1907 aumentado en un 50 %. Su esquema de cargas es el siguiente:

ESQUEMA 5-1 Este tren tipo es el que se utiliza actualmente en EFE debido a que la mayoría de los refuerzos de los antiguos puentes se calcularon para este tren. También en la norma citada se recomienda usar este Tren Tipo C aumentado en 20 %, para el cálculo de obras con luces iguales o menores a 4 metros, es decir en obras menores, vigas longuerinas y longuerinas-consolas. Las tablas para encontrar los momentos de flexión y esfuerzos de corte máximos para distintas luces de tramos simplemente apoyados, cargados con el tren tipo C, se encuentran en la norma EFE citada anteriormente.

Sin embargo, en los nuevos proyectos de puentes, mayores y menores, se recomienda utilizar el Tren Tipo Cooper E 80 (80.000 libras/eje) de la Norma AREMA de los Estados Unidos, el que presenta solicitaciones considerablemente mayores que el Tren Tipo C. Esta recomendación se basa en la tendencia mundial de aumentar la capacidad de carga de los carros y el tamaño de las locomotoras, con pesos brutos que producen cargas cercanas a las 40 toneladas por eje.

ESQUEMA 5-2 En el Capítulo 15 de las normas AREMA mencionadas se entrega una tabla para encontrar los momentos y esfuerzos de corte máximos para distintas luces de tramos cargados con este tren tipo, la cual se incluye en anexos de esta Sección.

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Estas tablas se han confeccionado utilizando el método tradicional de cálculo para cargas móviles y cargas repartidas de peso propio, por líneas de influencia, por lo tanto, es posible verificarlas mediante un programa computacional adecuado. En el antiguo Manual del Ingeniero “Hütte” se pueden encontrar las tablas para los trenes tipo de la norma alemana DIN y la explicación de cómo se confeccionaron. En el caso de puentes con tablero lleno de hormigón armado, se puede diseñar con una carga repartida equivalente al momento máximo maximórum correspondiente a la luz de diseño simplemente apoyada:

28

LMQ MAX

EQϕ×

=

En que QEQ es la carga repartida equivalente MMAX es el momento máximo maximórum φ es el coeficiente dinámico L es la luz del tramo

5.2.3 Coeficiente Dinámico o Impacto, ϕ Este coeficiente es el que mayora la carga viva para considerar los esfuerzos adicionales de origen dinámico. Actualmente, siguen vigentes en EFE los coeficientes tabulados en la “Norma Técnica Para el Cálculo de Puentes Metálicos” dados por las siguientes fórmulas: Puentes con durmientes sobre vigas:

46

2119,1+

+=L

ϕ

Puentes con tablero lleno:

144

5611,1+

+=L

ϕ

En la nueva norma de EFE para el cálculo de puentes, en proceso de oficialización, se recomienda el uso de la fórmula de las normas internacionales UIC, debido a que los equipos actuales en vías soldadas, no producen los impactos que se consideraban con las antiguas locomotoras a vapor y con vía eclisada. La Norma UIC establece que:

82,02,0

44,1+

−=

Lϕ

De esta última fórmula es posible deducir los siguientes valores de aplicación práctica:

Para luces de 0 a 9 m: ϕ = 1,53 Para luces de 10 a 60 m , ϕ = 1,30 Para luces mayores de 61 m: ϕ = 1,05

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5.2.4 Consideración de la Velocidad

Como puede observarse en las fórmulas del coeficiente dinámico, la velocidad no está directamente involucrada en el diseño de los puentes para ferrocarriles. Tradicionalmente se ha subentendido una velocidad máxima de los trenes entre 120 y 140 km/h y, cuando las deflexiones y/o vibraciones de los puentes han superado los valores esperados considerados seguros, se ha reducido las velocidades máximas de circulación en los puentes. Como este problema pasa por una inspección subjetiva, es que no ha sido normado por los ferrocarriles chilenos; además, las normas extranjeras se refieren a estructuras que tienen un seguimiento permanente del mantenimiento, tanto del estado físico del puente como de parámetros dinámicos, por ejemplo, la flecha dinámica. Las normas de los ferrocarriles japoneses, JNR, establecen la siguiente relación β entre la capacidad actual de un puente y su capacidad original y de ella establecen la velocidad a la que deben circular los móviles por él:

)( ϕσσσ

β+

−×=

sc

ppadm y

En que: σadm es la fatiga admisible de mantenimiento = 1,25 σdiseño y es la razón entre el área actual, según el mantenimiento que haya tenido la estructura, y el área original, por ej. si el deterioro se considera de un 5%, y = 95/100 = 0,95

ϕ es el coeficiente dinámico σpp es la fatiga producida por el peso propio, o carga muerta σ(sc+ϕ) es la fatiga producida por la carga dinámica viva β > 1 para el ϕ de cálculo β = 1 para el ϕ mínimo aceptable β < 1 → factor de seguridad 0

La Norma UIC 776-1 señala una mayoración dinámica en función de la velocidad, es decir, el aumento de la velocidad original (o velocidad aceptada hasta el momento del cálculo) según el estado de la vía del puente: Si la vía está en medianas condiciones, se mayora con 1 + φ’ + φ’’ Si la vía está en muy buen estado, se mayora con 1 + φ’ + 0,5φ’’ Estos coeficientes están definidos en dicha norma y se relacionan con la frecuencia propia del puente, la que se calcula según la expresión siguiente:

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0

6,5f

=η [Hz]

donde fo = flecha de peso propio en cm.

φ’ = K / (1-K + K4 ) ; K = v / (2 η L) φ’’ = a/100 [ 56 e –L²/100 + 50( η L/80 -1) e –L²/400] v = velocidad en m/seg L = luz del puente en m e = base de logaritmos naturales, 2,71828... a = v/22 para velocidades hasta 22 m/seg (≈ 80 km/h) a = 1 para velocidades superiores a 22 m/seg

Como se puede observar, las normas extranjeras citadas corresponden a situaciones de mantenimiento sistemático y conocimiento de estadísticas que en nuestro país prácticamente no existen. Por lo tanto, para efectos prácticos en EFE se ha establecido que los puentes existentes, con su vía en buen estado de fijación y sujeción y con la flecha admisible, si son de vía inferior pueden aceptar hasta 140 km/h, y si son de vía superior y luces mayores a 20 m (más inestables lateralmente), pueden aceptar hasta 100 km/h. Para los nuevos puentes, se recomienda aplicar la norma UIC 776-2, donde se establecen las deflexiones máximas para puentes de alta velocidad y muy alta velocidad, según las siguientes definiciones: Alta velocidad 120 < V < 200 km/h Muy alta velocidad V > 200 km/h

5.2.5 Flecha y Contraflecha

En EFE, tradicionalmente se ha utilizado las siguientes flechas admisibles: Para los tramos metálicos L/900 Para vigas y tableros llenos de hormigón armado L/800 La flecha se calcula para el momento de peso propio y para el momento máximo de carga viva sin impacto. En vigas de alma llena se recomienda usar la fórmula:

EI

ML485 2

=∆

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Y, en casos de vigas compuestas simplemente apoyadas, con momento de inercia variable, se puede usar:

EIML

485,5 2

=∆

en que M e I son los valores del momento de flexión y momento de inercia calculados en el centro de la viga. Generalmente, en los puentes ferroviarios se usa como contraflecha de construcción la equivalente a la flecha por peso propio y, para luces menores a 20 m, se usa una contraflecha igual a 0; en puentes mayores a 50 m se calcula la contraflecha con la flecha de peso propio más ¼ de flecha por carga móvil.

5.2.6 Fuerza Longitudinal de Frenaje

El antiguo Reglamento Alemán establecía una fuerza de frenaje (cambios bruscos de velocidad), trasmitida por el contacto rueda-riel hasta los apoyos de los tramos, equivalente a 1/7 de la carga máxima del tren tipo sobre la luz, sin impacto. Esta carga longitudinal prácticamente la toma completa el apoyo fijo, y, aunque dicho Reglamento aceptaba una distribución de 2/3 en los apoyos fijos y 1/3 en los apoyos móviles, el ingeniero calculista deberá hacer las consideraciones correspondientes al tipo de material que se usará en cada caso.

En el caso de utilizar placas de neopreno, se puede distribuir el frenaje por igual en ambos apoyos. Esta fuerza aparece en las normas UIC y en las japonesas, no así en las americanas AREMA, sin embargo en Chile siempre se ha usado, y por los evidentes buenos resultados en el cálculo de los puentes ferroviarios es que se recomienda su uso para verificar la estabilidad de la infraestructura, es decir en estribos actuando junto a los empujes de tierra, y en cepas cuando se ponen apoyos fijos.

5.2.7 Empuje de Tierras Tradicionalmente en EFE, al no contar con estudios de mecánica de suelos, al coeficiente de empuje activo por el peso específico de la tierra se le daba el valor de 0,6 [ton/m³], valor bastante mayor que el que resulta de usar los datos que se obtienen de los ensayos del terreno. Esto es favorable para la seguridad del cálculo, pero encarece las obras, por lo que, dentro de lo posible, se deben considerar los coeficientes de empuje activo, pasivo y sísmico dados por los estudios de mecánica de suelos. Además, debe considerarse el empuje producido por la carga móvil, sin impacto, sobre el estribo. Esta carga debe sustituirse por una capa de tierra equivalente determinada por la siguiente fórmula:

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Pad

Ch

j

jeq ××

=

En que: heq es la altura equivalente de tierra

Cj es el peso por eje del tren dj es la distancia entre ejes a es el ancho de distribución de la carga P es el peso específico de la tierra

Se considera ancho de distribución de la carga al largo del durmiente más 2 veces la altura del chancado bajo el durmiente por la tangente de 30º. Por lo tanto, el largo de distribución en el caso de la trocha ancha, es de (2,75 + 0,35) m; y bajo durmientes de trocha angosta, es de (1,8 +0,35) m. Para el peso específico de la tierra se utiliza normalmente 1,8 ton/m³, salvo que la mecánica de suelos diga otra cosa. Por lo tanto, en trocha ancha, para un Tren Tipo C (24 ton/eje con 1,35 de impacto) puede usarse heq = 4,2 m Esta altura equivalente significa un mayor empuje en los estribos debido a la altura de tierras, sin embargo, se contrarresta con la fuerza resistente que significa poner esta altura en la zapata de los estribos.

5.2.8 Apoyos

Los apoyos tradicionales para los puentes ferroviarios de vigas de acero, son de fierro fundido con un σadm = 5.000 kg/cm². En la actualidad se utiliza apoyos de acero A 37 fundido con σadm= 6.500 kg/cm². Estos apoyos tienen una línea o un punto como superficie de contacto y se calculan según la fórmula de Hertz:

RbAE

××

= 423,0σ

donde: E es el módulo de elasticidad en ton/cm² A es la reacción en ton b es el largo de la rótula o rodillo en cm R es el radio de la rótula o rodillo en cm Estos apoyos se recomiendan para luces mayores a 20 m; para luces entre 20 m y 10 m se usan las placas metálicas; la superior lisa y la inferior convexa, para permitir el giro. Para luces menores a 10 m se usan placas lisas. En los Anexos de esta Sección se entrega un plano tipo de apoyos. En la actualidad, para luces mayores a 20 m se están usando apoyos importados similares a los del plano tipo, pero con placas metálicas de acero inoxidable y superficies en contacto de teflón (Cernoflón), y para luces menores a 20 m, las placas reforzadas de neopreno (Norma UIC 772-2).

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5.2.9 Fuerza Centrífuga

Entre los puentes existentes, hay algunos con la vía en curva. La fuerza centrífuga que se produce está dada por la fórmula que considera el esfuerzo vertical, la velocidad y el radio de la curva, y se aplica a 2 m sobre el borde superior del riel:

RVPH g 127

2××=

ϕ

donde: V = velocidad máxima del sector, en km/h P = peso por eje/m φ = coeficiente dinámico R = radio de la curva en m

En esta fórmula, se puede observar por el factor V²/127R que para mantener una fuerza lateral controlable, para mayores velocidades, mayores deben ser los radios de curva. Para cargar aproximadamente igual a ambas vigas principales, se debe tomar en cuenta en los puentes de vía inferior, que el punto medio del eje del puente se encuentre al interior, en una distancia igual al tercio de la flecha del arco del eje de la vía. En los puentes de vía superior se colocará la vía en curva de manera tal que ambas vigas trabajen de la misma forma.

Las vigas principales deberán calcularse ambas para el mayor esfuerzo.

5.2.10 Presión de Viento

Tradicionalmente, se ha tomado los valores indicados en el antiguo Reglamento Alemán, es decir 150 kg/m² para puentes cargados y 250 kg/m² para puentes descargados. En Chile, debido al clima más benigno que el europeo, se puede realizar la verificación de la resistencia del puente a este esfuerzo lateral, considerando una presión de 150 kg/m² sobre la superficie del tren vacío, de 3,5 m de altura sobre los rieles y sobre la correspondiente superficie de puente, ya sea de alma llena o reticulado.

5.2.11 Choque Lateral

Los trenes al desplazarse sobre los rieles producen un esfuerzo lateral, llamado choque lateral o efecto de lazo (lacet), que se ha considerado habitualmente en 6 toneladas, horizontales a la cabeza del riel, independientemente de la carga vertical existente. Esta carga debe usarse para calcular los arriostramientos de las vigas principales, junto a los esfuerzos producidos por el viento. Se debe considerar esta fuerza de 6 ton en un solo riel, en las dos direcciones, hacia el interior y el exterior de la vía férrea.

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5.2.12 Tableros Abiertos

El tablero abierto, compuesto de travesaños y longuerinas, debe calcularse lo más rígido posible. Para ello se calculan las uniones a las vigas principales y a los travesaños respectivamente, con las cargas del Tren Tipo aumentadas en un 20 %. Las longuerinas deben tener continuidad en los travesaños, para lo cual se calculan con el 80 % del momento máximo de la viga simplemente apoyada cargada con el tren tipo más el 20%, y en la unión a los travesaños, se calcula la placa de continuidad con el 75 % de dicho momento máximo. Además, debe dársele mayor rigidez vertical a las contraventaciones, uniendo el plano de las longuerinas con el plano de los arriostramientos de las vigas principales. En tableros para doble vía, debe suponerse la carga de tren en ambas vías y en el mismo sentido.

5.2.13 Esfuerzo Sísmico El esfuerzo sísmico debe considerarse en el cálculo de los apoyos y en la verificación de la infraestructura, como una fuerza horizontal correspondiente a un porcentaje de todas las fuerzas verticales.

Hsis = C x N En que : C = factor desplazamiento lateral Tradicionalmente, se ha estimado el factor de desplazamiento lateral en 0,20. Sin embargo, según los estudios de estabilidad de los suelos y las zonas del país puede adoptarse valores menores, pero no se recomienda bajar de 0,15.

5.2.14 Puentes con Tablero para Vías Múltiples

En el caso de diseño de tablero para vías múltiples, la sobrecarga móvil se considera como sigue:

• En doble vía el 100% en cada una • Con 3 vías la 3ª vía cargada en 75 % • En la 4ª y más vías la 4ª vía cargada en 50 %.

Por lo tanto, el máximo de trenes simultáneos en vías múltiples, es de 3,25.

5.2.15 Efecto Térmico

Este efecto se considera en los puentes metálicos de más de 50 m de largo y en los apoyos, para verificar los desplazamientos máximos por cambios de temperatura. Para el estudio de los efectos térmicos en nuestro país, se consideran temperaturas extremas de -15º C y +35º C, y temperaturas promedio de 25 a 30 º C.

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Los coeficientes de dilatación más usados son:

• Acero estructural 1,2 *10-5 • Hormigón 1,0 *10-5 • Neopreno 1,43*10-5

5.3 Fundaciones de Puentes

Las fundaciones de los puentes nuevos deben diseñarse para una vida útil mínima de 100 años. Las fundaciones son obras de hormigón armado que deben ser verificadas con las normas propias del hormigón. Tradicionalmente, en EFE se han aceptado fatigas admisibles de suelo entre 2 y 4 kg/cm², pero actualmente deben calcularse con las fatigas admisibles del suelo indicadas por los ensayos de suelos. La verificación de la fatiga admisible, se realizará con el 100 % de los esfuerzos producidos por el tren de carga mayorado con el coeficiente dinámico:

Peso propio + Sobrecarga + Frenaje en caso de apoyos fijos Peso propio + Sobrecarga + Sismo en caso de apoyos móviles

También debe verificarse los estribos para el caso de peso propio sin sobrecarga más sismo. No es necesario verificar el caso de frenaje durante un sismo, y si se hace se acepta una fatiga de suelo aumentada en un 33 % debido a la superposición de cargas eventuales. En el caso de pasos inferiores, es decir que el tren pasa por sobre una carretera, se aceptarán fundaciones directas. En el caso que las fundaciones estén en el lecho de ríos o pasos de agua, deberán hacerse los estudios hidráulicos necesarios para determinar la socavación esperada. Es posible aceptar que los estribos se diseñen con fundación directa puesto que estas estructuras se pueden proteger fácilmente, siempre que se haya estudiado bien su ubicación en la ribera del río, pero en las cepas, situadas generalmente en los lechos de los ríos, las fundaciones deben ser sobre pilotes o indirectas. Sobre los pilotes, hay diversas alternativas de elección, ya sea hincados o preexcavados, de acero en distintos perfiles -tradicionalmente en EFE se hacían de rieles y, más antiguamente, de madera– de hormigón armado in situ o pretensado.

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Los ensayos de mecánica de suelos entregan parámetros que ayudan a determinar el tipo, el largo y la sección del pilote y elegir según la resistencia al hincado vertical, los estratos de suelos que se deban pasar, el comportamiento del suelo hacia los pilotes vecinos, etc. También deben respetarse las normas de diseño de un grupo de pilotes: de 1 a 5 diámetros de separación entre ellos; cabezal que los haga trabajar en conjunto y abarcando un diámetro hacia fuera del último eje de pilotes; en lo posible, no ubicar pilotes en los ejes de la estructura; no utilizar pilotes flotantes, es decir, deben llegar hasta un estrato firme; en caso de pilotes de hormigón, que siempre debe ser armado, diseñarlos con los esfuerzos del pilote más solicitado; en caso de pilotes de rieles u otro perfil metálico, para ser considerados como tales deberán hincarse mínimo 8 m y dar un rechazo de 1 cm en los últimos 20 golpes. Desde hace más de 30 años las universidades investigan el comportamiento del suelo ante cargas estáticas y dinámicas (sismos), haciendo modelos con resortes y amortiguadores, simulando distintas rigideces, tanto para la estructura misma como para la fundación de zapatas o pilotajes, sin embargo no se han entregado normas distintas a lo que tradicionalmente se ha hecho en cuanto a pilotajes y sólo se recomienda un buen estudio de la mecánica de suelos y la observancia estricta de la norma sísmica chilena en cuanto a las zonas sísmicas establecidas. Actualmente, hay programas computacionales, como el Zap 2000, cuyos autores aseguran hacer los mejores diseños, pero no deben aceptarse sin el respectivo respaldo y análisis de un ingeniero calculista.

5.4 Materiales a Utilizar en los Tramos de Puentes

5.4.1 General

La mayoría de los puentes existentes en la red ferroviaria chilena son metálicos, por tres razones fundamentales: 1. Por la característica propia del acero de aceptar cargas cíclicas durante mucho

tiempo (mínimo 1,4 millones de ciclos) 2. Por su menor peso propio, y 3. Por la facilidad de instalación sin mayores interrupciones de tráfico. Sin embargo, estos puentes producen una discontinuidad en las vías férreas, lo que hoy día es muy mal evaluado para los trenes de pasajeros que buscan priorizar la comodidad. Por tal motivo, en los ferrocarriles de alta velocidad, en países europeos y Japón, con trazados totalmente nuevos, los puentes son todos con tableros de hormigón armado, de manera de dar continuidad a la vía férrea balastada (con piedra chancada), y de disminuir las interferencias naturales entre el tráfico y el mantenimiento.

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En Chile, como no hay vías separadas para la carga y los pasajeros, se está imponiendo el concepto de no tener interrupciones de vía balastada en luces menores a 25 metros, por lo tanto, los puentes de 25 m o menos deben ser con tablero de hormigón armado y para luces mayores, en lo posible, en tanto el factor económico no sea preponderante. En las últimas líneas construidas en EFE, en la década de 1950 y 1960, donde no se presentaban problemas de tráfico, los puentes fueron diseñados íntegramente en hormigón, en forma independiente de sus luces.

5.4.2 Acero Estructural

La norma de EFE para el cálculo de puentes metálicos es de 1947, por lo tanto se refiere a los aceros existentes a esa fecha y hace la siguiente diferenciación: • Para puentes existentes debe considerarse acero con límite de fluencia de

2.200 kg/cm². Sin embargo, en la mayoría de los ensayes realizados a partes de elementos de puentes de principios de siglo, se encontró que las fatigas admisibles igualaban o superaban al acero A 37-24 ES actual.

• Para puentes nuevos, se refiere a los aceros dulce St.37 y de alta calidad St.48 y

St.52 que corresponden a denominaciones de la antigua norma DIN. También acepta los fierros y aceros fundidos para los apoyos, y la diferenciación entre ellos era por el porcentaje de carbono: con más de 0,5% de C se considera acero. Actualmente, hay muchos tipos de acero dependiendo de su composición química, su resistencia a la ruptura, su límite de estiramiento y porcentaje de él antes de la ruptura. Además, en la norma americana AREMA y en la norma de EFE en preparación, se recomienda conocer la resistencia a los impactos de los aceros. En la norma chilena NCh 203 Of. 77 se establecen los aceros A 37-24 ES, A 42-27 ES y A 52-34 ES, correspondiendo el primer número a la fatiga de ruptura, el segundo a la fatiga de fluencia (límite de estiramiento), ambas en kg/mm² y las letras ES a Estructural Soldable.

Los trenes o cargas móviles provocan en el acero fatigas que varían de modo alternativo y frecuente entre 0 a un máximo y/o de compresión a tracción, motivo por el cual, en caso de acero tradicional, se usa el método elástico de cálculo. Hasta la fecha, no es posible establecer exactamente el número de ciclos reiterativos (histéresis) que resisten los aceros, por lo tanto, no se conoce exactamente la vida útil de los puentes y es bastante variable en los distintos elementos del puente dependiendo de cómo trabajan dichos elementos: • Para calcular el nº de ciclos de las longuerinas, se multiplica el nº de ejes de un

tren por el nº de trenes y por el tiempo de trabajo. • Para calcular el nº de ciclos de las vigas principales o cordones de los puentes,

sólo hay que multiplicar el nº de trenes por el tiempo de trabajo.

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Lo anterior es válido si nunca se ha hecho trabajar el acero a fatigas superiores a la fluencia. Una importante desventaja del acero en la construcción de nuevos puentes, es la corrosión, inherente al material, la que debe ser permanentemente controlada con un plan de mantenimiento adecuado, para evitar pérdidas de sección excesivas, y que requiere tener que realizar el cambio del perfil comprometido cuando ya no es posible controlar la corrosión con el esquema de pintura. Actualmente existen pinturas anticorrosivas y esmaltes de recubrimiento de excelente calidad, así como también existen aceros inoxidables, pero indudablemente esto encarece los costos de inversión y mantenimiento. Los primeros puentes de ferrocarriles se protegieron con pintura alquídica que dio regular resultado, por lo que Ferrocarriles en los años 80 estudió el tema con diversos proveedores de pinturas, alquídicas, vinílicas y epóxicas, estableciendo una norma que balancea los costos con la efectividad de la protección, la que está basada en el Manual del Instituto Chileno del Acero para protección de las estructuras metálicas y en el Steel Structures Painting Council, de EE.UU. En lo medular, esta norma indica 4 puntos: 1. Preparación y Limpieza de las superficies, a metal blanco o arenado comercial,

dependiendo si el acero es nuevo o está muy deteriorado por el óxido. 2. Imprimación anticorrosivo vinílico de 2 manos de 1,5 mils c/u, en colores

diferentes para efectos de control. 3. Esmalte de terminación vinílico en 2 manos de 1,5 mils c/u, también en colores

diferentes para mejor inspección. 4. Sellado de intersticios, con masilla compatible con la pintura. En el diseño de puentes metálicos, se utiliza un peso específico del acero de 7,85 ton/m³ y un coeficiente de dilatación de 1,2*10-5.

5.4.3 Hormigón Armado

Este material está regulado por las normas del Instituto Nacional de Normalización, INN, para todas las obras estructurales que se construyan en el país, por lo tanto el cálculo de puentes ferroviarios también debe ceñirse a ellas. Especialmente, debe consultarse las normas chilenas NCh.170 Hormigón. Requisitos generales y la NCh.430 Hormigón armado. Requisitos de diseño y cálculo. Obviamente, deben exceptuarse los puntos o artículos referentes a las cargas a considerar, los factores a aplicar y las combinaciones de cargas, que por ser específicas a ferrocarriles serán consultadas en las Normas de EFE o AREMA. De acuerdo a lo anterior, el ingeniero calculista podrá diseñar con hormigón armado, hormigón pretensado o postensado, utilizando el método de los estados límites o el de fatigas admisibles, según norma provisoria de EFE “Diseño de Puentes”.

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También puede utilizarse soluciones mixtas para disminuir los pesos propios o carga muerta. Especialmente recomendables son las vigas principales de acero o de hormigón pre o postensado y el tablero de losa de hormigón armado. Hay que hacer notar que, en el país existen normalmente los aceros para hormigón A 44-28 H y A 63-42 H, y que los aceros para hormigones postensados o refuerzos especiales, con resistencia a la fluencia mayor a 42 kg/mm² deben ser traídos del extranjero o solicitarlos especialmente a la industria nacional. Ver norma NCH-430, basada en los Códigos ACI. Se debe tener presente que todos los puentes nuevos, menores de 25 metros de luz libre, deben diseñarse con tablero de hormigón armado, y programar su construcción en variante o vía provisoria, para mantener el tráfico ferroviario. En el caso de vigas metálicas con losa colaborante, debe consultarse las normas AASHTO, especialmente el punto concerniente al esfuerzo de corte y los conectores (Capítulo 10.38 Composite Girders), puesto que este elemento, que debe transmitir esfuerzos de corte vertical y horizontal bastante mayores que en los puentes carreteros, no aparece en las normas específicas para puentes ferroviarios, AREMA.

En el diseño de puentes de hormigón se utiliza un peso específico del hormigón sin armar de 2,4 ton/m³, y de hormigón armado de 2,5 ton/m3 .

5.4.4 Otros Materiales

Evidentemente existen otros materiales, como el aluminio o el titanio, que pueden servir para diseñar y construir puentes ferroviarios, pero aún no están normalizados, y como no son de uso corriente, su costo es altísimo.

Cualquier material, distinto del acero y del hormigón, que quiera ser utilizado por los ingenieros proyectistas para diseñar puentes ferroviarios, o elementos de ellos, deberá ser presentado con todas las licencias y normas para su uso; además, deberán avalarse con experiencias previas comprobables y por expertos reconocidos en el país. Como un ejemplo de uso de material no probado lo suficientemente a la fecha, como para conocer su comportamiento en puentes ferroviarios para velocidades mayores a 140 km/h, es el sistema de muros de tierra retenida en estribos o suelos armados en los terraplenes de acceso a los puentes.

5.5 Viaductos o Pasos Inferiores

Estas estructuras son puentes ferroviarios que pasan por sobre caminos o carreteras.

Se diseñan como cualquier puente exceptuando la parte arquitectónica, la cual debe seguir la pauta que generalmente establecen los requisitos de urbanismo y los requisitos viales indicados en el Manual de Carreteras para las vías interurbanas y el REDEVU para las urbanas.

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En estos puentes se recomiendan las vigas invertidas, para alejarlas de posibles choques laterales por causa de la falta de gálibo para algunos vehículos de calle. Por igual motivo, para prevenir choques laterales al puente ferroviario, se deben instalar señales o galibómetros a la entrada del viaducto, Si hay cepas expuestas al tráfico carretero, deberán verificarse para una fuerza de choque de 100 ton en la dirección del tráfico, y de 50 ton, en sentido perpendicular al tráfico, aplicada a 1,2 m sobre el pavimento.

5.6 Alcantarillas Las alcantarillas son las obras ferroviarias de luces iguales o menores a 4 m. En la red ferroviaria hay muchos tipos diferentes de estas obras. Algunas de ellas se hicieron provisoriamente, pero llevan años sin reconstruirse, como son por ejemplo, los emparrillados de rieles, o paquetes de rieles, o vigas sobre apoyos de madera o simplemente sobre el terreno. Todas estas obras deberían ser remplazadas a la brevedad. También se debería ir eliminando todas las obras menores de menos de 1m de diámetro, ya que es muy difícil mantener la limpieza necesaria de la sección. Asimismo, hay que considerar para estas obras una vida útil de máximo 50 años, y reconsiderar el caudal de aguas que pasa por ellas y la necesidad de mantener, agrandar o eliminar la alcantarilla.

El uso de sifones se aceptará en casos muy especiales, pues la mayoría de ellos no funciona bien, pues necesitan de mantenimiento permanente para el libre escurrimiento de las aguas. En el punto 5.12 de esta sección se entregan planos tipos de las obras de alcantarillas recomendadas, como son los marcos cerrados de hormigón armado de 1m*1m; de 1,5m * 1,5 m; de 2m * 2m y de 3m *4m, que son las secciones más recurrentes. También se incluye un plano tipo de alas en V, adaptable a cualquier marco o tubo de hormigón armado o tubo de acero. Junto con el diseño de estas obras menores, el ingeniero proyectista debe considerar el método constructivo que permita la menor interrupción de tráfico posible, por lo cual se recomienda la prefabricación de los marcos de hormigón armado en módulos que respondan a lo siguiente:

• Peso máximo de acuerdo a la capacidad de las grúas que se disponga, y • Junta de unión en terreno fuera del campo de distribución de fatigas bajo los

durmientes. 5.7 Ductos Subterráneos

Estos ductos son de menor diámetro que una alcantarilla y son en su gran mayoría solicitados por terceros para atravesar bajo la vía férrea con cañerías a presión y cables para energía y comunicaciones.

Para estos ductos, EFE exige las siguientes condiciones:

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• Las cañerías a presión deben llevar camisa de refuerzo, ya sea de acero estructural, aceros corrugados u hormigón armado, de un diámetro igual al doble del diámetro de la cañería de trabajo.

• La camisa de refuerzo debe estar a mínimo un metro bajo la cara inferior de los durmientes de la vía.

• En caso de tratarse de cables de comunicación, se acepta la camisa de PVC o similar, a 1,4 m bajo la cara del durmiente, ya que hay estudios que demostraron que a una distancia menor, el PVC empieza a tener deformaciones por la carga del tren.

• Los ductos deben tener a ambos lados de la faja vía, cámaras de inspección y con válvulas de corte en el caso de agua a presión. Estas cámaras se deben ubicar en lo posible, a no más ni a menos de 6 m del eje de la vía más al exterior.

• Los gaseoductos deberán ser diseñados con las Normas AREMA, ANSI/ASME B31.8, pero en ningún caso, el espesor de la cañería de refuerzo o de la de trabajo si no hay refuerzo, será menor a 9 mm.

• Las cañerías de baja presión que no lleven camisa de refuerzo, no deberán llevar soldaduras de terreno bajo la faja vía, y deberán protegerse con plástico de color a 50 cm de profundidad bajo la cara inferior del durmiente y tener señalización a ambos lados de la faja vía.

• EFE exige memoria de cálculo para todos los gasoductos y, en los demás ductos, en el caso que tengan características diferentes a lo establecido en el todavía vigente “Reglamento de Ductos para atravesar con sólidos, líquidos o gases las líneas de los Ferrocarriles del Estado”.

5.8 Gálibo de Túneles

Lo más importante a tener en cuenta acerca de los túneles, es el gálibo ferroviario. Este gálibo lo determina la empresa ferroviaria que usará esta obra, ya que depende del gálibo del equipo a utilizar y del sistema de tracción, aunque siempre será conveniente dejar el espacio necesario y suficiente para la catenaria de tracción eléctrica. No sólo debe considerarse el gálibo necesario y suficiente para que pasen los trenes existentes en la red ferroviaria, sino que además, hay que considerar el espacio para permitir el eventual tránsito de personas, ya sea por emergencias o por faenas de mantenimiento.

También hay que considerar para la proposición del gálibo, el efecto de émbolo que se produce con el aire debido a la velocidad del móvil, especialmente en caso de túnel para 2 vías.

En caso de ser necesario construir túneles paralelos, la separación mínima entre sus muros deberá justificarse con los estudios geológicos correspondientes. El gálibo utilizado por EFE se incluye en los anexos de esta sección.

5.9 Pasos Superiores

Para ferrocarriles, los pasos superiores son las obras estructurales que pasan por sobre las vías férreas, y pueden ser puentes carreteros, pasarelas peatonales o ductos aéreos.

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Estas obras son construidas por terceros que deben ser autorizados por EFE a atravesar la faja de vías férreas. En cuanto al diseño, actualmente EFE exige el gálibo vertical ferroviario y que los estribos se construyan fuera de la propiedad de la empresa, independientemente del largo del atravieso. En casos excepcionales, se podrá solicitar a EFE la compra de terrenos a ambos lados de su faja vía, como asimismo, si fuera necesario, la autorización para construir algún apoyo intermedio en terrenos de entrevías. Estos apoyos intermedios deben ser materia de una consideración muy cuidadosa y el ideal es que no se autoricen, por razones de seguridad. Para todas estas obras, el proyectista deberá considerar que no se pueden realizar excavaciones de ningún tipo a menos de 3 m del eje de la vía más próxima. En caso de ser necesarias excavaciones a una menor distancia o de una profundidad mayor a 1,5 m bajo la cara inferior del durmiente, deberá presentarse el correspondiente proyecto de entibaciones para trabajar con tráfico. También se debe tomar en cuenta que por debajo de estas obras, pasará la catenaria energizada de Ferrocarriles, por lo que se debe tomar precauciones durante la construcción y, en caso de pasarelas peatonales, diseñar protecciones permanentes para evitar accidentes. En el caso de ductos aéreos de líneas energizadas, gaseoductos u oleoductos, EFE exige el cumplimiento de las normas de la Superintendencia de Electricidad y Combustibles.

5.10 Cierros de la Vía

5.10.1 General

Inicialmente, cuando se empezó a construir la red ferroviaria, la faja de las vías férreas era delimitada por muros de ladrillo en las zonas urbanas, y por cercos de alambres en las zonas rurales. Pese a que la ley establece que son los propietarios colindantes los responsables del mantenimiento de estos cercos, con el tiempo se fueron deteriorando, ya sea por el desgaste natural o por destrucción deliberada por terceros. En la actualidad, en la mayoría de los sectores es imprescindible cerrar la faja vía para que los trenes puedan circular en forma segura, a la velocidad y con la frecuencia que se propone en los nuevos proyectos ferroviarios. Por lo tanto, se considera conveniente normalizar el tipo de cierros para diversas circunstancias de uso. En el último tiempo se ha estudiado diversos proyectos ferroviarios, los que han propuesto una serie de cierros de diverso tipo, los que pueden agruparse como sigue.

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5.10.2 Cierros para Zonas Urbanas muy Pobladas y Entornos de Estaciones

En estos sectores se recomienda instalar dos tipos básicos, según la aplicación: • Cierros de muros llenos: albañilería de ladrillos u hormigón armado. Los cierros

pesados de hormigón prefabricado han dado buenos resultados. No así los cierros de placas de hormigón (tipo bulldog), que están fácilmente expuestos a actos de vandalismo y son objeto de robos.

• Cierros de reja tipo Metro: en estaciones y sectores urbanos donde predominan los conceptos de estética y paisajismo.

5.10.3 Cierros para Zonas Urbanas Medianamente Pobladas

En estos sectores se recomienda instalar dos tipos básicos, según la aplicación: • Cierros de malla metálica reforzada. Los cierros de mallas prefabricados tipo

Acmafor han dado buenos resultados. • Cierros de reja tipo Metro: en estaciones y sectores urbanos donde predominan

los conceptos de estética y paisajismo. 5.10.4 Cierros para Zonas Rurales

En estos sectores se recomienda instalar cierros transparentes, preferentemente de alambre de púas. En los sectores cercanos a centros poblados o donde se requiera un cerco de mayor estándar, se recomienda utilizar postes prefabricados de hormigón con codo tipo A45 y 8 corridas de alambre de púas, como se muestra en el diseño en anexos. En otras zonas se puede instalar los cercos de 5 hilos de alambres de púas según el modelo estándar del Manual de Carreteras del MOP.

5.11 Obras de Arte Complementarias

Se entiende por obras complementarias, las que, como su nombre lo indica, sirven para complementar un diseño de obra ferroviaria, ya sean obras provisionales para mantener el tráfico de los trenes, u obras definitivas, como las utilizadas para la defensa de los puentes y de terraplenes.

5.11.1 Obras Provisionales Una obra muy utilizada en Ferrocarriles, tanto para construir puentes o ductos

subterráneos, como para reanudar el tráfico luego de un accidente en la vía férrea, es la colocación de tramos metálicos existentes en EFE, de diversas luces, para formar puentes provisorios que permiten construir, reconstruir o reparar obras de hormigón armado o terraplenes bajo la luz libre que dejan.

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Estos tramos se colocan con “cortadas de tráfico”, cuya duración dependerá de la densidad de tráfico del sector, pero que en general no son de más de 4 horas, en las cuales deben hacerse los diferentes trabajos necesarios: desarmar la vía férrea, construir apoyos con castillos de 2 corridas de durmientes, colocar el o los tramos provisorios previamente preparados con los durmientes de trabajo y rearmar la vía.

Las “cortadas de tráfico”, una vez autorizadas por EFE, las solicita un inspector de

vía a un inspector de tráfico y pueden o no, dependiendo de los elementos a utilizar en las maniobras, necesitar cortadas de energía por la catenaria en el caso de vías electrificadas.

Cuando el tramo o la luz libre necesaria es pequeña, se utilizan paquetes de rieles

como vigas provisorias, en la misma forma descrita en el punto anterior. Otras obras provisorias son las entibaciones, necesarias cuando la luz libre de los

tramos provisorios no permiten dejar el talud natural en las excavaciones. Para ellas se deben presentar los cálculos y croquis correspondientes para la aprobación de EFE.

5.11.2 Obras Definitivas

La defensa fluvial de los puentes, es una obra definitiva que permanentemente hay que inspeccionar y controlar, puesto que las condiciones que sirven para el diseño, pueden cambiar con el transcurso de los años. En primer lugar, es necesario realizar el estudio hidráulico del río que pasa bajo el puente, con el perfil longitudinal del eje hidráulico y perfiles transversales, que comiencen, en lo posible, desde otro puente aguas arriba, hasta 100 m aguas abajo del puente ferroviario. Con este estudio deberá decidirse por la defensa más apropiada para las cepas y los estribos. Lo recomendable para puentes existentes es la protección con piedra de defensa de regular tamaño, es decir entre 800 y 1500 kilos, y su colocación una a una. En el caso de protección de taludes, debe comenzarse la colocación de piedras, aproximadamente 1m bajo la socavación esperada formando un pie de talud y subiendo con una inclinación de 1 V : 1,5 H. También son aconsejables en las luces más expuestas a socavación, hacer radieres o zampeado con piedra de defensa menor, entre 300 y 800 kilos, y hormigón H5 con un diente de 50 cm de profundidad mínima y 30 cm de ancho al comienzo del radier. Este diente se puede ver en lámina tipo de alas en V. En el caso de ser necesario proteger los terraplenes de la vía férrea, lo más aconsejable son los muros de hormigón armado. Estos deben calcularse para el empuje de tierra natural, el empuje debido a la sobrecarga móvil y el sismo correspondiente.

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5.12 Evaluación de Obras Existentes

5.12.1 General Las obras de arte existentes deben evaluarse según cómo y cuándo fueron diseñadas. Las obras de hormigón armado de principios del siglo XX (≈ 1920) pueden tener defectos de construcción inherentes a esa época, sin embargo han durado bastante más de 50 años. Por lo tanto, la decisión a tomar es si se conserva como monumento o se demuele, pero no se puede pretender que la obra siga prestando servicios sin restricciones para las condiciones de velocidad y confort que hoy en día se les exige a las obras ferroviarias. Los puentes de hormigón armado pueden ser reparados restableciendo el recubrimiento de sus enfierraduras, pero en ningún caso aumentar su capacidad por encima del equivalente al tren tipo C. Lo mismo puede decirse de los puentes de acero de 1900 a 1920. Éstos, por muy bien conservados que estén, y aunque sean reforzados, deben ser mantenidos con las restricciones necesarias para no producir su fatigamiento definitivo. Se considera imprescindible para la red ferroviaria de la Red Sur ir renovando todos los puentes, empezando por los más antiguos.

En años recientes expertos japoneses y franceses han hecho estudios de los puentes de la Red Sur de EFE. Es conveniente indicar aquí la recomendación de estos expertos, por considerarse completamente pertinente. Ambos estudios señalaron la necesidad de mantenimiento de los puentes de acero fijando sus fatigas de trabajo por debajo de los 1400 kg/cm², y rigidizando los puentes de vía inferior con un colgador entre longuerinas y arriostramientos horizontales, para permitir la velocidad máxima posible de 140 km/h.

5.12.2 Recomendaciones para Reforzar Puentes de Acero

1. Verificar si se han hecho refuerzos anteriores y si existen elementos con acero

original. 2. En lo posible, establecer los ciclos que han soportado los aceros antiguos. 3. Debe establecerse el porcentaje de corrosión existente, y limpiar y colocar

anticorrosivos antes de poner los elementos nuevos. 4. El espesor mínimo de los nuevos perfiles y planchas debe ser 10 mm. 5. Cuando existan dudas sobre el estado de dichos aceros, debe preferirse la

renovación completa del elemento -longuerinas, travesaños, diagonales-. 6. Deben revisarse las uniones y utilizar el mismo tipo de conectores en cada

nudo, es decir, no mezclar remaches en caliente con remaches en frío. 7. En los elementos reemplazados o reforzados, debe removerse la totalidad de

los remaches. Su reemplazo puede hacerse por pernos tipo Huck (Huckbolt). 8. En los puentes de vía superior debe revisarse la estabilidad lateral de los

tramos, tomando en cuenta que la mayoría son simplemente apoyados.

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9. Los aceros de los años 1900 a 1940 aproximadamente, no garantizaban la soldabilidad, por lo tanto no es conveniente usar soldaduras en ellos.

10. Por último, los refuerzos no deberán realizarse para un tren de cálculo superior al tren tipo C, puesto que éste ya implica un 50 % de aumento sobre el primer tren tipo.

En cuanto a la infraestructura de los puentes, prácticamente, el mejor método para estimar el estado de los estribos y cepas de un puente es la inspección visual y el diagnóstico subjetivo: 11. Determinar si existen fisuras. Si así fuera, pueden marcarse con testigos que

permitan visualizar cualquier cambio en ellas para detectar una situación de riesgo, siendo lo más recomendable en caso de fisuras que aumentan, tomando en cuenta los años de vida útil que tienen las cepas o los estribos, la reconstrucción de la estructura.

12. Instalarse en estribos y cepas para sentir las vibraciones que se producen al paso de los trenes, las que no debieran ser mayores a las producidas por sismos leves (grados 2 a 3 de la escala de Mercalli).

Además, es muy conveniente determinar periódicamente las posibles socavaciones, especialmente en la zona central de Chile, debido al irregular caudal y escurrimiento de las aguas de estos ríos, a fin de proteger anticipadamente las cepas y estribos en forma directa.

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5.13 Normas Pertinentes 5.13.1 Normas Obligatorias

1. Todas las normas que la Empresa de Ferrocarriles tenga en vigencia a la fecha de consultar estas Recomendaciones de Diseño.

2. Todas las normas chilenas INN-NCh, relacionadas con el diseño, cálculo,

especificaciones de materiales y construcción de obras.

5.13.2 Normas Recomendables

1. Manual for Railway Engineering, publicado por la “American Railway Engineering Association”, AREMA.

2. Normas relacionadas con puentes publicadas por la “American Association of

State Highway and Transportation Officials”, AASHTO.

3. Manual de Normas del Código Internacional UIC.

4. Manual del Instituto Chileno del Acero.

5. Códigos para protección de estructuras metálicas, Steel Structures Painting Council SSPC.

6. Normas para perfiles soldados y soldaduras de unión de la “American Welding

Society”, AWS.

7. Normas para la especificación de materiales de la “American Society for Testing Materials”, ASTM.

5.14 Gráficos y Esquemas en Anexo

1. Tabla 1-17 de Norma AREMA: Esfuerzos producidos por tren tipo Cooper E-80. 2. Marco tipo de H. A. de 1m x 1m. 3. Marco tipo de H. A. de 1,0m x 1,5m. 4. Marco tipo de H. A. de 2m x 2m. 5. Marco tipo de H. A. de 2,5m x 4,5m. 6. Gálibo mínimo para Túneles subterráneos, trocha 1,676 m. 7. Solución tipo para reemplazo de tramos metálicos.

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Tabla 1-17 del Manual AREMA Esfuerzos Producidos por Tren Cooper E-80

Luz Reacción

Total a 1/4 Extremo a 1/4 Centro Max. Apoyo[ft] [ft-kips] [ft-kips] [kips] [kips] [kips] [kips]5 50,00 37,50 40,00 30,00 20,00 40,006 60,00 45,00 46,67 30,00 20,00 53,337 70,00 55,00 51,43 31,43 20,00 62,868 80,00 70,00 55,00 35,00 20,00 70,009 93,89 85,00 57,58 37,78 20,00 75,76

10 112,50 100,00 60,00 40,00 20,00 80,0011 131,36 115,00 65,45 41,82 21,82 87,2812 160,00 130,00 70,00 43,33 23,33 93,3313 190,00 145,00 73,84 44,61 24,61 98,4614 220,00 165,00 77,14 47,14 25,71 104,2916 280,00 210,00 85,00 52,50 27,50 113,7418 340,00 255,00 93,33 56,67 28,89 121,3320 412,50 300,00 100,00 60,00 28,70 131,1024 570,42 420,00 110,83 70,00 31,75 147,9228 730,98 555,00 120,86 77,14 34,29 164,5832 910,85 692,50 131,44 83,12 37,50 181,9436 1.097,30 851,50 141,12 88,90 41,10 199,0640 1.311,30 1.010,50 150,80 93,55 44,00 215,9045 1.601,20 1.233,60 163,38 100,27 45,90 237,2550 1.901,80 1.473,00 174,40 106,94 49,73 257,5255 2.233,10 1.732,30 185,31 113,58 52,74 280,6760 2.597,80 2.010,00 196,00 120,21 55,69 306,4270 3.415,00 2.608,20 221,04 131,89 61,45 354,0880 4.318,90 3.298,00 248,40 143,41 67,41 397,7090 5.339,10 4.158,00 274,46 157,47 73,48 437,15

100 6.446,30 5.060,50 300,00 173,12 78,72 474,24120 9.225,40 7.098,00 347,35 202,19 88,92 544,14140 12.406,00 9.400,00 392,59 230,23 101,64 614,91160 15.908,00 11.932,00 436,51 265,51 115,20 687,50180 19.672,00 14.820,00 479,57 281,96 128,12 762,22200 23.712,00 17.990,00 522,01 306,81 140,80 838,00250 35.118,00 27.154,00 626,41 367,30 170,05 1.030,40300 48.800,00 38.246,00 729,34 426,37 197,93 1.225,30350 65.050,00 51.114,00 831,43 484,64 225,51 1.421,70400 83.800,00 65.588,00 933,00 542,40 252,44 1.619,00

Momento Max Esfuerzo de corte máximo

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5.15 Bibliografía

1. Normas Técnicas para el Cálculo de Puentes Ferroviarios EFE, 1947

2. EFE-NSF-13-001 Normas de Seguridad para Obras de Arte 3. EFE-NTF-13-001 Normas Técnicas para el Diseño de Puentes

Ferroviarios 4. Manual for Railway Engineering, Chapter 8, 15

AREMA, USA, 2002 5. Standard Specification for Highway Bridges

AASHTO, USA, 1998

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A N E X O S

Anexo 5-1 Alcantarilla tipo 1.00x1.00 Anexo 5-2 Alcantarilla tipo 1.00x1.50 Anexo 5-3 Solución tipo reemplazo tramos metálicos Anexo 5-4 Alcantarilla 2.00x2.00 AI Anexo 5-5 Alcantarilla 4.50x2.55 AI Anexo 5-6 Gálibo Túnel

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RECOMENDACIONES DE DISEÑO PARA PROYECTOS DE INFRAESTRUCTURA FERROVIARIA

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