Modelação de Ponte Metálica Ferroviária

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Modelación de un Puente Metálico Ferroviario de 
Armadura 
 
 
Autor: Isaac Yaw Asare 
 
Tutor: Ing. Alejandro Fernández Brito 
 
 
Santa Clara 
2009-2010 
 
 
I 
 
PENSAMIENTO 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
The best preparation for tomorrow is to do today’s work superbly well. 
Sir William Osler 
II 
 
 
 
DEDICATORIA 
Este trabajo está dedicado a toda mi familia, 
especialmente a mi mama Agnes Pentiwah, a 
mi hermano Mark Pimpong, a mi tutor y 
todos los profesores que han contribuido a mi 
formación profesional. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
III 
 
AGRADECIMIENTO 
En primer lugar quisiera agradecer a Dios todos Poderoso 
por guiar y protegerme durante todo el tiempo. 
A mi familia y mis hermanos por sus apoyos inmensos. 
A mi tutor Ing. Alejandro Fernández Brito por 
brindarme todos sus conocimientos, experiencias y sobre todo su 
ayuda y su tiempo. 
A todos los profesores de la Facultad de Construcciones que 
me impartieron sus conocimientos durante todos estos años, que 
ellos han sido un buen ejemplo para mí. 
A una persona muy especial y significativa en mi vida, que 
gracias a su apoyo y su amor, te quiero Nanipo Yendoume 
Pelagie (PEPE). 
A todos mis amigos y compañeros que me han apoyado en mi 
vida estudiantil. 
 
IV 
 
RESUMEN 
En la tesis se realiza un estudio del estado técnico de un puente metálico ferroviario de 
armadura, motivado por alteraciones que han sufrido sus elementos componentes. Los 
estudios comprendieron estudio de documentación existente, levantamiento patológico 
y estructural, realización de ensayos al acero que compone la estructura del puente, 
ensayos de carga no destructivos, modelación estructural y se analizaron los resultados 
de los mismos. Haciendo uso del modelo que mejores resultados daba comparándolos 
con los resultados de un ensayo diagnostico, se determino el tren crítico y se evaluó la 
estructura por dos métodos tensiones admisibles y estados límites para el tren critico. 
Se estimo la carga equivalente accidental móvil que es capaz de soportar la estructura 
por los dos métodos antes mencionados y se realizo el diagnostico técnico del puente 
atreves de todos los estudios y análisis realizados. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
V 
 
 
SUMMARY 
This thesis was realized to study the technical state of a metal rail bridge made up of 
truss elements. It was realized due to some alterations that the bridge elements and 
components have suffered. The study comprises with, study of existing documentation, 
pathological and structural aspect of the bridge, laboratory test of the steel, non 
destructive load test, structural modeling were realized, and the results were analyzed, 
making use of the model that offer better results when it is compared with the result 
obtained from the diagnostic test. The critical train was determined and the structural 
aspect of the bridge was determined by two methods: permissible tensions and Limits 
states. The estimated equivalent live load that the bridge structure can support was also 
calculated by the above mentioned methods and all the studies, technical diagnostics of 
the bridge were realized from the results obtained. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
VI 
 
Tabla de Indice 
1.1 ESTADO DE ARTE DE LA TEMATICA ............................................................................................. 15 
1.2 Puentes metálicos de armadura ferroviarios. ............................................................................. 15 
1.3 Partes fundamentales de puentes de armadura: ....................................................................... 16 
1.4 Trabajo estructural según mecánica clásica de los elementos de las Armaduras. ..................... 18 
1.5 Secciones de los elementos de la armadura: .............................................................................. 18 
1.6 Aparatos de Apoyo:..................................................................................................................... 19 
1.7 Métodos de evaluación experimental ........................................................................................ 20 
1.8 Ensayos Diagnósticos .................................................................................................................. 20 
1.9 Ensayos de Prueba ...................................................................................................................... 21 
1.10 Evaluación aplicando ensayos de diagnóstico y modelación ...................................................... 22 
1.11 Ensayos e instrumentación ......................................................................................................... 23 
1.12 Definiciones de extensométricas. Conceptos básicos ................................................................ 24 
1.13 Clasificación de las medidas extensométricas: ........................................................................... 24 
1.14 Modelación de estructuras ......................................................................................................... 27 
1.15 Modelación numérica aplicada ................................................................................................... 29 
1.16 Clasificación del esquema general de los análisis de la modelación a partir de subdividirlo en 
diferentes etapas: ................................................................................................................................... 32 
1.17 Modelación con manifestaciones patológicas. ........................................................................... 35 
1.18 Análisis de los resultados ............................................................................................................ 35 
1.19 Calibración del modelo. .............................................................................................................. 36 
1.20 Características específicas de los puentes metálicos ferroviarios. ............................................. 36 
1.21 La seguridad en puentes ferroviarios. ........................................................................................ 37 
1.22 Principales acciones y cargas a considerar en puentes metálicos ferroviarios con cama de 
madera. ................................................................................................................................................... 37 
1.23 Caracterización de las deficiencias de los puentes. .................................................................... 38 
1.24 Deterioros más comunes en la superestructura de puentes metálicos de ferrocarril. .............. 39 
1.25 Deterioros más frecuentes en puentes de acero de ferrocarril según tipología. ....................... 41 
1.26 Evaluación de Puentes Metálicos Ferroviarios. Particularidades y métodos. ............................ 44 
1.27 Factor de Evaluación. .................................................................................................................. 46 
1.28 Método de Evaluación para Puentes Ferroviarios Metálicos en Cuba. ...................................... 47 
1.29 Conclusiones Parciales del Capítulo. ........................................................................................... 50 
VII 
 
2.1 Puente de Armadura de ferroviario. ........................................................................................... 51 
2.2 Descripción general de puente. .................................................................................................. 51 
2.3 Los principales deterioros, daños y deficiencias detectados en puente. ................................... 55 
2.4 Resume del Análisis del Estado técnico y patológico. ................................................................ 57 
2.5 Ensayos realizados al acero que compone la estructura del puente:.........................................58 
2.6 Análisis micro-estructural. .......................................................................................................... 59 
2.7 Ensayos mecánicos. .................................................................................................................... 59 
2.8 Prueba de carga. ......................................................................................................................... 60 
2.9 Sistema de Instrumentación. ...................................................................................................... 61 
2.10 Adquisición de datos. .................................................................................................................. 62 
2.11 Puntos de Instrumentación. ........................................................................................................ 62 
2.12 Resultados de los ensayos estáticos. .......................................................................................... 64 
2.13 Análisis de los resultados de las pruebas estáticas. .................................................................... 66 
2.14 Resultados de las pruebas dinámicas: ........................................................................................ 66 
2.15 Mediciones del acelerómetro: .................................................................................................... 67 
2.16 Análisis de los resultados de las pruebas Dinámicas. ................................................................. 68 
2.17 CONCLUSIONES DEL CAPITULO II ................................................................................................ 69 
MODELCION DEL PUENTE METALICO FERROVIARIO EN EL SOFTWARE PROFESIONAL 
SAP. ........................................................................................................................................................... 70 
3.1 Modelación de la geometría: ...................................................................................................... 70 
3.2 Modelación de las Cargas: .......................................................................................................... 70 
3.3 Condiciones de apoyo ................................................................................................................. 72 
3.4 Modelo plano (2D) y espacial (3D). ............................................................................................. 73 
3.5 Descripción de los modelos: ....................................................................................................... 74 
3.6 Comparación de las tensiones de los modelos con las del ensayo estático. .............................. 77 
3.7 Evaluación operacional. .............................................................................................................. 79 
3.8 Chequeos de los elementos por Tensiones Admisibles .............................................................. 79 
3.9 Chequeo de momento en la viga longitudinal ............................................................................ 80 
3.10 Chequeo de los elementos a tracción y compresión por Tensiones Admisibles. ....................... 81 
3.11 Chequeo tensiones admisibles de los elementos por cortante: ................................................. 86 
3.12 Chequeos de los elementos por Estados Límites ........................................................................ 87 
3.13 Calculo de capacidad de carga. ................................................................................................... 94 
VIII 
 
3.14 Deformación en el centro de luz ................................................................................................. 97 
3.15 CONCLUSIONES DEL CAPITULO III ............................................................................................... 98 
3.16 RECOMENDACIÓNES ................................................................................................................... 99 
3.17 REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS ................................................................................................. 100 
 
 
 
 
 
 
9 
 
INTRODUCCION 
El ferrocarril en cuba consta de casi 200 años de antigüedad, pues fue introducido a 
principio del siglo XIX en la provincia de Habana. Este está entre los diez primero del 
mundo, entre los tres primero de América y de América latina es el primero e incluso 
está por delante del ferrocarril español a pesar de que por aquellos tiempos los 
cubanos estaban colonizados por España 
en la mayor de las Antillas el transporte por tren es un medio insustituible; pues no hay 
nada que pueda superar las largas distancias de nuestro país y sea económicamente 
factible, la confirmación de la afirmación anterior son las más de 250000 toneladas de 
mercancías y los más de 10milliones de pasajeros transportados en el año 2006. 
En cuba la situación económica de los últimos 18 años no ha permitido mantener un 
régimen de conservación adecuado, lo que unido al desgaste por el uso de los puentes 
ferroviarios, ha agravado la situación, aumentándose el deterioro en muchos de ellos y 
por lo tanto el detrimento de su estado técnico y su condición estructural, existe la 
voluntad en el país de acometer la conservación no solo de los puentes, sino de todo el 
sistema de la red ferroviaria nacional, por lo que se hace necesario un estudio profundo 
y la realización de investigaciones científicas que permitan establecer un sistema de 
conservación. 
Desde el punto de vista técnico - económico es necesario realizar un estudio que 
permite avaluar el estado técnico y validar con mayor grado de efectividad las causas 
que provocan el deterioro técnico del sistema vial ferroviario y por tanto realizar 
proyectos para buscar las posibles soluciones tanto en la superestructura como en la 
infraestructura de los puentes que conforman este sistema. Es de suma importancia la 
revitalización de todos los elementos que carga por vías ferroviarias y es de destacar 
que en otras partes del mundo se realizan trabajos similares, los que no deben ser 
desatendidos. 
En la actualidad es reconocido que contar con diagnósticos técnicos acertados y 
evaluaciones fiables constituyen la premisas fundamental para la realización de 
proyectos de intervención técnica, eficaces y eficientes, y evaluar y diagnosticar rápido 
10 
 
sin hacer uso de ninguna técnica, basándose solo en el conocimiento adquirido por la 
experiencia,(conocido como criterios de expertos),que sin lugar a duda es una técnica 
muy valiosa, podría ser un poco fiable sobre todo cuando hay poca experiencia o alto 
grado de complejidad ;por otro lado, un uso excesivo de las diversas técnicas darían 
sin lugar a dudas como resultados, diagnósticos acertados y evacuación fiable , pero 
falto de optimización en gastos técnicos, económicos y de tiempo, es por eso que para 
poder evaluar y diagnosticar correctamente, se hace necesario combinar técnicas de 
inspección, levantamiento patológico de modelación e instrumentación vinculadas al 
conocimiento, teniendo en cuenta las características de las obras. 
Este tipo de estudio y enfoque de trabajo(combinando y complementando diversas 
técnicas) permite valorar con mayor grado de precisión el estado técnico y conocer las 
causas que propician el mal estado técnico de los puentes ferroviarios y a su vez 
posibilita realizar proyectos de intervenciones técnicas fiables y eficientes desde el 
punto de vista técnico y económico. En la actualidad, dado al bloqueo a que estamos 
sometidos, existe escasez de recursos materiales y financieros. Estos limitan las 
nuevas inversiones, pero favorece, en cierta medida, la necesidad de conservar todo lo 
que está en explotación a disponibilidad de fuerza laboral calificada, permite asegurar, 
que este es el mejor momento para implementar tales trabajos con la garantía de 
alcanzar resultadossatisfactorios. Los puentes tienen valor desde el punto de vista del 
sistema de transporte ferroviario ya que son punto de singlar importancia. Patológico y 
estructural de este tipo de obra. Estos estudios comprenden: estudios documentales, 
patológicos, determinación de la capacidad portante y condiciones de explotación 
mediante la modelación e instrumentación, entre otras técnicas, sin embargo podemos 
señalar que estos estudios solo se han aplicado a puentes de viga. Así pues surge 
este trabajo que consiste en la aplicación de esto estudio e investigaciones con un 
enfoque integrador a un puente metálico ferroviario de armadura. 
 
 
 
11 
 
Objeto de estudio: 
El estudio del estado técnico de un puente metálico ferroviario de armadura tablero 
inferior. 
Hipótesis 
A partir de la combinación y complementación de diferentes métodos y técnicas como: 
estudio documentales, levantamiento estructural y patológico, ensayos de materiales, 
ensayos de carga, calibración y modelación se pueden obtener diagnósticos técnicos 
acertados y evaluaciones más precisas de puentes metálicos ferroviarios de armadura. 
Objetivo general 
Realizar estudios sobre diagnostico técnico y evaluación de puentes metálicos 
ferroviarios, para garantizar diagnósticos acertados y eficientes a partir de la aplicación 
a un puente metálico ferroviario de armadura. 
Objetivo específicos 
 Ampliar los estudios racionados con el diagnostico estructural y patológico en 
puentes metálicos ferroviarios, a partir de su aplicación a un puente de armadura 
tablero inferior 
 Determinar las condiciones operacionales y la capacidad portante de un puente 
metálico ferroviario de armadura mediante la combinación de varias técnicas y 
métodos (estudio documental, levantamiento y análisis patológico, levantamiento 
estructural, ensayos de materiales, modelación, calibración, ensayos de carga) 
Tareas Científicas Técnicas 
1. Recopilación de bibliográfica preliminar, definición aprobación del tema y 
elaboración del plan de trabajo. 
2. Estudio bibliográfico y análisis del arte de la temática. 
3. Estudio y Análisis de la documentación existentes: expediente, planilla de 
inventario, planos con levantamiento estructural y patológico, resultado de los 
ensayos a los materiales (acero). 
12 
 
4. Estudio y Análisis del diseño del sistema de instrumentación y prueba de carga. 
5. Creación de un modelo con elementos lineales asumiendo un comportamiento 
plano de la armadura y compararlo con los resultados de la prueba de carga. 
6. Creación de un modelo con elementos lineales asumiendo un comportamiento 
espacial de la armadura y compararlo con la prueba de carga. 
7. Determinar cuál de los dos modelos (plano o espacial) presenta mejor 
comportamiento respecto a la prueba de carga. 
8. Calibración de los modelos con técnicas de superficie de respuesta. 
9. Análisis del comportamiento de estructural y del estado tenso deformacional de 
los modelos calibrados y compararlos con los resultados de las pruebas de 
carga. 
10. Determinación de la capacidad de carga de los elementos que componen el 
puente y el cálculo de rating. 
11. Redacción de la primera versión de las “conclusión y Recomendación”. 
12. Análisis del contexto global de la tesis y redacción definitiva de la misma. 
Aportes Científica: 
Se aplica y perfeccionan estudios relacionados con el diagnostico técnico y evaluación 
del estado estructural de puentes metálicos ferroviarios de armadura tablero inferior 
con un enfoque integrador, introduciendo la calibración de los modelos numéricos y la 
estimación del grado de deterioro a través del Factor de Evaluación en diferentes 
estados: nuevo, deteriorados y reparado. 
Aportes Metodológicos: 
Se aportaran recomendaciones para los procesos de modelación, calibración y 
ensayos de carga en puentes metálicos ferroviarios de armadura tablero inferior. 
Aporte Técnicos: 
El resultado de trabajo es un nuevo conocimiento técnico acerca de la aplicación de 
sistemas computacionales al cálculo de los puentes de ferrocarril metálicos. 
 
13 
 
Aportes Económico y Sociales 
Con el uso de técnicas de modelación asistida por ordenadores se optimiza el sistema 
de instrumentación de las pruebas de carga e incluso se podrá fijar la necesidad o no 
de la realización de pruebas de carga después de la reparación lo cual implica un gran 
ahorro de sensores reduciendo considerablemente los costos de las pruebas de carga. 
Al contar con una evaluación precisa del estado técnico de estos puentes se pueden 
obtener proyectos de reparación más eficaces y eficientes por otra parte se pueden fijar 
condiciones operacionales fiables repercutiendo esto directamente en mejores 
condiciones de circulaciones que traen consigo ahorros de combustibles y tiempo. 
Estructura del Trabajo 
 Síntesis o Resumen 
 Introducción 
Capítulo I 
Revisión Bibliográfica.- En este capítulo se realiza el estudio bibliográfico y un análisis 
del estado del arte de la temática, lo que posibilita justificar el desarrollo de la 
investigación. En el mismo, se exponen los antecedentes sobre: Pruebas de carga en 
Puentes, Sistemas de Instrumentación para pruebas de carga, Ensayos para la 
caracterización de aceros, métodos numéricos para el análisis de estructuras. 
Haciéndose un análisis de la bibliografía al respecto y destacándose los fundamentos 
teóricos principales. 
Capítulo II 
Se expondrán las principales características y patologías del puente. Se realizara el 
análisis y expondrán los resultados del estudio documental, levantamientos, ensayos al 
acero que compone la estructura del puente, diseño del sistema de instrumentación y 
ensayos de carga. 
 
14 
 
Capítulo III 
Se analizara y expondrá la calibración de los modelos y los resultados de la calibración 
y del análisis del comportamiento estructural de los modelos respecto a la prueba de 
carga. Determinación de capacidad de carga del puente metálico. Se expondrán los 
resultados de la simulación de paso de diferentes formaciones de trenes y las 
condiciones de explotación obtenidas. 
 Conclusiones 
 Recomendaciones 
 Bibliografía 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
15 
 
CAPITULO I: 
1.1 ESTADO DE ARTE DE LA TEMATICA 
Como concepto general un puente es una estructura u obra de fábrica usada para 
salvar obstáculos naturales como valles, ríos, lagos y también obstáculos artificiales 
como vías ferrias, carreteras etc. Los puentes son estructuras de gran importancia 
dentro del sistema vial ferroviario y de carreteras constituyendo puntos críticos de estos 
sistemas, de ahí se deriva la necesidad de ser conservados, especialmente los puentes 
ferroviario ya que por las vías férreas circulan grandes volúmenes de transportación de 
pasajeros y cargas con bajo consumo de combustible y bajos costos de mantenimiento 
si se les compara con otros, además cuando surge una interrupción en la circulación 
ferroviaria generalmente no se puede desviar el tráfico hacia otra vía. 
1.2 Puentes metálicos de armadura ferroviarios. 
Los puentes pueden ser clasificados atendiendo a diversos aspectos como pueden ser: 
obstáculo que salva, función, etc. Según su función la [NRMT 235:86] define los 
puentes ferroviarios como: Puente construido en el trazado de una vía férrea que 
permite el paso de los vehículos ferroviarios sobre él con seguridad, además esta 
norma acepta que el concepto de puente se puede aplicar en sentido general a todas 
las obras de fábrica medianas y mayores ósea que se le pude llamar puente a pasos a 
nivel, viaductos, elevados y otros, siempre y cuando sea especificado en alguna parte 
del documento que se esté tratando. La [NRMT 235:86] establece un sistema de 
clasificación de los puentes ferroviarios atendiendo al material de superestructura y a la 
tipología de la misma. 
Son varios los tipos de puentes que existen en el ferrocarril cubanoaquí nos 
concentraremos fundamentalmente en los puentes metálicos de armadura. 
Los puentes de armadura se emplean para salvar luces medianas (de10m a 25m) y 
grandes (más de 25m) y consisten en una superestructura de armadura que por lo 
general se apoya sobre una subestructura masiva de piedra u hormigón o sobre una 
estructura metálica. Estos puentes se pueden clasificar de varias formas atendiendo a 
diferentes aspectos, siendo una clasificación general aquella que tiene en cuenta la 
posición que ocupa el tablero (sistema de vigas o emparrillado) respecto a la armadura, 
16 
 
de esta forma se tienen los puentes de armadura de tablero superior Fig.-1.1 y los 
puentes de armadura con tablero inferior Fig.-1.2 
Fig.1.1: Armadura tablero Superior. 
1.3 Partes fundamentales de puentes de armadura: 
Un puente de armadura está conformado por dos estructuras de celosía, los 
arriostramiento entre ellas, el tablero, la cama del puente y aparatos de apoyo. 
Las armaduras están conformadas por un cordón superior, un cordón inferior, 
elementos diagonales y montantes (no todos los puentes de armadura tienen 
montantes). 
Los elementos principales de la armadura son: los cordones (superior e inferior), los 
elementos complementarios son: diagonales, tirantes (tensores) y montantes. 
 
17 
 
 
Fig.1.2: Armadura tablero inferior 
Cama del Puente (vía). 
El tipo de cama reviste gran importancia, porque determina la forma en que se 
transmitirán las cargas a la estructura, además tiene gran influencia en el 
comportamiento estructural de los puentes en cuanto a que en función del tipo de cama 
y del estado técnico de las mismas será mayor o menor el efecto de las cargas móviles 
sobre la estructura del puente. Por otra parte el estado técnico de la cama puede ser 
causa o contribuir al deterioro del puente e influir de forma directa sobre la seguridad al 
paso de los trenes, un ejemplo ilustrativo seria el descarrilamiento de un tren sobre un 
puente debido a deterioros de la cama. 
 
18 
 
1.4 Trabajo estructural según mecánica clásica de los elementos de las 
Armaduras. 
Bajo la acción de las cargas verticales, el cordón superior experimenta esfuerzos de 
compresión y el inferior de tracción. La magnitud de estos esfuerzos aumenta con el 
incremento de la luz y disminuye con el aumento de la altura de la armadura. 
En las armaduras con cordones paralelos los esfuerzos aumentan de los apoyos a la 
mitad de la luz. Los esfuerzos en los cordones dependen poco del sistema de la celosía 
(montantes y elementos diagonales). Si las traviesas están colocadas directamente 
sobre el cordón superior (puentes sin tablero), dicho cordón estará sometido a: 
esfuerzos de compresión, flexión local y como resultado de esta combinación, las 
tensiones aumentan considerablemente. 
Los elementos diagonales que arrancan de los apoyos ascendiendo experimentan 
compresión y los que descienden, tracción. 
En dependencia de donde este situada la carga móvil, si a la derecha o a la izquierda 
de la mitad de la luz, los elementos diagonales ubicados en este lugar resultan estar 
traccionados o comprimidos. 
Los tirantes y párales sirven para disminuir la luz libre del panel. En las estructuras con 
celosía triangular con tablero inferior, los tirantes siempre están traccionados y trabajan 
bajo influencia de las cargas accidentales y permanentes de dos paneles vecinos. Los 
párales o puntales en estas estructuras siempre están en compresión y trabajan 
solamente bajo la carga permanente de dos paneles vecinos. Cuando el tablero es 
superior, ocurre lo contrario, o sea los puntales trabajan bajo la acción de las cargas 
permanentes y accidentales y los tirantes solo bajo la acción de las cargas 
permanentes. 
1.5 Secciones de los elementos de la armadura: 
Las secciones de los elementos de armadura generalmente están conformadas por 
planchas y angulares, estas secciones comúnmente son muy sencillas, lo que no solo 
facilita el ensamblaje y construcción, sino que además se facilita la conservación que 
incluye: revisión, limpieza, pintura, refuerzo, sustitución y el drenaje local de las aguas. 
 
19 
 
 
Fig.1.3: Secciones más comunes en puentes metálicos de armadura ferroviarios. 
1.6 Aparatos de Apoyo: 
Los aparatos de apoyo tiene como función la transmisión de las cargas de la 
superestructura a la subestructura además deben permitir el libre desplazamiento de la 
superestructura bajo la acción de cargas, de temperatura y cargas horizontales 
generadas por el frenado o aceleración de los trenes. 
En puentes de varias luces, los aparatos de apoyo se colocan de forma tal que en cada 
pila se encuentre un aparato de apoyo fijo y uno móvil, de la luz adyacente 
obteniéndose una participación uniforme de todos los apoyos en la absorción de los 
esfuerzos horizontales longitudinales (aceleración, frenado y viento longitudinal). 
La construcción o tipo de aparato de apoyo depende de la magnitud de las reacciones 
transmitidas a los apoyos y también en el caso de los aparatos de apoyos móviles del 
desplazamiento horizontal longitudinal provocado por las cargas horizontales 
longitudinales. 
En los puentes para luces de hasta 25m se utilizan aparatos de apoyo tipo tangencial. 
Para el caso de luces mayores de 25m se utilizan aparatos de apoyo tipo sectorial o 
articulado de rollete. 
20 
 
 
Fig.1.4: Aparatos de apoyo más comunes en puentes metálicos ferroviarios. 
1.7 Métodos de evaluación experimental 
Son varios los métodos y técnicas que se emplean para evaluar la condición estructural 
de los puentes y en los últimos años han ganado terreno los métodos experimentales 
no destructivos, ya que estos métodos permiten tener una predicción más precisa de la 
condición estructural, comportamiento estructural y capacidad de carga de los puentes. 
Son dos los tipos de ensayo de carga no destructivos comúnmente usados para 
evaluar el comportamiento de los puentes: 
1. Ensayos de Diagnóstico 
2. Ensayos de Prueba 
1.8 Ensayos Diagnósticos 
Los ensayos de diagnóstico son generalmente empleados cuando los planos del diseño 
original de un puente no existen para crear un modelo analítico y representativo. El 
puente es cargado a un nivel abajo de su límite elástico (ver Fig.-5) de una manera 
estática o semi-estática (circulación del vehiculo de prueba a 10Km/h o menos). En un 
ensayo estático, la carga de prueba se mantiene en una posición específica mientras 
se toman los datos del ensayo y en el caso semi-estática, el tren de prueba es 
21 
 
conducida a baja velocidad mientras se toman los datos en diferentes puntos a lo largo 
del puente. Las medidas de deformación y deflexión son tomadas en varios puntos 
para determinar la distribución de la carga y las características de rigidez del puente. 
En algunos casos se aplican altas velocidades para determinar los efectos de impacto 
dinámico, en el caso de un puente metálico que está muy deteriorado, habría que ver si 
será posible a aplicar este último sin peligro. Después del ensayo, los datos de campo 
son comparados con los resultados del modelo para determinar el comportamiento del 
puente y estimar su capacidad. 
 
 
Fig.1.5: Respuesta hipotética de carga. 
1.9 Ensayos de Prueba 
El objetivo principal de un ensayo de prueba es validar el comportamiento estructural 
de un puente bajo cargas sometido con el fin de ver si la estructura es segura o no. En 
situaciones donde un modelo analítico no puede ser desarrollado como resultado de la 
inexistencia de planos de diseño o cuando el puente ha sufrido un deterioro severo, el 
ensayo de prueba es preferido. El ensayo de prueba también se emplea en casos 
donde es difícil el análisis con modelos lineales y/o problemas de instrumentación en el 
campo. 
Antes de realizar cualquier prueba de carga se hará un estudio del puente. Este estudio 
consistirá de un análisis de cada elemento que compone el puente ylas características 
físicas y mecánicas de cada elemento del mismo. Antes de preceder a realizar el 
22 
 
ensayo, se determina una carga de prueba, lo cual produce los efectos del vehículo (en 
nuestro caso un tren de prueba) de la evaluación tomando en cuenta los incrementos 
producidos por los diferentes estados de carga. La carga de prueba puede ser aplicada 
sola o en secuencia. El primer caso puede ser ejecutado más rápidamente pero es más 
susceptible causar daños al puente. El segundo caso resulta en un ensayo descarga 
más controlada donde las deformaciones y deflexiones máximas pueden ser 
monitoreadas durante cada incremento de carga para asegurar que el ensayo de la 
carga proceda como ha sido planeado. Normalmente, las medidas son tomadas en 
algunos puntos críticos para monitorear la condición del puente durante el ensayo. 
Después de cada incremento de carga, el grado de recuperación de deflexión y/o 
deformación es usado como una indicación de la condición del puente y es un factor 
decisivo para proceder al siguiente nivel de carga. El ensayo llega a su punto final 
cuando la carga fijada ha sido alcanzada o la reacción del puente llega a ser no linear. 
La carga final colocada sobre el puente es considerada como la capacidad factorizada 
y es reducida por el impacto y los factores de la carga viva para obtener la evaluación 
de rango del puente. 
1.10 Evaluación aplicando ensayos de diagnóstico y modelación 
En este tipo de evaluación de los puentes se usan los datos de deformación obtenidos 
durante los ensayos de diagnóstico semi-estáticos para calibrar un modelo de 
elementos finitos para igualar así el comportamiento del puente. Las medidas de 
deformación son tomadas usando transductores para medir la deformación de la 
superficie del elemento en tensión. En el modelo se hace una calibración en cuanto a la 
rigidez de algunos elementos, condiciones de borde y propiedades de los materiales 
hasta que exista una pequeña diferencia entre los resultados del ensayo y el modelo. 
Una vez que éste nivel de confianza es alcanzado, el modelo refinado es usado para 
realizar las evaluaciones de carga. 
Según los ensayos de prueba y diagnóstico de puentes realizados por diferentes 
empresas norteamericanas en los últimos 20 años, han llegado a la conclusión de que 
los dos métodos se diferencian desde el punto de vista del nivel de carga aplicada al 
puente, la cantidad y el significado de las medidas tomadas, y la manera como se usan 
los resultados experimentales para determinar la evaluación de. Ha sido demostrado 
23 
 
mediante casos estudiados, que el ensayo no destructivo de carga es un medio muy 
efectivo para mejorar la capacidad para la evaluación de un puente. En el ensayo de 
prueba, la decisión de la evaluación puede hacerse, basándose en deformaciones 
específicas y/o deformaciones obtenidas durante el ensayo, en los ensayos de 
diagnóstico se requiere un análisis más riguroso de los datos después de los ensayos. 
1.11 Ensayos e instrumentación 
El desarrollo de los métodos de medida de esfuerzos ha venido impuesto por la 
necesidad de la producción masificada, que recibió un impulso definitivo a partir de la 
segunda guerra mundial. En el prólogo de un libro de Resistencia de Materiales de 
1930 ya es patente esa situación: Los tipos de máquinas y estructuras cambian muy 
rápidamente, con preferencia en las nuevas ramas de la industria y, por lo general, el 
tiempo no permite que se reúnan los datos empíricos necesarios. El tamaño y coste de 
las estructuras aumenta constantemente, lo que origina una exigencia cada vez mayor 
en la seguridad de las mismas, cada vez tiene más importancia en el proyecto el factor 
economía, dadas las condiciones actuales de competencia. La construcción debe 
reunir las condiciones necesarias de solidez y seguridad, y sin embargo, reducir al 
mínimo el gasto de materiales. En estas condiciones, el problema se presenta 
excepcionalmente difícil para el proyectista. 
La reducción del peso implica un aumento en la fatiga de trabajo, que solamente puede 
conseguirse mediante un cuidadoso análisis de la distribución de las fatigas en la 
estructura y la investigación experimental de las propiedades mecánicas de los 
materiales utilizados. [Chagoyén, 2005] 
La instrumentación de la estructura consiste, básicamente, en la colocación en puntos 
prefijados en el proyecto de prueba de carga, de aparatos de medida de flechas, 
deformaciones, giros, aceleraciones, etc. 
Una buena instrumentación combinada con otras técnicas como la modelación, 
inspección y levantamiento patológico permite dar un adecuado diagnóstico, el mismo 
que conduzca a dar las soluciones más fiables y eficientes desde el punto de vista 
técnico. 
24 
 
1.12 Definiciones de extensométricas. Conceptos básicos 
Robert Hooke estableció en 1678 la relación que existe entre tensiones y 
deformaciones en los cuerpos sometidos a solicitaciones mecánicas que se propicien 
en rango elástico. Si el material es isótropo y homogéneo y no se sobrepasa su límite 
elástico entonces la relación es lineal y se cumple la Ley de Hooke. [Chagoyén, 2005]. 
Basándose en este principio, la extensometría es el método que tiene por objeto la 
medida de las deformaciones superficiales de los cuerpos, que como se hace 
referencia anteriormente solo es aplicable en materiales que se encuentren en 
comportamiento elástico y mediante el uso de galgas extensométricas. 
1.13 Clasificación de las medidas extensométricas: 
Tomando como criterios la evolución de los esfuerzos a medir según [Chagoyén, 2005] 
se puede tener: 
 Medidas estáticas, que comprenden el estudio de esfuerzos que varían 
lentamente en función del tiempo, como es el caso de la estructura de una 
presa cuando crecen las aguas. 
 Medidas estáticas - dinámicas, que consiste en la mediada simultánea de 
esfuerzos sujetos a variación rápida y de esfuerzos de desarrollo lento. En el 
caso de un puente cuando soporta el paso de un vehículo. 
 Medidas dinámicas, que se limitan a la componente de variación rápida. Un caso 
típico es la medida de vibraciones en el equilibrado de rotores. 
 
Galgas extensométricas: 
De entre los diferentes procedimientos que existen para convertir las deformaciones en 
señales eléctricas proporcionales, el más extendido es el que utiliza elementos cuya 
resistencia eléctrica varía en función de pequeños cambios de longitud. Estos 
elementos van adheridos a la superficie del material de prueba, formando un conjunto, 
y reciben el nombre de galgas extensométricas. 
Existen dos tipos fundamentales de galgas: Galgas metálicas y galgas 
semiconductores. 
Partiendo del puente de Wheatstone como principio fundamental según [Alonso, 
25 
 
1989], son dos los procedimientos para medir el desequilibrio que se produce tras la 
deformación de las galgas, el método directo y el método de cero. 
Método directo: consiste en medir la diferencia de potencial presente en los bordes de 
salida del puente con la ayuda de un voltímetro de presión. Este procedimiento exige 
amplificación previa de la señal y de la fuente de excitación muy estable. 
Método de cero: consiste en re-establecer el equilibrio en el puente, ya sea 
introduciendo resistencias en las ramas o bien una tensión opuesta a la del 
desequilibrio. Este último procedimiento se conoce también como método de oposición. 
En el método de cero, la fidelidad de las medidas es independiente de la tensión de 
alimentación y de las variaciones de ganancia del amplificador. Todo depende de la 
fiabilidad del potenciómetro, que está asociado a un cuadrante o contador, donde se 
leen directamente el micro-deformación. Por el contrario, aunque se utilice un 
servomecanismo se emplea bastante tiempo en restablecer el equilibrio. De ahí que 
este reservado a las medidas estáticas. 
La medida de deformaciones con galgas extensométricas exige meticulosidad en el 
procedimiento.Debido a la cantidad de variables que es preciso controlar. Por lo 
general se desconocen las direcciones principales de los esfuerzos. [Alonso, 1989] 
Además de las galgas extensométricas según [Alonso, 1989] existen otros equipos de 
instrumentación, entre los cuales anotamos los siguientes: 
Transductores magnéticos: 
Se utilizan en la medición de desplazamientos. Constan de una base fija directamente 
apoyada en el terreno y de un núcleo móvil unido a la fibra interior de las vigas con un 
alambre de acero, que se mantiene tenso mediante un resorte. 
Las señales proporcionadas por los transductores se recogen a razón de una muestra 
por segundo durante la realización de las pruebas estáticas, y 70 muestras por 
segundo en las pruebas dinámicas. 
Sensores Láser: 
Con este equipo de registro continuo se obtienen mediciones de desplazamiento y 
velocidad en un punto determinado del puente. El empleo de este equipo es de gran 
utilidad en aquellos casos en que se imposible utilizar los instrumentos de medición 
antes reseñados, dado que no requiere conexión física con el terreno bajo el tablero. 
26 
 
Básicamente consta de un diodo que emite un haz dirigido hacia el punto de la 
estructura cuya magnitud se desea monitorizar y en el que previamente se fija una 
lámina reflectante. 
Acelerómetros: 
Para las pruebas dinámicas, se puede disponer de varios servo acelerómetros con y 
sin compensación interna generalmente de 1g para el registro de aceleraciones 
verticales y horizontales. 
Adquisición de datos. 
Durante la realización de las pruebas estáticas y dinámicas, se debe contar con un 
sistema de adquisición de datos que permite registrar de manera continua la señal de 
salida de los distintos aparatos de medida, pudiéndose visualizar en tiempo real en la 
pantalla de ordenador. Estos equipos quedan caracterizados por: 
 La adquisición de datos se efectúa en forma automática. Se garantiza la 
estabilidad de las medidas a lo largo del tiempo, evitando derivas durante los 
ensayos. 
 La velocidad de adquisición de los datos y se mide en número de 
lecturas/segundo/canal, durante un período de registro y la misma puede ser 
modificada. 
 El número máximo de canales en funcionamiento simultáneo, en su 
configuración base. 
 Los datos de los ensayos se graban en tiempo real, a fin de evitar retrasos o 
pérdidas de información. 
 En cualquier instante, durante el desarrollo de las pruebas, el sistema es capaz 
de suministrar la información necesaria de cada aparato, de manera numérica y 
gráfica. 
 Los valores que proporciona el sistema están afectados por las correspondientes 
correcciones (constantes de calibración, longitudes y secciones de cable, 
tensión de excitación, etc.). 
 La precisión mínima que el sistema garantiza. [Alonso, 1989] 
27 
 
1.14 Modelación de estructuras 
La modelación es una herramienta universal que encuentra aplicación en las esferas 
más importantes de la actividad creadora del hombre. Sin embargo, 
independientemente de las formas de su organización y del carácter de los campos del 
mundo objetivo, que se reproducen en los modelos, el procedimiento de la modelación 
se mantiene totalmente igual. Estas circunstancias permiten afirmar que la modelación 
tiene un carácter científico general y que todas sus formas tienen una unidad orgánica, 
Por eso, para lograr la definición general de modelación hay que descubrir en ella 
aquellos rasgos universales que tienen validez para todas las formas de modelación. 
[Recarey 1999] 
En todas las esferas de la investigación, la modelación actúa, como un elemento 
mediador, en la cual la asimilación practica o teórica del objeto, se realiza por medio de 
un eslabón intermedio llamado: el modelo. Esta conclusión plantea el problema de las 
condiciones que permiten realizar el proceso de investigación de un determinado objeto 
por mediación de su modelo. En este caso es perfectamente compresible que la 
modelación, como cualquier otro procedimiento cognoscitivo, no constituye un acto 
subjetivo puramente arbitrario, realizado voluntad de sujeto investigador cognoscente. 
En el enfoque materialista de la modelación tiene un significado decisivo el 
descubrimiento del fundamento objetivo de las operaciones modeladoras. Este 
fundamento es la correspondencia objetiva entre el modelo y el objeto modelado. 
Correspondencia que no depende del sujeto investigador. [Recarey, 1999] 
En este proceso de correspondencia se revela la unidad de lo objetivo y lo subjetivo, en 
el cual lo objetivo de su contenido se relaciona con una comunidad de estructuras del 
modelo y el original en una determinada relación, mientras que el elemento subjetivo 
está vinculado, con una necesidad practica real. 
A medida que se desarrolla el proceso investigativo se perfecciona el método de 
modelación, lo común del modelo y del objeto modelado. Es decir, se modifica, 
cambiando su interpretación. Pero se mantiene siempre una comunidad objetiva entre 
el “Modelo” y el “Objeto” modelado, de forma que este proceso tenga un sentido 
racional. Es por eso que la condición fundamental de la modelación es la presencia de 
28 
 
una comunidad, en determinada relación, entre el modelo y el objeto modelado, 
aspecto objetivo de la fundamentación de la modelación. 
En la definición general de la modelación hay que tomar en cuenta la condición 
gnoseológica de la misma, condicionada por el hecho de que el modelo, es al mismo 
tiempo, un tipo de reflejo del objeto original. 
Teniendo en cuenta lo anterior se puede definir la modelación como: 
El método de manejo practico o teórico de un sistema por medio del cual se estudiara 
este, pero no como tal, sino por medio de un sistema auxiliar natural o artificial, el cual, 
desde el punto de vista de los intereses planteados, concuerda con el sistema real que 
se estudia. Es decir, es el método que opera de forma práctica o teórica con un 
“objeto”, no de forma directa, sino utilizando cierto sistema intermedio auxiliar (natural o 
artificial), el cual se encuentra en una determinada correspondencia objetiva con el 
“objeto” modelado y está en condiciones de sustituir el “objeto” que se estudia, en 
determinadas etapas de la investigación, permitiendo obtener determinada información 
susceptible de comprobación experimental [Recarey, 1999], siendo de estricto 
cumplimiento la existencia de: 
 Una concordancia objetiva con el propio sistema, es decir, una determinada 
correspondencia objetiva con el objeto mismo de la investigación. 
 En cierta etapa de la investigación, está en condiciones de sustituir, en 
determinada relación, al objeto mismo que se estudia. 
 La propiedad de suministrar información sobre el sistema que nos interesa, es 
decir, ofrecer información sobre el objeto en el proceso de investigación. 
 Contar con determinadas reglas, mediante las cuales la información del modelo 
pueda transformarse en información de sistema u objeto. 
La descripción del sistema se debe organizar en una serie de objetos simples, o 
subsistemas. El propósito de formar objetos simples es simplificar la especificación de 
las interacciones dentro del sistema en estudio. 
Cada objeto simple describe parte del sistema en investigación. Luego puede 
describirse el sistema como un todo en términos de las interconexiones y relaciones de 
los objetos simples, conformando de esta forma el objeto complejo o sistema en su 
conjunto. 
29 
 
La relevancia se refleja en el proceso de modelación, debido a que el modelo solo debe 
incluir los aspectos del sistema más relevantes al objeto de estudio. Aunque la 
información irrelevante no perjudica, se debe excluir debido a que aumenta la 
complejidad del modelo y genera más trabajo en la solución del mismo. [Recarey, 
1999] 
1.15 Modelación numérica aplicada 
La realización de proyectos de investigación con la utilización de las nuevas técnicas 
de modelación mediantelos Elementos Finitos en la comprobación, construcción y/o 
diseño posibilita un ahorro de tiempo al dar los resultados y por tanto son más 
económicos. Además la modelación proporciona grandes ventajas; pues se puede 
simular las condiciones más críticas y con ellos buscar el diseño más adecuado para 
eliminar o evitar el fallo del objeto de estudio sin tener que dañarlo. Facilita la dirección 
y la atención en el momento de realizar los experimentos. Con gran frecuencia son 
utilizados en el chequeo de los puentes de ferrocarriles que trabajan en condiciones, 
adversas y debido a esto se hace necesario un chequeo constante en las estructuras 
metálicas. 
Según el Dr. Meli Piralla el diseño estructural, es una frase que se ha modificado con 
el paso del tiempo y el desarrollo consecuente de la ciencia que trae consigo mayor 
entendimiento de la razón y ser de las estructuras: 
“EL DISENO ESTRUCTURAL ES EL ARTE DE USAR MATERIALES QUE EN 
REALIDAD NO CONOCEMOS PARA FORMAR ESTRUCTURAS QUE EN REALIDAD 
NO PODEMOS ANALIZAR, DE MANERA QUE RESISTAN CARGAS QUE EN 
REALIDAD NO PODEMOS EVALUAR, TODO ESTO DE MODO TAL QUE EL 
PUBLICO NO SE DE CUENTE DE NUESTRA IGNORANCIA”. (Piralla, 1987). 
La modelación es el recurso que ha usado el hombre durante el transcurso de los años 
para lograr llevar a objeto de estudio la situación o el problema real que se le presenta 
en casi todos los problemas ingenieriles, es capaz de dar una solución aproximada a 
casos que por su complejidad matemática requiera de la aplicación de cálculos 
utilizando ordenadores. La definición de modelación está ligada al término: “modelo”, el 
30 
 
cual se puede definir como, el cuerpo de información, relativa a un sistema, recabado 
para fines de estudiarlo. 
En el campo de la ingeniería, el hombre ha tenido que enfrentarse a un grupo de 
fenómenos donde por limitaciones del conocimiento o por la carencia de una 
infraestructura técnica adecuada, no ha podido encontrar la respuesta en el “problema 
real”. Esto ha propiciado que tenga que realizar “modelos” sobre los cuales se trabajan 
buscando una respuesta analítica, que por muy precisa que ella sea, los resultados 
obtenidos serán indicativos del “problema real” en la medida que el “modelo” 
represente fielmente sus propiedades esenciales. [Recarey, 1999]. 
Los modelos y los métodos de modelación pasan así a ser herramientas importantes 
del trabajo. A medida que se desarrolla el proceso investigativo se perfecciona el 
método de modelación, lo común del modelo y del objeto modelado. Es decir, se 
modifica, cambiando su interpretación, pero se mantiene siempre una correlación 
objetiva entre el “modelo” y el “objeto” modelado, de forma que este proceso tenga un 
sentido racional. Es por eso que la condición fundamental de la modelación es la 
presencia de una correlación, en determinada relación, entre el modelo y el objeto 
modelado, aspecto objetivo de la fundamentación de de la modelación. 
Teniendo en cuenta lo anterior se puede definir la modelación como: El método que 
opera de forma práctica o teórica con un “objeto”, no de forma directa, sino utilizando 
cierto sistema intermedio auxiliar (natural o artificial), el cual se encuentra en una 
determinada correspondencia objetiva con el “objeto” modelado y está en condiciones 
de sustituir el “objeto” que se estudia, en determinadas etapas de la investigación, 
permitiendo obtener determinada información susceptible de comprobación 
experimental [Recarey, 1999], siendo de estricto cumplimiento la existencia de: 
 Una concordancia objetiva con el propio sistema, es decir una determinada 
correspondencia objetiva con el objeto mismo de la investigación. 
 En cierta etapa de la investigación, está en condiciones de sustituir, en 
determinada relación, al objeto mismo que se estudia. 
 La propiedad de suministrar información sobre el sistema que nos interesa. 
31 
 
 Contar con determinadas reglas, mediante las cuales la información del modelo 
pueda transformarse en información de sistema u objeto. 
La relevancia se refleja en el proceso de modelación, debido a que el modelo solo 
debe incluir los aspectos del sistema más relevantes al objeto de estudio. Aunque la 
información irrelevante no perjudica, se debe excluir debido a que aumenta la 
complejidad del modelo y genera más trabajo en la solución del mismo. 
Generalmente el proceso de modelación se trata de dividir en forma genérica en dos 
tareas o fases: la determinación de la estructura del modelo y el suministro de los datos 
o información del comportamiento del sistema. La primera fase establece la frontera del 
sistema e identifica las entidades, atributos y actividades del mismo. En la segunda, la 
información o datos proporcionan los valores que los atributos pueden tener y definen 
las relaciones involucradas en la actividad, ambas tareas se deben definir mas como 
componentes de una tarea más compleja que como componentes separados; esto 
ocurre debido a que, por lo general, están tan íntimamente relacionada que no se 
pueden llevar a cabo una sin ejecutar la otra. 
Se ha vuelto imprescindible la obligada atención que la construcción de modelos 
acarrea, ya que: primero, requiere de una rigurosa adherencia a propósito; el objetivo a 
estudiar debe estar constantemente presente en el proceso de modelación a fin de que 
el modelo apropiado salga a la luz, segundo, la construcción de modelos es un 
balance armonioso de oposiciones; por una parte el modelo debe ser lo 
suficientemente simple de manipular, lo que significa que debe ser necesariamente 
una abstracción de la realidad y por otra, debe ser lo bastante complejo como para 
parecer un espejo del sistema que representa. Al alcanzar finalmente el balance 
armónico requiere de astucia y conocimiento. [Recarey, 1999] 
Se han establecido diferentes esquemas para tratar de explicar el proceso de 
modelación de los problemas ingenieriles, Se presenta uno de los ejemplo en la Fig. 
1.2. 
 
32 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig.1.6: Esquema del análisis de la modelación. 
1.16 Clasificación del esquema general de los análisis de la modelación a 
partir de subdividirlo en diferentes etapas: 
1 La primera etapa en la modelación es la definición del problema, la cual, 
pretende definir la problemática a resolver. Esta es la de fenómeno físico real que 
en sí, es el problema físico que se desea resolver tal y como se presenta, con 
todas sus particularidades, especificaciones y detalles, desechando aquellas 
cuestiones de menor significación para el problema a modelar. 
2 La segunda etapa de la modelación es el modelo físico, está relacionado con el 
estudio de requisitos, atributos, aspectos físicos reales y agentes actuantes entre 
otros aspectos de interés (fenómeno físico real). Una vez identificado y conocidos 
estos aspectos se hace necesario la construcción de un modelo del problema a 
resolver. 
Modelos del material 
Para los materiales se han utilizado diversos modelos constitutivos hasta hoy, unos 
más alejados y otros mucho más acertados entre los que se encuentran los siguientes. 
 Modelo elástico lineal y no lineal 
 Modelo plástico 
 Modelo viscoso 
Problema 
Real 
Modelo de 
carga 
Modelo de 
Material 
Modelo de 
Estructura y 
el Terreno 
 
Métodos 
de 
solución 
 
 
Métodos 
de diseño 
seguridad 
 
Solución 
del 
problema 
del real 
33 
 
 Modelo elasto-plástico 
 Modelos de Daño 
 Modelos reológicos 
 Modelo visco-elástico 
 Modelo visco-elástico-plástico 
Existen varias alternativas para dar solución a todos los modelos matemáticos que 
pueden estar presentes, cada una constituye un método, los que se pueden agrupar en 
empíricos, analíticos y numéricos. 
Este último ha tenido una amplia difusión en el campo de la ingeniería con la aparición 
de computadoras cada vez más potentes y programas de computaciónmás modernos 
que implementan dichos métodos, esto permite al ingeniero analizar problemas cuya 
solución analítica es inabordable por su complejidad y la empírica es dudosa. En la 
actualidad, con la aplicación del Método de los Elementos Finitos y el Método de 
Diferencias Finitas, entre otros se obtienen respuestas apropiadas a problemas que por 
presentar un elevado grado de dificultad, estos tengan que empezar a jugar su papel. 
En estos tiempos es normal la integración del cálculo por elementos finitos (Finite 
Element Analysis - FEA) y el dibujo asistido por computadora (Computer Aided Design - 
CAD), siempre con el objetivo de reducir los tiempos de proyectos o de puesta de 
producto en el mercado. Todo esto vinculado con el desarrollo de la industria de la 
computación y la programación ha favorecido la aparición en el mercado de sistemas 
profesionales basados en estos métodos numéricos con grandes potencialidades para 
el análisis de los problemas tensión – deformación asociados con los sólidos, entre los 
cuales se destacan: ANSYS 10.0, SDRC/IDEAS, ABAQUS, COSMOS, SAP2000, 
STAAD, etc (Broche Lorenzo, 2005). 
Al recurrir a procedimientos automatizados de cálculo se libera al proyectista de esas 
tareas rutinarias y se le permite dedicar su atención a los problemas fundamentales de 
la concepción de la estructura y de la solución de sus aspectos básicos, así como a la 
revisión de los resultados. 
34 
 
Con el desarrollo y el uso de la computación el especialista ha encontrado en los 
Elementos Finitos una vía rápida para la solución a las problemáticas que 
frecuentemente se enfrenta. Ellos brindan grandes ventajas como: dar soluciones 
rápidas y seguras, hacer comparaciones entre materiales, comportamiento de piezas, 
modelar el comportamiento de estructuras a construir o en explotación y de esta forma 
se hacen los diagnósticos para poner en práctica la solución más aceptada y 
económica posible. 
3 La tercera etapa consiste en que al modelo físico de la estructura representado a 
través del esquema de análisis puede ser estudiado por diferentes modelos 
matemáticos de uno u otro tipo y de diversas complejidades. El modelo 
matemático queda perfectamente expresado cuando se define sus elementos, es 
decir, la región, las condiciones iníciales, de contorno o borde y de vínculos; 
además de las ecuaciones que describen el modelo físico. En el caso de ese último 
elemento está muy íntimamente relacionado con el tipo de modelo matemático 
4 La cuarta etapa permite al ya haber establecidos los modelos, la integración y 
resolución de los mismos a través de diferentes métodos de solución, luego se 
realizan los procedimientos de diseño para obtener la solución del modelo del 
problema real, introduciendo en esta solución, de alguna forma, un margen de 
seguridad que garantice que la solución obtenida sea lo más representativa posible 
de la real. [Recarey, 1999] 
5 La quinta etapa de la modelación corresponde al Análisis de los resultados. 
6 La sexta etapa corresponde a la solución a través de diferentes Métodos de 
diseño y seguridad para obtener la solución del modelo del problema real, que no 
es idéntica a la que se obtendría si se pudiera analizar el mismo de forma directa, 
por lo que resulta evidente que en dicho proceso es necesario introducir de alguna 
forma un margen de seguridad, que garantice que la solución obtenida sea lo más 
representativa posible de la real y que siempre las posibles diferencias puedan ser 
tomadas por la seguridad introducida. 
7 Y la séptima y última etapa de la modelación sería la Solución al problema real. 
[Cardona, 2007] 
35 
 
1.17 Modelación con manifestaciones patológicas. 
Después de haber creado el modelo se identifican y se escogen las zonas 
características a investigar, las cuales deben coincidir con las que presentan 
manifestaciones patologías graves o donde se generan los mayores esfuerzos. Este 
estudio permite a la hora de realizar un proyecto de restauración tomar soluciones 
consecuentes con la causa o las causas que provocaron dichas patologías. Para la 
modelación de las manifestaciones patológicas se emplean técnicas de teoría de daño, 
discontinuidades fuertes, o la modelación del daño o patologías a través modelar 
geométricamente las discontinuidades o desperfectos que presenta la manifestación 
patológica en sí. En el caso puntual de la modelación primeramente se procede a 
modelar la estructura en su estado original y con posterioridad se realiza la simulación 
de las patologías estructurales detectadas, para contraponer los mismos con las 
diferentes lesiones y manifestaciones patológicas existentes en el puente. En este caso 
se modela la estructura con sus manifestaciones patológicas empleando técnicas 
avanzada de macro modelación y se combinan estas con simulaciones que se 
desarrollan a escala micro. En este proceso combinado de la macro y micro escala de 
modelación se emplean ensayos virtuales para la obtención de las propiedades 
constitutivas de las manifestaciones patológicas la cual se denomina la extrapolación. 
1.18 Análisis de los resultados 
El dominio de la técnica operatoria para la representación y ordenamiento de los 
resultados, es un proceso de conocimiento previo en el proceso de modelación 
estructural, pero el procesamiento e interpretación de los resultados tiene un especial 
significado e importancia, porque la compresión de los resultados y su correspondencia 
con el fenómeno físico real, es la clave del éxito en el proceso de modelación. 
[Recarey, 1999] 
Finalmente podemos afirmar que la modelación es uno de los métodos que ha 
evolucionado el ámbito ingenieril y sin lugar a duda permite afirmar la evolución del 
diseño estructural junto con ella, por lo tanto resulta más apropiado decir que: 
“EL DISEÑO ESTRUCTURAL ES EL ARTE DE USAR MATERIALES QUE CADA DÍA 
CONOCEMOS MEJOR, PARA FORMAR ESTRUCTURAS ESTUDIADAS A PARTIR 
36 
 
DE MODELOS QUE CADA VEZ SE ASEMEJAN MÁS A ELLAS, DE MANERA QUE 
RESISTAN CARGAS QUE ESTIMAMOS CON MAYOR EXACTITUD, TODO ESTO 
EN MODO TAL QUE EL PUBLICO SE DE CUENTA QUE NOS ACERCAMOS MÁS A 
LA RESPUESTA REAL DEL PROBLEMA ESTUDIADO.” [Quevedo 2006] 
1.19 Calibración del modelo. 
En el modelo calibrado se puede realizar un sin número de modelos que posibiliten 
estudiar y validar las causas que propician las patologías y a su vez dictaminar las 
posibles variantes de solución. En estos estudios es muy importante que el modelo 
este bien calibrado con respecto a los ensayos reales y que a su vez estos últimos 
estén perfectamente instrumentados ya que con el modelo se pueden estudiar 
situaciones de explotación que no se han estudiado previamente a través de las 
técnicas de instrumentación. Este aspecto posibilita abaratar considerablemente los 
estudios de diagnóstico e instrumentación de los puentes ya que se explotan al máximo 
las bondades de la modelación siempre y cuando exista un proceso de calibración 
numérica a partir de un estudio de estabilidad numérica y, como es lógico 
contraponiendo el modelo con respecto a una respuesta física. 
1.20 Características específicas de los puentes metálicos ferroviarios. 
Los puentes de ferrocarril tienen como propósito primario permitir el paso de los 
vehículos ferroviarios con seguridad, confort y con al menos la capacidad operacional 
de la vía en el cual se encuentra ubicado (con el mínimo de restricciones de carga y 
velocidad). 
Las consideraciones para puentes ferroviarios difieren de las que se asumen para 
puentes de carreteras. Los puentes ferroviarios tiene una relación carga móvil-carga 
viva grande, debido a que el peso de la vía cargada es generalmente más grande que 
la del puente. 
En el caso particular de los puentes metálicos con camas de madera, el efecto de los 
impactos se manifiesta más que en otro tipo de puentes debido a la alta relación peso 
de los vehículos/pesopropio de la estructura, al contacto íntimo (con poca 
amortiguación) carril rueda y la poca amortiguación que introducen las vías de este 
tipo. 
37 
 
En caso de accidentes sobre el puente se interrumpe el tráfico, que no es caso de los 
puentes de carretera donde generalmente el tráfico puede ser desviado hacia otras 
sendas que no estén dañadas o bloqueados mientras se realizan las reparaciones. 
1.21 La seguridad en puentes ferroviarios. 
La seguridad en puentes ferroviarios está determinada por muchos aspectos siendo los 
más relevantes: 
 Aspectos relacionados con seguridad estructural de la estructura del puente. 
 Aspectos relacionados con seguridad estructural de la vía. 
 Aspectos relacionados con la geometría de la vía. 
 Aspectos relacionados con los gálibos. 
 Aspectos relacionados con los vehículos. 
 Aspectos hidráulicos e hidrológicos. 
1.22 Principales acciones y cargas a considerar en puentes metálicos 
ferroviarios con cama de madera. 
Las diferentes normas consideran las siguientes cargas aunque las mismas difieren en 
cuanto a la clasificación, magnitud, forma y condiciones de aplicación: 
Cargas y acciones permanentes: 
 Peso Propio de los elementos metálicos. 
 Peso de la vía (cama que incluye peso de las traviesas, carriles, guarda carriles, 
guarderas, sillas y clavos). 
 Acción del empuje de tierra sobre los estribos. 
 Acción del asentamiento del suelo. 
Cargas accidentales móviles y sus acciones: 
 Equipo rodante ferroviario (carga vertical móvil). 
 Acción del empuje de suelo debido a la carga accidental móvil. 
 Acción de la fuerza horizontal transversal de la fuerza centrífuga. 
 Acción debida a los impactos horizontales transversales. 
 Acción Horizontal Longitudinal de frenado y arranque. 
Cargas ecológicas: 
 Cargas de Viento. 
38 
 
 Cargas Sísmicas. 
En sentido general los códigos y normas aceptan que la combinación de cargas 
fundamental para la evaluación de puentes es aquella que considera las cargas 
permanentes (muertas) y las cargas verticales móviles. 
 
Efecto Dinámico. 
Uno de los aspectos estructurales más importantes asociados específicamente al 
diseño y evaluación de los puentes y estructuras de ferrocarril, son los efectos 
dinámicos debidos a las cargas móviles de los trenes. Las Normas existentes hasta 
ahora para el cálculo y re cálculo de los puentes de ferrocarril tienen en cuenta la 
respuesta dinámica a través de un coeficiente de impacto, que representa el aumento 
de la respuesta dinámica respecto a la estática para una única carga móvil. 
La consideración de este coeficiente de impacto, es suficiente para tener en cuenta el 
efecto dinámico de una única carga móvil, pero no considera la posible resonancia que 
se produciría por la repetición cíclica de las cargas (ejes). 
En la práctica, teniendo en cuenta las frecuencias propias de los puentes existentes y 
las velocidades de circulación de los trenes, hasta ahora la resonancia no ha sido un 
fenómeno que se diera en la realidad para las velocidades inferiores a los 200Km/h. 
Como las vías en Cuba tienen velocidades muy inferiores a los 200Km/h (120Km/h 
máximo real), los efectos dinámicos del paso de los trenes sobre los puentes se 
pueden tener en cuenta a través de un coeficiente de impacto sin necesidad de tener 
en cuenta el fenómeno de la resonancia. 
1.23 Caracterización de las deficiencias de los puentes. 
Las variables o aspectos que describen el comportamiento deficitario de un puente 
pueden agruparse en tres grupos según el tipo de deterioro o deficiencia: 
 Deficiencias Estructurales. 
 Deficiencias No Estructurales. 
 Deficiencias de Carga. 
 
 
 
39 
 
Deficiencias Estructurales: 
Comprende aquellas deficiencias o deterioros que afectan a los elementos 
estructurales que pueden afectar el comportamiento estructural y la capacidad de 
carga. Comprometen en principio la seguridad del puente. 
Deficiencias no estructurales: 
Comprende aquellas deficiencias o deterioros que afectan los elementos no 
estructurales propiamente dichos y en el caso de los puentes de ferrocarril pueden 
afectar el comportamiento estructural, la capacidad de carga y la seguridad del puente. 
Deficiencias de Carga: 
Comprende aquellas deficiencias o deterioros que afectan a los elementos 
estructurales y elementos no estructurales pero que inciden en la capacidad de carga. 
1.24 Deterioros más comunes en la superestructura de puentes metálicos de 
ferrocarril. 
Todas las obras durante su explotación están expuestas a las acciones del medio 
ambiente que las rodea. De igual manera los puentes de vías férreas se encuentran 
expuestos a situaciones como: el viento, los cambios en la temperatura, las cargas 
sobre él, las sustancias agresivas que puedan afectarlo y envejecerlo y todo eso en 
conjunto da lugar al deterioro de las obras. Es importante el estudio y conocimiento de 
las patologías de los distintos materiales para evitar el desarrollo de dichos deterioros. 
Los deterioros pueden afectar directamente el comportamiento estructural de los 
elementos que componen el puente afectando así la capacidad de carga de este, o 
influir en elementos que no tienen una responsabilidad estructural pero si de seguridad 
del puente. 
En el presente trabajo se trata solamente aquellas relacionadas con el material que 
compone fundamentalmente este tipo de estructura (puentes metálicos): el acero, ya 
que el tema es muy extenso por la gran variedad de materiales y patologías que se 
pueden presentar. 
Corrosión del acero. 
La corrosión, es el desgaste total o parcial que disuelve o ablanda cualquier sustancia 
por reacción química o electroquímica con el medio ambiente. El término corrosión se 
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aplica a la acción gradual de agentes naturales, como el aire o el agua salada sobre los 
metales. 
El fenómeno de corrosión se produce por una ley natural de estabilidad. Los metales 
procesados industrialmente, como el acero y el hierro, existen en su forma útil como 
consecuencia de las transformaciones realizadas por el hombre a partir de los 
minerales existentes en la naturaleza y que requieren la aportación de energía en sus 
diversas formas y procesos de extracción y elaboración. Estos procesos transforman 
los minerales naturales originales en los metales de utilización industrial que se 
emplean en la construcción y otros usos; y esto materiales resultantes, frente a los 
agentes atmosféricos y otras acciones de diversos tipos, tenderán a regresar a su 
estado original, o al menos, a estados más estables, por lo cual la conservación de los 
elementos metálicos debe dirigirse a impedir o al menos retardar, la tendencia natural a 
su degradación. La corrosión, de hecho, es el regreso del metal a su estado natural, el 
óxido. 
La corrosión es una reacción química de oxidación reducción en la que intervienen dos 
actores: la pieza y el ambiente. Además, del material del que está hecha la pieza, la 
forma de la pieza y los tratamientos a los que se la somete tienen un papel primordial. 
Así, un montaje de dos metales diferentes puede dar pie a una corrosión acelerada; 
además, a menudo se ven trazas de herrumbre en las tuercas. Asimismo, si la pieza 
presenta un intersticio, ahí puede formarse un medio confinado que evolucionara de un 
modo diferente del resto de la pieza y, por lo tanto, podrá llegar a una corrosión local 
acelerada. De hecho, toda heterogeneidad puede desembocar en una corrosión local 
acelerada, como, por ejemplo, en los cordones de soldadura. 
La corrosión es un fenómeno que depende del material utilizado, de la concepción de la 
pieza y del ambiente. Se puede influir entonces en estos tres parámetros y también en 
la reacción química misma. 
En la concepción, hay que evitar las zonas de confinamiento, los contactos entre 
materiales diferentes. 
Hay que prever también la importancia de la corrosión y el tiempo en el quehabrá que 
cambiar la pieza, así como el mantenimiento preventivo. 
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En los puentes metálicos (ya sean ferroviarios o no) los daños más frecuentes debido a 
este proceso de corrosión son fácilmente reconocibles en las platabandas superiores, 
siendo en estos elementos planos y en posición horizontal donde apoyan las traviesas 
de madera causando una concentración de humedad en esta zona que con el tiempo 
deteriora las planchas de acero y varía la sección del elemento en gran parte del área 
afectada. Esto se hace frecuente además en las uniones de los rigidizadores 
horizontales con las platabandas, destruyendo con el tiempo dicha unión. Esto provoca 
pérdida de estabilidad de los elementos del puente. 
Otra zona muy atacada por la corrosión son los apoyos, por la humedad que pueden 
almacenar estos considerando su posición horizontal, en ocasiones llega a la pérdida 
de los elementos de unión y por tanto a los cambios en las condiciones y restricciones 
de apoyo del elemento. 
1.25 Deterioros más frecuentes en puentes de acero de ferrocarril según 
tipología. 
Los deterioros presentes en puentes metálicos ferroviarios son diversos y dependen de 
la tipología, características articulares y del tipo de elemento utilizado para las uniones 
(remaches, pernos o soldaduras) de cada uno de ellos, que puedan afectar 
directamente el comportamiento estructural de los elementos o la seguridad de la vía, 
lo que implica que como consecuencia de los deterioros que presentan los elementos 
que conforman estos puentes, pueden ocurrir que el elemento se vea afectado en un 
nivel ya sea bajo, medio o alto, y que esto a su vez ocasione una disminución de la 
capacidad portante del puente lo cual ocasionaría en algún momento un fallo por 
resistencia de la estructura en magnitud de la cantidad de elementos que se 
encuentren en mal estado, la gravedad del deterioro, la agresividad del medio 
ambiente, etc. Además de que también podría ocurrir que deje de cumplir con la 
deformación máxima permisible en este tipo de puentes. 
Enfocada con el fin de la modelación y evaluación, es preciso estudiar y observar un 
número considerable de estructuras que nos permitan hacer una estimación de cuáles 
son los daños más frecuentes y sus causas. 
El tiempo destinado para la investigación no es suficiente para realizar la cantidad de 
visitas necesarias para un informe detallado de las patologías, sino que se irá 
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registrando toda la información que se vaya acumulando sobre el tema para posteriores 
estudios. 
Puentes de tablero superior. 
El deterioro más común y dañino en los puentes metálicos es la corrosión, muy 
generalizada por las condiciones de humedad de nuestro clima y la falta de un debido 
mantenimiento en los puentes, en este caso se comentará sobre los fundamentales 
deterioros desde un punto de vista estructural en los elementos. 
Las vigas de acero de esta tipología se ven atacadas por la corrosión en las 
platabandas superiores, debido a que es en esta donde apoyan las traviesas de 
madera, manteniendo así la humedad un mayor período de tiempo y siendo más 
complicado su mantenimiento y aplicación de pinturas anticorrosivas. Esto afecta la 
rigidez de la viga, aun cuando la resistencia no ha sido afectada considerablemente su 
deformación puede ser mayor que la permisible, creando flechas instantáneas o 
definitivas mayores de las permisibles en la vía, siendo de alto riesgo para la seguridad. 
En las uniones de los arriostres, por ser estos puntos donde confluyen varios 
elementos unidos por una chapa, impidiendo una rápida evacuación de la humedad y 
unido a esto por lo general las chapas son de poco espesor, trayendo consigo el 
deterioro total y la pérdida frecuente de la unión, esto se generaliza fundamentalmente 
en esta tipología, en los arriostres más cercanos a las traviesas y por tanto con más 
concentración de humedad. La ruptura de las uniones afecta el trabajo homogéneo de 
las vigas y trayendo cambios en el comportamiento estructural del puente. Se pueden 
encontrar también arriostres partidos por defectos propios de la pieza. 
Puentes de tablero inferior 
Los puentes de tablero inferior presentan regularmente las mismas patologías que los 
de tablero superior, con la singularidad que en este caso los elementos más afectados 
son los inferiores por encontrarse estos en la zona de mayor concentración de 
elementos. 
En los nudos extremos de los apoyos se encuentra una gran concentración de 
remaches y uniones en un punto donde se acumula la suciedad y por tanto la humedad 
es mucho más permanente, provocando uno de los deterioros más frecuentes en este 
tipo de puentes que es la corrosión. 
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En la unión de las vigas transversales se manifiesta la corrosión por la concentración 
de uniones y el difícil mantenimiento. En la unión de estas vigas transversales la 
corrosión puede provocar incluso orificios con los cuales se ha llegado a perder todo 
tipo de agarre entre las vigas. 
En las platabandas se encuentran las mismas patologías que en la tipología anterior 
pero en este caso las más afectadas son las inferiores por las mismas causas antes 
expuestas. 
Con las uniones de los arriostres sucede lo mismo, se encuentran dañadas con más 
regularidad las inferiores por tener mucho más latente la concentración de humedad. 
Vigas laminadas 
Las vigas de acero de esta tipología se ven atacadas por la corrosión en menor grado 
que las vigas de los puentes de armadura o vigas de alma llena ya que como son vigas 
continuas es decir no conformadas por elementos metálicos, existe menor cantidad de 
uniones y por lo tanto no se favorecen las condiciones para el desarrollo de la 
corrosión. 
En las uniones de los arriostres, por ser estos puntos donde se intersecan varios 
elementos unidos por una chapa generalmente de poco espesor, impidiendo una rápida 
evacuación de la humedad, trayendo consigo el deterioro total y la pérdida frecuente de 
la unión, esto se generaliza fundamentalmente en los arriostres superiores más 
cercanos a las traviesas trayendo consigo concentración de humedad. 
Aparatos de apoyo 
Estos se ven afectados por la acumulación de suciedad, cuerpos extraños además 
es un punto donde hay una gran concentración de humedad por tanto se manifiesta 
mucho la corrosión, todo estos agentes externos provocan el deterioro de los 
elementos que constituyen el sistema de apoyo y por consiguiente afecta el buen 
funcionamiento de los mismos y además se generan esfuerzos adicionales (no 
previstos) en la estructura. 
Defectos por grietas 
Los defectos por grietas están asociados fundamentalmente a fenómenos de fatiga que 
se presenta generalmente en zona de concentración de esfuerzos y en puentes de 
mucha edad. 
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En el caso de las vigas conformadas las grietas se presenta con más frecuencia en las 
uniones de las vigas longitudinales con las vigas transversales, en las vigas 
longitudinales se presentan en los angulares superiores asociados a la falta o excesivo 
deterioro de las alas superiores, en las vigas transversales las grietas pueden surgir en 
los angulares de las alas superiores e inferiores en la fijación de las chapas de unión 
con los arriostramientos. 
Existen concentradores locales de tensión como son los bordes no acabados después 
de los cortes, agujeros, abolladuras y rasgaduras, particularmente cerca de los bordes, 
estos defectos son más peligrosos en las vigas “I” laminadas. 
Defectos por deformación 
Las deformaciones que se observan en los puentes de tablero superior son 
fundamentalmente: deflexiones, pandeos, torsiones y elongaciones. En el caso a 
analizar también se pueden presentar pandeos por inestabilidad del alma (en el caso 
de las columnas-pórticos) debido a las condiciones de rodadura (patinaje o 
deslizamiento), agentes externos (viento, impactos, etc.). 
1.26 Evaluación de Puentes Metálicos Ferroviarios. Particularidades