RAZONES POR LAS QUE FALLAN LOS PUENTES

DEFICIENCIAS ESTRUCTURALES Y DE DISEO

En cuanto a las deficiencias se tiene lo siguiente: 1

En los puentes de arco, los elementos principales no cumplen con

relaciones ancho-espesor (pandeo local) y presentan esfuerzos actuantes

mayores a los permitidos. Adems presentan elementos de arco diseados

solamente a compresin y no revisados para efectos combinados de flexin

biaxial ms compresin.

Para la evaluacin de algunos de los puentes en arco, se realizaron

modelos estructurales incompletos, que no contemplan todas las

caractersticas mnimas para un adecuado anlisis y diseo.

Adems se ha hecho en algunos una seleccin errnea de la longitud

efectiva (K) para la evaluacin del pandeo general de la parte inicial de los

elementos de un arco.

A los puentes de armadura de paso a travs, no se les ha hecho una

evaluacin adecuada de la estabilidad lateral.

Se observ deficiencia de anlisis, diseo y fabricacin de las uniones.

Los estudios de actualizacin y rehabilitacin de puentes de armaduras

solamente incluyeron el refuerzo de los elementos principales (cordn

superior, inferior, armaduras, etc.), sin tener en cuenta la actualizacin

estructural de las uniones (pernadas, soldadas, atornilladas, etc.).

En algunos casos no se ha considerado el estudio del fenmeno de la

fatiga para el diseo y revisin, tanto de los elementos como de las

uniones.

Por la falta de mantenimiento preventivo y rutinario, se presentan

fenmenos de corrosin que afectan la capacidad de la estructura metlica.

Se hallaron soldaduras sin un adecuado diseo y con deficiencias desde la

fabricacin por falta de controles de calidad.

Cmo corregir:

Se debe hacer un minucioso control de calidad en la elaboracin del proyecto y

una revisin detallada en el diseo estructural de la obra, buscando la opinin de

terceros. (Eduardo, 1983)

SOCAVACIN

Los puentes fallan por socavacin de la cimentacin de sus estribos y/o pilas,

lo cual sucede sobre todo en puentes construidos con ms de veinte (20) aos de

edad, donde el criterio fundamental de diseo de la cimentacin obedeca ms a la

capacidad portante y no a los fenmenos de socavacin probables. Los cauces

1. CASQUEIRO BARREIRO, F. y POZO VINDEL, F. (1995), "Puentes: estructuras en los lmites", Madrid, 34-63

producen socavacin general que consiste en el descenso del fondo de un ro cuando

se presenta una creciente, debido al transporte de partculas en suspensin.2

Este efecto depende de diferentes variables tales como el caudal, la velocidad,

el tipo y las condiciones del lecho, el ancho y la profundidad del cauce, entre otras.

Adems, se presenta una socavacin local que consiste en el descenso del fondo del

cauce al pie de una estructura que es rodeada por la corriente, y depende de todos los

factores antes mencionados incluyendo la forma y las dimensiones de la estructura y

su orientacin en relacin con la corriente principal.

Entre los daos por socavacin que pueden afectar la infraestructura de los

puentes hasta producir el desplome se pueden enumerar los siguientes casos:

(Marinelli, 1996)

Socavacin general, por contraccin, local y en las curvas.

Asentamiento de pilas y estribos.

Estructuras hidrulicas daadas y mal localizadas en el cauce produciendo

obstruccin y aumento de la socavacin local.

Obstrucciones en el cauce.

Pilotes descubiertos por socavacin y vulnerables para cargas horizontales.

Puentes de luz insuficiente para el rea hidrulica del cauce.

Sedimentacin e insuficiente glibo.

Cmo corregir:

Los puentes que fallan por este fenmeno generalmente deben tener en su

etapa de diseo un estudio hidrulico, por lo que se elabora el diseo de su

cimentacin contemplando las profundidades de socavacin probables de acuerdo con

las caractersticas del cauce y de la cuenca. (Marinelli, 1996)

SOBRECARGA E IMPACTO DE VEHCULOS3

El gremio de transportadores no ha sido consciente ni responsable del dao

que producen las sobrecargas sobre las estructuras de los puentes y de los

pavimentos.

Cmo corregir:

El INVIAS tiene en funcionamiento estaciones mviles localizadas en las

principales carreteras de la Red Vial Nacional, con el objeto de controlar y sancionar

los camiones sobrecargados. (Eduardo, 1983)

FALTA DE MANTENIMIENTO E INSPECCIN

Un buen programa de mantenimiento que incluya inspecciones rutinarias

permite conocer el estado general del puente permanentemente e identificar en

2 Arnal, E (1983), Lecciones de puentes: Folletos de Estructuras N 8.4ta Impresin Universidad de Salamanca. 3 PUENTES Y PASOS ELEVADOS PARA CARRETERAS Y VAS URBANAS - C. Fernndez Casado y Otros - Editores Tcnicos. Barcelona

algunos casos problemas estructurales potenciales que en un futuro pueden producir

el colapso de la estructura. Es el caso de los puentes metlicos donde es

indispensable realizar labores de limpieza y pintura de los elementos de acero y

uniones en forma rutinaria, con el objeto de controlar fenmenos de corrosin que

peligrosamente pueden disminuir su capacidad estructural. (Charlton, 1993)

Cmo corregir:

Las entidades responsables deben adoptar algn sistema de gestin o de

administracin de puentes que est en constante actualizacin y que en forma

sistemtica debe priorizar las labores de inspeccin, mantenimiento rutinario y

rehabilitacin de puentes. El Instituto Nacional de Vas ha fortalecido la gestin en el

tema de puentes mediante el Sistema de Administracin de Puentes. (Charlton, 1993).

FALLAS EN LA CONSTRUCCIN Y EN LA INTERVENTORA4

Algunos puentes fallan durante el proceso constructivo, debido principalmente

a que no se hace un diseo y planeacin adecuado del sistema que se va a utilizar en

la construccin.

Existen deficiencias generalmente en la interventora para la construccin y

diseo de los puentes, ya que los profesionales asignados a esta labor, no tienen la

experiencia suficiente para controlar y detectar errores y fallas en los procesos

constructivos, que en muchos casos terminan en colapso.

Cmo corregir:

Se debe dar especial atencin a la calidad del proceso constructivo en todas

sus etapas y los interventores deben cumplir cabalmente sus funciones de supervisar

y asesorar la correcta ejecucin de la obra. (Cherenque Moran, 1987)

4 Chereque Morn, W. (1987) Mecanica de Fluidos. Ed. Lima, Lima. 365.

CONDICIONES PTIMAS DE UBICACIN DE LAS PRESAS.

Para la ubicacin de presas se debe tener en cuenta las siguientes condiciones

ptimas: (Charlton, 1993)

1 ESTUDIO HIDROLGICO DEL LUGAR:

Ciclo hidrolgico:

Es un trmino descriptivo aplicable a la circulacin general del agua, este ciclo puede empezar con la evaporacin de los ocanos. El vapor transportado por las masas de aire en movimiento. En determinadas ocasiones el vapor se condensa formando nubes que, a su vez, pueden generar precipitaciones. De la precipitacin sobre el terreno, una parte retenida por la superficie otra escurre sobre ella y la sobrante penetra en el suelo. El agua retenida es devuelta a la atmsfera por evaporacin y por la transpiracin de las plantas.

La cuenca:

La cuenca de drenaje de una corriente es el rea que contribuye al escurrimiento y que proporciona parte o el flujo total de la corriente principal y sus tributarios.

Determinar algunos parmetros que se pueden mencionar principalmente: su rea, pendiente caractersticas del cauce principal, como son longitud y pendiente, elevacin de la cuenca y red de drenaje. Existen diversos criterios para evaluar la pendiente de una cuenca, dependiendo del uso posterior que se le vaya a dar al resultado o bien al criterio que lo requiere.

2 ANLISIS DE REGISTROS DE LLUVIA:

- Precipitacin media sobre una zona

a) PROMEDIO ARITMTICO: Se suma la altura de las lluvias registradas en un cierto tiempo en cada una de las estaciones localizadas dentro de la zona y se dividen entre el nmero total de estaciones.

b) MTODO DE THIESSEN: Es necesario conocer la localizacin de las estaciones en la zona bajo estudio ya que para su aplicacin se requiere delimitar la zona de influencia de cada estacin dentro del conjunto

c) MTODO DE LAS ISOYETAS: Se necesita un plano de isoyetas de la precipitacin

registrada en las diversas estaciones de la zona de estudio.

3 AFORO DE CORRIENTES:

Aforar una corriente en una seccin constante es determinar el gasto que pasa por ella, en la unidad de tiempo. Los procedimientos para aforar una corriente se pueden agrupar en tres criterios:

a) Secciones de control. b) Relacin seccin-velocidad. c) Relacin seccin-pendiente.

4 GEOLOGIA ESTRUCTURAL

En el plano geolgico Regional se muestra el estilo estructural que est definido por

pliegues amplios y comprimidos, normales e invertidos, as como la presencia de

escurrimientos.

5 GEOLOGA REGIONAL

La ubicacin de los lmites de cuencas, estructuras, lineamientos y todos los

parmetros para ubicar en un mapa la geologa en espacio, tiempo y correlacin

mundial.

6 GEOLOGA HISTRICA

Se debe tener en cuenta las formaciones geolgicas del lugar donde se piensa

construir la presa para de acuerdo a ello poder analizar el tipo de roca y suelo que hay,

y a su vez si es posible la ubicacin de canteras de buen material de construccin.

5 ESTRATIGRAFA

Se debe tener presente un estudio de calicatas, para segn ello poder realizar

distribucin de los perfiles estratigrficos del lugar donde se desea la construccin de

la obra hidrulica.

6 ESTABILIDAD DE TALUDES:

Se han propuesto varios mtodos para calcular la estabilidad de las presas. Estos mtodos se basan en la resistencia de corte del suelo y en algunas suposiciones con respecto al carcter de una falla del terrapln.

7 CARACTERSTICAS SISMOLGICAS DE LA REGIN:

Por lo que respecta a la sismicidad de cada regin el criterio de diseo es ms

conservador, debido a que es muy difcil de analizar el comportamiento real de una

cortina de tierra sometida a una excitacin dinmica. Por lo cual en el diseo se toman

medidas de seguridad que consiste en darles dimensiones mayores.5

5 Charlton, R. F. (1993). Factores hidraulicos en el diseo de puentes. Madrid: CEILP.

RAZONES POR LAS CUALES SE ESCOGE UNO U OTRO TIPO DE PRESA.

La seleccin de los modelos de las cortinas nos ensea que hay de diferentes tipos de cortinas y de materiales para su realizacin ya sea desde tierra, mampostera, homognea, de concreto en sus diferentes tipos y fases. Se puede hacer un proyecto de una presa de acuerdo a las necesidades del lugar y del tipo de material que se encuentra en l. De ah se puede disear que tanto puede tener de altura la cortina de acuerdo a lo que se tiende o pretende. Diversidad de elementos influyen en la realizacin de la cortina, como son: climatolgicos, geolgicos, mecnica de suelos, socioeconmicos y econmicos principalmente ya que de esto depende si se hace o no la estructura.

En la construccin hay que tener mucho cuidado al 100 % en todas las pruebas por realizar principalmente las de terrapln y subestructura porque de ah depende que no tengan infiltraciones posteriores y esto a lo largo de la vida de la cortina son prdidas de gran importancia. (Chow, 2000)

1. - PESO PROPIO.

Se calcular de acuerdo con el material del banco empleado, pero para fines de anteproyectos, se consideran los siguientes valores, que suelen ser conservadores. (Charlton, 1993).

2. - PRESION HIDROSTATICA (Ea). 6

Se considera la presin del agua que acta sobre el paramento de aguas arriba de la cortina.

Cuando el paramento de arriba no sea vertical el empuje del agua que obra normal a ese paramento se descompone para efectos de clculo de un empuje horizontal y una componente vertical que viene siendo el peso de la cua de agua. Es claro que el peso del agua se elimina cuando se tiene un talud vertical.

6 Eduardo, A. (1983). Lecciones de puentes: Folletos de Estructuras. Espaa: Madrid.

3. - SUBPRESIN

Es una presin debida al agua de filtracin que acta en la cimentacin de la cortina con sentido de abajo hacia arriba, y por lo tanto, es desfavorable a la estabilidad de la cortina.

Para determinar su valor en la cimentacin de las presas, se debe de estudiar primeramente lo que se llama " longitud de paso de filtracin. Tambin se indicaran las medidas tendientes a disminuir el valor de la subpresin. (Chow, 2000)

4. - EMPUJES DE TIERRAS, SEDIMENTOS O AZOLVES (Et).

Debido a los azolves y acarreos en general, que deposita la corriente de aguas arriba de la cortina, se tendr una presin sobre el paramento correspondiente que deber tomarse en cuenta.

Aun cuando existe el canal desarenador, no es posible evitar la mayora de los casos el depsito de esos materiales, sobre todo el terreno del cauce y tambin en el margen que no tenga desarenador.

a) Subpresin, segn paso de filtracin, con el punto inicial de recorrido, en el nivel superior de azolves.

b) Subpresin, segn el paso de filtracin, con el punto inicial de recorrido, en el nivel superior de azolves y empuje de sedimentos. (Manterola Armisen, 2000).

5.- FUERZAS SSMICAS

Como en la mayora de los proyectos las cortinas suelen ser de poca altura y relativamente de poco peso la fuerza debida de los temblores es despreciable.

Cuando las cortinas llegan a tener altura considerable, el efecto de los temblores deber tratarse como las cortinas altas para presas de almacenamiento.

6. - PESO DEL AGUA SOBRE EL PARAMENTO DE AGUAS ABAJO

Este peso, es relativamente pequeo y en general suele despreciarse, porque adems, acta a favor de la estabilidad de la cortina.

Su valor, tericamente se anula, cuando se disea la cortina con un cimacio Creager o parablico ya que en estas condiciones, tericamente la lmina vertiente no ejerce ninguna presin sobre la cortina, puesto que el perfil del cimacio se aproxima a la trayectoria del chorro. 7

7. - PRESION NEGATIVA ENTRE EL MANTO DE AGUA Y EL PARAMENTO.

Se presenta cuando el manto del agua que se despega del paramento de aguas abajo y no se haya previsto una buena aireacin de dicho manto.

7 Eduardo, A. (1983). Lecciones de puentes: Folletos de Estructuras. Espaa: Madrid.

Esta presin es debida al vaco que se produce bajo la lmina vertiente, cuando el aire en sitio es arrastrado por la corriente y cuando su magnitud es despreciable en la mayora de los casos; en otros su valor puede ser tal que ocurran fenmenos de cavitacin, corroyendo el paramento de la cortina. En vez de considerar el valor de esta presin en la revisin estructural de la cortina, lo viable es evitar que tengan en el sitio sealado presiones negativas y obviamente esto se logra construyendo un perfil parablico adecuado.

8. - ROZAMIENTO DEL AGUA CON EL PARAMENTO DE DESCARGA:

Su valor es pequeo y despreciable, prcticamente se hace nulo por la forma que se adopta para el perfil del dique vertedor.

9. - CHOQUE DE LAS OLAS Y CUERPOS FLOTANTES

Debido al poco "fetch" que se tiene en algunas presas y la poca altura; los fenmenos de oleaje son pequeos y la accin dinmica de las olas no se toman en cuenta. Tampoco el choque de los cuerpos flotantes.

Fig. Representacin grfica del fetch.

10. - PRESIN DEL HIELO

La presin del hielo es producida al dilatarse la lmina de hielo combinada con el arrastre del viento.

Es difcil valuar esta presin, porque es funcin de muchos factores y as se dice que su magnitud depende del espesor de la lmina congelada, de la rapidez con la que se eleva la temperatura, fluctuaciones del nivel del agua, velocidad del viento, as como la inclinacin del paramento aguas arriba de la cortina. En Mxico no se consideran esta fuerza por que las heladas no son tan intensas como para congelar el agua de las presas. (Arnal, 1983)

USOS QUE SE LES CONFIERE A LAS PRESAS

Las presas de tierra son de las primeras en aparecer en la historia de contencin de aguas debido a la necesidad de almacenarla no importaba que tan rudimentarias fueran. En la actualidad se pueden ser de material homogneo pera controlar con mayor eficiencia las filtraciones verticales que se producen a lo largo de la cortina. Estas cortinas se debe de tener un mantenimiento preventivo para evitar deslaves a futuro y evitar que vuelque.

Se estableci que una cortina de tierra tiene que contar con los requisitos de estabilidad y durabilidad por la complejidad de la obra ya sea funcionalidad, materiales, cimentacin, desviaciones de los ros que intervienen, oleaje, clima, y dems factores para garantizar que las cortinas no sean obsoletas en corto tiempo. (Charlton, 1993)

Las cortinas de concreto por gravedad es una de las ms homogneas posibles y por la funcionalidad que las obras que de esta emanen.

El estudio de la cimentacin de la presa es muy riguroso ya que este tipo de estructuras por lo general en la actualidad se hacen de dimensiones mayores de 20 m de altura. Esto se hace tambin para evitar filtraciones, hundimientos y asentamientos a lo largo de la vida til de la estructura, que estas suelen tener presiones suelo, azolves, agua, en ocasiones movimientos trepita torios como en las dems y su peso propio.8

Estas estructuras se enfocan en algunas de las ocasiones demasiado en los movimientos de deslizamiento y vuelco por lo que se recomienda el uso de dentellones o estructuras similares que se involucren directamente desde el diseo de la cimentacin y el proyecto del terrapln (Charlton, 1993)

Las de enrocamiento por lo regular son de mucha utilidad ya que en la mayora de las ocasiones si el diseo y el material del lugar permiten la factibilidad de realizacin y por otra parte la economa de la cortina. Ya que desde el proyecto de cimentacin se presta para su realizacin por ser materiales compatibles con la roca. Estas cuentan con la proteccin de un terrapln para la conservacin y la misma estabilidad del talud tanto en aguas arriba como en aguas abajo, de acuerdo a la seccin de la presa que por lo general son trapezoidales, que al igual que todas tienen asentamientos diferenciales a lo largo de su construccin y de su vida til. El material de los paramentos de aguas arriba puede llegar hacer de concreto reforzado, concreto asfltico o de acero de acuerdo a las condiciones del diseo. (Charlton, 1993)

8 Manterola Armisen, J. (2000). Puntes. Tomo I. Madrid: Universidad Politecnica de Madrid.

Bibliografa

Arnal, E. (1983). Lecciones de puentes: Folletos de Estructuras. Espaa: Madrid.

Charlton, R. F. (1993). Factores hidraulicos en el diseo de puentes. Madrid: CEILP.

Cherenque Moran, W. (1987). Mecanica de Fluidos. Lima: Lima.

Chow, V. T. (2000). Hidraulica. Mexico: Diana.

Eduardo, A. (1983). Lecciones de puentes: Folletos de Estructuras. Espaa: Madrid.

Manterola Armisen, J. (2000). Puntes. Tomo I. Madrid: Universidad Politecnica de Madrid.

Marinelli, P. (1996). Puentes. Mexico: Ateneo.