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UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES ARAGÓN “INSPECCIÓN Y MANTENIMIENTO 2011 DEL PUENTE COATZACOALCOS I” T E S I S QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE : I N G E N I E R O C I V I L P R E S E N T A : LUIS ALBERTO TORRALBA QUIROZ ASESOR: MTRO. JOSÉ PAULO MEJORADA MOTA SAN JUAN DE ARAGÓN, ESTADO DE MÉXICO 2015 UNAM – Dirección General de Bibliotecas Tesis Digitales Restricciones de uso DERECHOS RESERVADOS © PROHIBIDA SU REPRODUCCIÓN TOTAL O PARCIAL Todo el material contenido en esta tesis esta protegido por la Ley Federal del Derecho de Autor (LFDA) de los Estados Unidos Mexicanos (México). El uso de imágenes, fragmentos de videos, y demás material que sea objeto de protección de los derechos de autor, será exclusivamente para fines educativos e informativos y deberá citar la fuente donde la obtuvo mencionando el autor o autores. Cualquier uso distinto como el lucro, reproducción, edición o modificación, será perseguido y sancionado por el respectivo titular de los Derechos de Autor. Agradecimientos AGRADECIMIENTOS A Dios por permitirme estar en este mundo. A mis padres Herminia Quiroz Camargo y Jaime Torralba Bravo, por ser mis guías durante la infancia, por sus correctivos y consejos y por ayudarme a cumplir mis objetivos. A mi esposa Mayra Irene Flores León, quien estuvo conmigo durante la etapa más difícil de la carrera, por brindarme su apoyo incondicional, su amor y además por aceptar cambiar tiempo con ella a cambio de realizar este trabajo. A mis hijas Leila Wendoline y Arely Rubí, quienes fueron y serán siempre un gran aliciente, tanto para terminar la carrera como para cumplir un mayor número de metas en esta vida, espero que este trabajo sea un buen ejemplo para ellas y lleguen a ser mujeres exitosas. A mi abuelita Ma. de los Ángeles Camargo Quiroz, ya que fue un gran apoyo en gran parte de mi vida como estudiante. A mis tíos y tías, siempre me brindaron ayuda cuando la necesitaba, en especial a mi tío el Ing. Ramón Quiroz Camargo, ya que durante mi estancia en la Universidad fue un gran ejemplo a seguir. A mi hermana Karina Ángeles Torralba Quiroz fue una gran compañía en la niñez y es más que hermana una amiga. A la compañía Server Ingeniería, S.A. de C.V., al Ing. Víctor M. Chávez Galindo por facilitarme la información para este trabajo, y al Ing. Miguel Martínez González, por sus enseñanzas y puntos de vista sobre mi vida como profesionista. A mis compañeros de trabajo que hacen más llevadera la jornada laboral. A mis profesores de la FES Aragón y a la Universidad Nacional Autónoma de México por otorgarme su tiempo y conocimientos. Al Mtro. José Paulo Mejorada Mota por aceptar dirigirme en este trabajo. A todos mis compañeros y amigos de la Fes Aragón, por hacer más placentera la estancia en la Universidad. Índice ÍNDICE CAPITULO I. INTRODUCCIÓN. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . CAPITULO II. GENERALIDADES. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II.1 Breve historia de los Puente. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II.2 Reseña del Puente Coatzacoalcos I. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II.2.1 Superestructura. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II.2.2 Subestructura. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II.2.3 Tramo levadizo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . CAPITULO III. INSPECCIÓN DE PUENTES. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III.1 Definición de Inspección. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III.2 Tipos de inspección. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III.2.1 Inspección visual. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III.2.2 Inspección detallada. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III.3 Materiales y equipo usados en la inspección. . . . . . . . . . . . . . . . . III.4 Procedimiento para realizar la inspección. . . . . . . . . . . . . . . . . . . III.4.1 Inspección de la infraestructura. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III.4.2 Inspección de la subestructura. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III.4.3 Inspección de la superestructura. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III.4.4 Inspección de la calzada y accesos. . . . . . . . . . . . . . . . . CAPITULO IV. CONSERVACIÓN DE PUENTES. . . . . . . . . . . . . . . . . IV.1 Definición y objetivo de la conservación. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IV.2 Necesidad de conservación de los puentes. . . . . . . . . . . . . . . . . . IV.3 Situación de la conservación de puentes en México. . . . . . . . . . . IV.4 Programas de conservación de puentes carreteros. . . . . . . . . . . . PAG. 5 7 7 13 14 14 16 19 19 20 21 22 22 24 24 25 25 26 29 30 31 32 34 Índice CAPITULO V. INSPECCIÓN DETALLADA DELPUENTE COATZACOALCOS I. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V.1 Reporte Fotográfico de daños. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V.2 Dictamen Técnico de la inspección. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V.2.1 Introducción. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V.2.2 Reporte de daños y su evolución. . . . . . . . . . . . . . . . . . . V.2.2.1 En los tramos de concreto. . . . . . . . . . . . . . . . . . . V.2.2.2 En los tramos metálicos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V.2.2.3 En la calzada del Puente. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V.2.2.4 En el tramo levadizo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V.3 Recomendaciones. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V.3.1 En los tramos de concreto. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V.3.2 En los tramos metálicos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V.3.3 En la calzada del Puente. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V.3.4 En el tramo levadizo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . CAPITULO VI. MANTENIMIENTO MENOR DELPUENTE COATZACOALCOS I. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . VI.1 Factor de Salario Real (FSR). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . VI.2 Ejemplo de un análisis para obtener el Factor de Salario Real (FSR). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . VI.3 Análisis de Precios Unitarios (APU). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . VI.3.1 Definición. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . VI.3.2 Ejemplo de Precio Unitario por cuadrilla. . . . . . . . . . . . . . VI.3.3 Ejemplo de Precio Unitario para los conceptos del catálogo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . VI.4 Catálogo de Conceptos de Mantenimiento Menor. . . . . . . . . . . . . CAPITULO VII. CONCLUSIONES VII.1 De la inspección. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . VII.2 Del Mantenimiento. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . BIBLIOGRAFIA. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . PAG. 37 38 55 55 56 56 59 61 62 72 72 73 74 74 77 78 79 81 81 81 82 84 113 119 123 Capitulo I. Introducción. 5 CAPITULO I. INTRODUCCIÓN El propósito de este trabajo es analizar la inspección, así como el mantenimiento en el Puente Coatzacoalcos I, ya que es de importante mantener en funcionamiento la estructura, mismaque representa un beneficio para los usuarios, debido a la falta de trabajos de Mantenimiento la estructura se encuentra en deterioro, por lo que requiere atención en elementos dañados y trabajos rutinarios de conservación. Además para que las futuras generaciones de ingenieros civiles también enfoquen algo de su atención a la conservación de los puentes, algunos de los cuales se constituyen como patrimonios culturales de varias ciudades de la República Mexicana. En el capítulo II se ejemplifica un poco la evolución de los puentes al paso del tiempo, algunos de los cuales presentan similitudes con el Puente Coatzacoalcos I, tanto en los procedimientos constructivos como en materiales usados para su construcción. En el capítulo III se define el término “Inspección” de un puente mostrando además los tipos de inspección que se realizan, el material y equipo utilizados y el procedimiento para realizar una inspección. En el capítulo IV se define la conservación, la cual se integra de tres partes, la Inspección, la evaluación y el Mantenimiento, se explica de manera resumida la necesidad de conservar los puentes y la situación actual de los mismos en México, y por último se dan a conocer algunos programas de conservación. En el capítulo V se incluyen los reportes de los trabajos realizados en campo, un resumen del reporte fotográfico de daños, y los dictámenes técnicos del puente, que cubren las dos primeras partes de la conservación, que son la inspección y la evaluación. En el capítulo VI se muestra el catalogo de mantenimiento menor, en el se incluye el resultado de la cuantificación de los daños realizada en campo, mismos que a su vez servirán para la realización del programa de mantenimiento menor anual para la estructura, para cubrir el tercer punto de la conservación. En el capítulo VII se muestran las conclusiones a las cuales se llegaron después de realizar los trabajos de inspección y mantenimiento del Puente, así como las ventajas y desventajas de realizar esos trabajos Inspección y Mantenimiento 2011 del Puente Coatzacoalcos I. 6 Al elaborar esta Tesis se pretende que el lector identifique los principales conceptos de trabajo que se realizan en la Conservación de los Puentes (Inspección, Evaluación y Mantenimiento) para realizar estos trabajos se requieren conocimientos adquiridos en la carrera de Ingeniería Civil. Capitulo II. Generalidades 7 CAPITULO II. GENERALIDADES. II.1 Breve historia de los Puentes en México Los puentes son tan antiguos como la misma civilización, desde el momento que alguien cruzó el tronco de un árbol para cruzar una zanja o un río empezó su historia. A lo largo de la misma ha habido realizaciones de todas las civilizaciones, pero los Romanos fueron los grandes ingenieros históricos, no habiéndose superado su técnica y realizaciones hasta los últimos dos siglos. Los puentes de Alcántara, Mérida, Córdoba o el Acueducto de Segovia son solamente algunas muestras de su arte e ingeniería que ha llegado hasta nuestros días. La aparición de nuevos materiales de construcción, principalmente el acero, dio paso a un replanteamiento de la situación. La teoría de estructuras elaboró los modelos de cálculo para la comprobación de los diseños cada vez más atrevidos de los ingenieros, como arcos y armaduras para salvar grandes claros. El ferrocarril, como nuevo medio de transporte y como uno de los pilares fundamentales del mundo moderno, aceleró todavía más el desarrollo de los puentes cada vez más grandes, de diseño más elaborado y con técnicas de construcción cada vez más desarrolladas y avanzadas. Ya en el siglo XX el concreto reforzado y más tarde el concreto presforzado contribuyeron todavía más al desarrollo de esta técnica, abaratando costos, facilitando técnicas, y en definitiva "popularizando" su construcción. Al desarrollarse la tecnología del concreto reforzado, empezaron a construirse estructuras complejas con este material. Al principio, únicamente losas planas de 10 m de claro máximo y, posteriormente, losas sobre varias nervaduras hasta de 15 m de claro. Para claros mayores se seguía recurriendo al acero estructural. Sin embargo, pronto se observo que el concreto era un material mucho más económico que el acero, porque se fabricaba al pie de la obra con elementos locales. La Secretaria de Comunicaciones y Transportes fue pionera en México en la instalación de laboratorios para el control de calidad de los materiales de la construcción y para la implantación de las normas correspondientes. El desarrollo de esta tecnología permitió obtener concretos de mayor resistencia y de mayor confiabilidad. Inspección y Mantenimiento 2011 del Puente Coatzacoalcos I. 8 Lo anterior, favoreció la construcción de grandes puentes de concreto reforzado, como el arco del puente Belisario Domínguez (Imagen II.1.1), que vino a sustituir el puente colgante sobre el río Grijalva, en Chiapas, en el año de 1954. Por otra parte, la aplicación del concreto reforzado en los puentes comunes de claros pequeños y modernos, se hizo, prácticamente, general. Al observarse la gran influencia que los moldes tenían en el precio unitario del concreto surgió la superestructura de dos nervaduras, innovación nacional respecto a la práctica de la época. Aunque la idea del concreto presforzado es muy antigua, no pudo materializarse en las obras de ingeniería civil mientras no se desarrollaron los concretos y aceros de alta resistencia que, por una parte, permitían la aplicación de grandes fuerzas externas y, por la otra, reducían las pérdidas que esas fuerzas experimentaban, como consecuencia de las deformaciones diferidas. La aplicación del concreto presforzado a los puentes se da, por primera vez, en Europa, al término de la segunda guerra mundial y se ve impulsada en ese continente, por la necesidad de reconstruir numerosos puentes destruidos por la guerra. En México, la aplicación de esa nueva tecnología fue relativamente temprana, El puente Zaragoza, sobre el río Santa Catarina, en la ciudad de Monterrey fue el primer puente de concreto presforzado del continente americano, construido en 1953 (Imagen II.1.2) bajo la dirección exclusiva de ingenieros mexicanos, que idearon un sistema original para el sistema de anclaje de los cables de presfuerzo y comprobaron la validez de sus cálculos con la realización de una prueba de carga sobre una viga de escala natural. Imagen II.1.1 Puente “Dr. Belisario Domínguez” en el estado de Chiapas, estructura de concreto reforzado, la Subestructura forma un arco para librar el Río Grijalva. Fuente: archivos SCT. Capitulo II. Generalidades 9 Pocos años después, en 1957, se construyo el puente sobre el río Tuxpan, (Imagen II.1.3) en el acceso al puerto del mismo nombre, en el estado de Veracruz que constituye otra primicia de la ingeniería mexicana en el continente americano, ya que fue la primera obra de este lado del océano en que se aplico el sistema de dovelas en doble voladizo. El puente tiene claros de 92 m. y es de tipo Gerber, con articulaciones metálicas al centro de los claros. El concreto se presforzo con barras de acero redondo y, durante la construcción, se tuvieron diversos problemas por la falta de experiencia en este sistema de construcción, al grado que para la primera dovela en voladizo se requirieron 45 días, mientras que, para las ultimas, el tiempo se redujo a 10 días. El aumento en la industria del presfuerzo y la prefabricación permitió el empleo cada vez más frecuente de vigas presforzadas y prefabricadas en los puentes. Con estos elementos se evitaban las obras falsas y se reducían los Imagen II.1.2. Puente “Zaragoza” en la ciudad de Monterrey, Nuevo León, primer puente de concreto presforzado construido en América. Fuente: Archivos IMCYC Imagen II.1.3. Puente“Tuxpan, en el estado de Veracruz, estructura a base de Dovelas en doble voladizo. Fuente: Archivos SCT. Inspección y Mantenimiento 2011 del Puente Coatzacoalcos I. 10 tiempos de construcción. Al principio, este tipo de estructuras se veía limitado en su aplicación por falta de personal calificado y por dificultades para el transporte de los elementos hasta el sitio de las obras, pero esas limitaciones fueron superadas al irse desarrollando el país. Uno de los puentes más importantes en los que por primera vez se aplica en forma intensiva el uso de vigas prefabricadas presforzadas es el que cruza el río Coatzacoalcos (Imagen II.1.4 y del cual se realiza esta Tesis) y que permite el paso de la carretera costera del golfo y del ferrocarril. Durante varios años, este puente, con una longitud de, aproximadamente, 1 Km. fue el más largo de México. En lo que se refiere a los puentes de acero estructural, se tiene un avance importante cuando se empieza a aplicar la soldadura en la ejecución de juntas, como lo ocurrido a mediados de la década de los 50’s que permitió la construcción de estructuras más ligeras, en el puente de Chinipas del ferrocarril Chihuahua- Pacifico (Imagen II.1.5), se construyeron uniones remachadas y soldadas en una armadura de tres tramos continuos de paso superior y con un sistema ingenioso de montaje. Imagen II.1.4. Puente “Coatzacoalcos I” en el estado de Veracruz, estructura mixta, a base de tramos de concreto presforzado y tramos de acero, contando con un tramo levadizo. Fuente: Archivos SCT. Capitulo II. Generalidades 11 Otro avance en estructuras de acero se tuvo al introducir en ellas un presfuerzo exterior, que permite la optimización de la sección transversal, reduciendo el peso propio de la superestructura. El puente de Tuxtepec (Imagen II.1.6), está constituido por tramos libremente apoyados formados por losas de concreto reforzado sobre trabes de acero soldadas, presforzadas. Imagen II.1.5. Puente “Chinipas” en el estado de Chihuahua, Puente con Superestructura de acero estructural. Fuente: www.mexicoenfotos.com Imagen II.1.6. Puente “Tuxtepec” en los límites de los estados de Veracruz y Oaxaca, estructura a base de una Losa de concreto reforzado sobre vigas de acero. Fuente: Archivos SCT. Inspección y Mantenimiento 2011 del Puente Coatzacoalcos I. 12 Especialmente sobresaliente dentro de las estructuras de acero son los puentes Fernando Espinosa (Imagen II.1.7) y Mariano García Sela (Imagen II.1.8), que fueron los primeros en que se diseño en México un sistema de piso con placa ortotrópica1 Este tipo de estructuras permite una considerable reducción del peso propio, ya que la placa de la calzada, además de recibir las cargas vivas, trabaja como patín superior de las costillas, las piezas del puente y las trabes maestras. El sistema es, además, altamente eficiente y optimiza el empleo del acero. En estos puentes, las conexiones fueron remachadas en las trabes maestras construidas por segmentos en voladizo y soldadas en el sistema de piso ortotrópico. 1 Un material es ortotrópico cuando sus propiedades mecánicas o térmicas son únicas e independientes en tres direcciones perpendiculares entre sí. Algunos ejemplos de materiales ortotrópicos son la madera, muchos cristales y los metales laminados” www. help.solidworks.com Imagen II.1.7. Puente “Fernando Espinoza” en el estado de Jalisco, estructura a base de acero estructural con sistema de piso ortotrópico. Fuente: Archivos SCT. Imagen II.1.8. Puente “Mariano García Sela” en el estado de Veracruz, estructura a base de Vigas de acero, con sistema de piso ortotrópico: Fuente: Archivos SCT. Capitulo II. Generalidades 13 Además es de vital importancia para el país el traslado de personas y mercancías, a los centros de producción económica y centros de consumo, México cuenta con una extensa red de transportes aéreos, marítimos y terrestres. Esta última, está formada por la red nacional de carreteras. Por lo tanto conservar el buen estado del funcionamiento vial es de suma importancia, ya que permite alcanzar los grandes objetivos fijados en los planes de desarrollo y que se traduce en última instancia en elevar la calidad de vida de los habitantes. II.2 Reseña del Puente Coatzacoalcos I El Puente Coatzacoalcos I fue inaugurado el 18 de Marzo de 1962, este hecho abría una nueva era en las comunicaciones a nivel nacional, en el momento en el que el tramo levadizo dejo pasar al primer barco, se abrió la llamada “Llave del Sureste”, como se le conocía a esta impresionante estructura. El puerto de Minatitlán posee una gran actividad marítima, por lo cual se construyo una importante vía de comunicación del centro del país al sureste y los estados de la península, misma que permitiera el paso de los barcos de gran tamaño a través del rio Coatzacoalcos Debido a eso, el Puente cuenta con un tramo levadizo, que lo hace único en el país y uno de los primeros en su tipo en toda América Latina. El creciente desarrollo económico y social de la región del sureste del país a mediados del siglo XX aumento las necesidades de enlace carretero y ferroviario con la región central del país, por lo que fue necesario cruzar mediante un puente el rio Coatzacoalcos y lograr así la continuidad de la carretera costera del golfo. En el sitio elegido para el cruce del Puente quedo incluida la isla “Pajaritos”, por lo cual la distribución general del Puente presenta dos tramos sobre el rio, denominados “principal” y “auxiliar”. El primero de 418 m de longitud, parte de la margen izquierda a la isla, e incluye el tramo levadizo, así como 10 claros con trabes prefabricadas. El segundo de 172 m de longitud, con 5 claros de trabes prefabricadas, cubre el cauce secundario entre la isla y la margen derecha del río. El puente se complementa con viaductos en la margen izquierda y sobre la isla, con los que su longitud total es muy cercana a 1 km. (965.87 m.) Dada la importancia de este puente, el proyecto se resolvió con tráfico simultáneo en dos bandas de tránsito, además de una vía de ferrocarril y una banqueta para el paso de los peatones Inspección y Mantenimiento 2011 del Puente Coatzacoalcos I. 14 II.2.1 Superestructura La superestructura para el tráfico vehicular y peatonal está soportada por 4 trabes, mientras que el paso de ferrocarril está apoyado sobre 3 trabes (Imagen II.2.1.1). Toda la cimentación del puente se proyecto mediante cilindros de concreto de gran diámetro, con una longitud promedio de 30 m aproximadamente. II.2.2 Subestructura Toda la cimentación del puente se proyecto median cilindros de concreto de gran diámetro, con longitudes promedio de 30 m. aproximadamente. Los cilindros de concreto reforzado se hincaron hasta alcanzar un manto arenoso resistente. Los apoyos extremos fueron colocados sobre dos cilindros y las Pilas sobre un solo cilindro, con excepción de las dos que soportan el tramo levadizo y sus accesos, en las que se requirieron cuatro cilindros para cada una. Imagen II.2.1.1. Sección Transversal de la Superestructura en los Tramos de concreto, se aprecia la distribución de las Trabes, 4 Trabes de concreto presforzado en la zona de tráfico vehicular y peatonal (lado izquierdo) y 3 Trabes de concreto presforzado para el paso del Ferrocarril (lado derecho). Fuente: Plano de levantamiento geométrico elaborado por la empresa Server Ingeniería, S.A. de C.V. Capitulo II. Generalidades 15 En las Pilas de un solo cilindro la diferencia entre el diámetro de esté y el ancho necesario para alojar en la corona las 7 trabesde concreto, se soluciono con un cuerpo en forma de abanico, de diseño atrevido y funcional, con impresionante apariencia (Imagen II.2.2.1). Durante el colado progresivo de los cilindros, se utilizaron moldes de lámina desarmables y forros, tanto exterior como interiormente y gran parte del concreto fue colado mediante bombas especiales. El hincado se realizo en general empleando dragas montadas en camiones, sobre elementos hidráulicos ensamblados entre sí. Imagen II.2.2.1. Vista Frontal de las Pilas, Cabezal de las Pilas en forma de abanico y parte inferior en forma cilíndrica, de concreto reforzado. Fuente: Plano de levantamiento geométrico elaborado por la empresa Server Ingeniería, S.A. de C.V. Inspección y Mantenimiento 2011 del Puente Coatzacoalcos I. 16 II.2.3 Tramo levadizo El tramo levadizo está formado por dos armaduras de acero, tipo Warren2, que cubren un claro de 66m. Dicho tramo era izado por medio de un sistema de contrapesos accionado por un sistema electromecánico que deslizaba a través de un par de torres de izaje “A” y “B” de 39 m. de altura, más la caseta de máquinas. El sistema de piso está formado por piezas de puente espaciadas a cada 8.25 m., las cuales se conectan a los Montantes de las Armaduras; de forma paralela al eje del camino, en el cuerpo carretero se encuentran los Largueros espaciados a cada 1.75 m.; en el cuerpo ferroviario se encuentran dos Trabes espaciadas a 2.0 m., las Trabes y Largueros se conectan a las piezas de puente. Sobre los Largueros del cuerpo carretero se apoyan unos Canales o Cargaderos y sobre éstos elementos se apoya la rejilla Irving®3. En el cuerpo ferroviario, sobre las dos trabes, se apoyan los durmientes de madera. Las torres se apoyan sobre unos muros de concreto reforzado, la cimentación es del tipo profundo a base de unos cilindros. El puente da paso a dos carriles de circulación vehicular, en un sentido es hacia Villahermosa y en el otro es hacia Coatzacoalcos, también da paso a una vía de ferrocarril. Actualmente ya no se iza el tramo Levadizo, según las autoridades. Las características generales y la identificación de Ejes y Elementos de la Estructura, se muestran en los siguientes croquis (Imágenes II.2.3.1, II.2.3.2 y II.2.3.3) 2 Armadura Warren es un tipo de estructura que se utiliza en diferentes tipos de construcción para apoyar una carga. Las armaduras son elementos que los arquitectos y los ingenieros utilizan en el diseño residencial y de obras públicas. La armadura Warren es a menudo parte de la estructura de los diseñadores profesionales utilizan en la construcción del puente. Algunos expertos definen una armadura Warren como una armadura con un conjunto de diagonales en una W de diseño en relación con una estructura horizontal. Otros incluyen las armaduras con las dos diagonales y verticales en la definición de una armadura Warren. La armadura Warren común tiene una mirada distintiva, donde una serie de triángulos se conecta a un período de tiempo. Puentes utilizando la armadura Warren son bloques, diseños rígidos, en lugar de los arcos” http://es.scribd.com/doc/105867905/Que-es-una-armadura-Warren#scribd 3 Rejilla industrial de acero marca Irving® fabricada y distribuida por la compañía Harsco Industrial IKG de México, S.A de C.V. Capitulo II. Generalidades 17 Imagen II.2.3.1. Corte Transversal del tramo levadizo, estructura formada por una armadura tipo Warren, de acero para cubrir un claro de 66 m. El sistema de piso es una rejilla tipo Irving de acero estructural, sobre vigas de acero en la zona del tráfico vehicular y peatonal, mientras que en la zona del paso del ferrocarril es a base de durmientes sobre vigas de acero. Fuente: Plano de levantamiento geométrico elaborado por la empresa Server Ingeniería, S.A. de C.V. Inspección y Mantenimiento 2011 del Puente Coatzacoalcos I. 18 Imagen II.2.3.2. Elevación del tramo levadizo, estructura formada por una armadura tipo Warren de acero estructural, se aprecia la distribución de los montantes y diagonales, en base a las cuerdas, tanto superior e inferior. Fuente: Plano de levantamiento geométrico elaborado por la empresa Server Ingeniería, S.A. de C.V. Imagen II.2.3.3. Vista de la parte inferior (planta) se aprecia el contraventeo y las piezas del Puente (principales) además de los ejes de las vigas de acero, tanto en la zona de tráfico vehicular y peatonal como en la zona del paso del ferrocarril. Capitulo III. Inspección de Puentes. 19 CAPITULO III. INSPECCIÓN DE PUENTES. III.1 Definición de Inspección La Inspección se define como el conjunto de acciones técnicas realizadas de acuerdo a un plan previo, mismas que facilitan la obtención de datos necesarios para conocer en un instante dado el estado en el que se encuentra cualquier estructura. La Inspección es el primero de los tres puntos dentro de la Conservación de las estructuras (Imagen III.1.1). En las obras civiles es necesario el establecimiento de una inspección sistemática, como única fuente para suministrar datos sobre la detección de los daños y la evaluación de su estado. El concepto de seguridad va de mano con los Puentes, por lo que la opinión pública no admite el más mínimo riesgo de colapso de las estructuras, aunque en realidad siempre exista, ya que técnicamente la seguridad absoluta no se puede garantizar. Existen daños que se pueden resarcir mediante la inspección sistemática, como lo son las fallas por degradación o daños que se presentan de forma gradual y que al ser atendidos no deben presentar mayores riesgos. Los puentes deben de Imagen III.1.1. Fases que se incluyen en la Conservación de las estructuras. Inspección y Mantenimiento 2011 del Puente Coatzacoalcos I. 20 ser capaces de cumplir con las funciones para las que fueron diseñados, por lo que si se presentan ciertos deterioros, debe de ser necesario tener una vigilancia, misma que asegure que se tomen las medidas adecuadas para resarcir dichos deterioros en tiempo y forma, ya que gradualmente puede incrementar el daño, llegando a convertirse en un problema para el funcionamiento adecuado de la estructura. Un programa de inspección sistemático tendrá que proporcionar los datos necesarios para la toma de decisiones sobre mantenimiento, reparación, refuerzo o en su caso sustitución de la estructura o de alguna de sus partes. La organización de la inspección sistemática de los puentes será obligación, en gran medida, del propio sistema de gobierno y administración de cada país, en este trabajo no se entrara en detalle sobre los sistemas que poseen los países que ya han implantado la inspección sistemática. La inspección es una actividad compleja, que debe realizarse en forma organizada y sistemática, ya que de ella dependen las recomendaciones para corregir los defectos, señalar restricciones de carga y velocidad y para minimizar la posibilidad de pasar por alto algunas deficiencias que pueden convertirse en daños severos si no son reparados a tiempo. Para obtener una información satisfactoria, las inspecciones deben llevarse a cabo con una cierta periodicidad, y deben realizarse según un plan previamente definido, encaminadas a: Disponer, en todo momento, de un buen conocimiento de su estado y funcionalidad. Conocer las causas y procesos que le han conducido a su estado actual. Prever su comportamiento futuro y en su caso, definir acciones a realizar para mantener su integridad estructural: funcionalidad y seguridad adecuadas. III.2 Tipos de inspección Las inspecciones se requieren para la detección y evaluación de daños, los tipos de inspección son los siguientes:Capitulo III. Inspección de Puentes. 21 III.2.1 Inspección visual “La Inspección debe realizarse por personal especializado en puentes y adiestrado para la identificación y evaluación de daños. La brigada de inspección debe estar formada, por lo menos, por tres técnicos y uno de ellos debe ser ingeniero. El personal contará con un equipo mínimo y la inspección será fundamentalmente visual. La época más recomendable para realizar esta inspección es al término de la temporada de lluvias, cuando la disminución de los niveles de agua facilita el acceso bajo las obras y cuando están frescos los indicios de socavación, principal causa de colapsos” Manual para Inspección y Conservación de Puentes, S.C.T. Al término de la inspección visual, el jefe de brigada procederá a dar una calificación del estado global de la obra. En virtud de la escasez de información y de la superficialidad de la inspección, no es posible adoptar un sistema cuantitativo sofisticado de calificación, por lo que en forma práctica se recomienda que las obras se incluyan en alguno de estos tres grupos: Grupo "A".- Puentes que por la gravedad de sus daños requieren atención inmediata. Grupo "B".- Puentes que presentan daños que deben ser atendidos en un plazo mediano (seis años), porque su situación puede degradarse a la situación "A". Grupo "C".- Puentes que solo presentan daños menores que se pueden corregir con tareas de mantenimiento rutinario a cargo de las brigadas de conservación. Para la ejecución de estas inspecciones se recomienda utilizar las siguientes publicaciones de apoyo: Catalogo de deterioros: El cual servirá para ayudar en la calificación del puente Formatos para la inspección del puente: El cual estará de acuerdo con el sistema de cómputo y servirá para proporcionar fichas de captura. Guía para la Inspección y Conservación de Puentes: Esta es una publicación que tiene la SCT, que es traducción de una publicación de la AASHTO. Inspección y Mantenimiento 2011 del Puente Coatzacoalcos I. 22 III.2.2 Inspección detallada “Esta Inspección de realiza, por lo menos, una vez al año en aquellos puentes que hayan clasificado en el grupo "A" durante la inspección preliminar. Esta segunda inspección la realizará personal especializado en puentes, procedente de oficinas centrales o regionales, y tendrá por objetivo ratificar o rectificar la calificación preliminar. Para ello deberá contar con equipos que permitan el acceso a todas las partes del puente para observar detalladamente todos sus elementos, y que permita la medición cuantitativa de las respuestas de la estructura con precisión suficiente” Manual para Inspección y Conservación de Puentes, S.C.T. Entre las actividades a realizar se incluyen el levantamiento geométrico de la estructura, la determinación de la naturaleza y extensión de los daños y la realización de diversos estudios que permitan determinar la causa y mecanismo de propagación de los daños; para lo cual es necesario utilizar equipos desarrollados por la tecnología mundial para la observación de obras. Dada la extensión y complejidad de estos trabajos y el alto grado de responsabilidad profesional que implican, es recomendable que se realicen con el apoyo de empresas especializadas de consultoría, contratadas para este efecto III.3 Materiales y equipo usados en la inspección Para determinar el equipo y materiales usados en la inspección se debe tener en cuenta el tipo de inspección que se va a realizar, ya que de ello depende el utilizar o no equipo especializado Para las inspecciones visuales se recomienda contar con la sig. Lista de material y equipo: Transportación (Vehículos) Botas de trabajo Escaleras Botiquín Caja de herramientas Conos de plástico Triángulos reflejantes Señales de seguridad Machete Sogas Capitulo III. Inspección de Puentes. 23 Chalecos antireflejantes Cascos Nivel de mano Cinturón de herramientas Cepillo de alambre Crayones o gises Cintas métricas Flexometros Distanciometro Laser Radios (Walkie-Talkie) Cámaras fotográficas Libretas y plumas Grietometros Para las inspecciones detalladas además de lo sugerido en la lista anterior se recomienda contar con: Escaleras telescópicas Pasarelas hidráulicas Arneses Cuerdas Binoculares Lámparas Cincel y martillo Navajas En las inspecciones detalladas y si el trabajo lo requiere (dependiendo de lo que se solicite en el contrato) se puede necesitar equipo especializado, como: Estación total Nivel Estadales Balizas Plomadas Extractoras Equipo de demolición Equipo hidroneumático Plantas generadoras de corriente Inspección y Mantenimiento 2011 del Puente Coatzacoalcos I. 24 III.4 Procedimiento para realizar la inspección Para que la inspección se pueda realizar de forma eficiente se recomienda agrupar los diferentes elementos del Puente, comúnmente se puede realizar el agrupamiento de la siguiente manera: 1. Infraestructura 2. Subestructura 3. Superestructura 4. Calzada y Accesos Por lo general se recomienda que el orden de agrupación de los elementos sea la base para la inspección, o sea, que ese sea el orden en que se revise el Puente, iniciando con los Cimientos y terminando con la Calzada y los Accesos. III.4.1 Inspección de la infraestructura Por lo regular la inaccesibilidad de la cimentación hace que las posibles fallas tengan que ser detectadas indirectamente, en forma de movimientos excesivos, grietas, asentamientos, etc. o a través de otros signos en la superestructura. Por su interés con relación a posibles fallas en la cimentación cabe señalar la utilidad de dos actividades: Nivelación del tablero. Inspecciones subacuáticas. Algunas consideraciones que deben observarse, a fin de determinar las condiciones de la cimentación son: Accesos. Detectar la presencia de deslaves, asentamientos o rugosidades que motivan que los vehículos que se acercan a puente causen esfuerzos de impacto indeseable. Cauces. Verificar la suficiencia de cauce bajo la estructura, cerciorándose de que no esté obstruido por depósitos de materiales de arrastre, como bancos de arena y crecimiento de vegetación que pueden modificar la orientación de la corriente, causando socavación a las pilas o a los estribos. Capitulo III. Inspección de Puentes. 25 III.4.2 Inspección de la subestructura Dentro del término subestructura se incluyen Estribos, Pilas y sistemas de apoyo. Dentro de la amplia variedad de defectos y deterioros observables en este tipo de elementos, deben incluirse en un informe las fisuras y grietas que puedan observarse y que puedan ser indicios de otros problemas relacionados con la cimentación, el mal funcionamiento de apoyos, etc. En las Pilas y Estribos se revisa su cimentación, principalmente, cuando es directa para detectar cualquier inicio de erosión o socavación, la presencia y severidad de grietas, así como mencionar cualquier cambio en la posición o verticalidad. Verificar la existencia de grietas, ya que estas pueden ser indicios de socavación o hundimientos. En los Apoyos, (ya sean de neopreno o metálicos) es importante asegurar su adecuado funcionamiento, que no presenten grietas o deformaciones, en el caso de los apoyos de neopreno y cuidando que no existan daños en los pernos de anclaje ni corrosión en los elementos, en el caso de los apoyos metálicos, además de que se encuentren libres de materiales extraños para que haya libertad de movimientos Se debe asegurar que no exista: Grietas por compresión, intemperismo o sobrecarga. Humedad. Sedimentación. Por lo regular los apoyos de los extremos son los más intemperizados y necesitan limpieza continua para asegurar su funcionalidad. III.4.3 Inspección de la superestructuraLa inspección de los elementos de la superestructura y los daños típicos que estos presentan varían notablemente dependiendo si son puentes metálicos, puentes de concreto armado o pretensado u obras prefabricadas. Armaduras Metálicas.- Vigilar las uniones del armazón, que son puntos críticos en los que se acumulan residuos que provocan la corrosión y pérdida de sección en elementos de la armadura. Vigas y largueros.- En el caso de las vigas de acero, debe vigilarse la existencia de grietas y de corrosión, principalmente, en las alas superiores, alrededor de los remaches, pernos y en las áreas de soldadura. Asegurarse de que estén adecuadamente sostenidas, que no haya torceduras o Inspección y Mantenimiento 2011 del Puente Coatzacoalcos I. 26 desplazamientos, ni tengan daños debidos a colisiones o perdidas de sección por corrosión. Para las trabes de concreto, en caso de existir grietas, deben observarse por un tiempo para determinar si son activas y con la ayuda de un grietometro medirlas. Debe tomarse en cuenta si han sido tratadas con inyecciones de resinas epóxicas. Igual atención requieren las áreas que sufren desintegración de concreto y la existencia de las vibraciones o deflexiones excesivas. En los elementos pretensados, como trabes o diafragmas, es importante la vigilancia frecuente para que el agua no penetre por las fisuras ni por los anclajes extremos de los ductos, ya que cualquier inicio de corrosión es difícil de detectar. Es importante checar que la altura de los gálibos sean las requeridas para evitar accidentes o colisiones con las trabes u otro elemento del puente. También, deben revisarse los miembros principales de la armadura que son susceptibles a daños por colisión, principalmente al paso de cargas voluminosas. III.4.4 Inspección de la calzada y accesos Dentro de la Calzada y los Accesos se incluyen las banquetas, parapetos, sistemas de drenaje (lavaderos y drenes), Juntas de dilatación, señalamiento vertical, luminaria y demás equipamiento necesario para que el Puente pueda brindar un servicio correcto. En los Accesos verificar que cuenten con guarnición o bordillo, según sea el caso, defensa de lámina, que no existan asentamientos en los terraplenes de acceso, o en su caso si cuenta con Losa de acceso que la misma no se encuentre fracturada, y que la carpeta asfáltica se encuentre en buenas condiciones. En el parapeto, si es metálico checar que no presente signos de oxidación o corrosión, que la pintura se encuentre en buenas condiciones y que no se encuentre deteriorado por impactos vehiculares, en el caso de los parapetos de concreto se verificará que no se presenten desconches, zonas de m al vibrado, o zonas con acero de refuerzo expuesto, que la pintura se encuentre en buenas condiciones, que no cuente con grietas o fisuras, y que no se aprecien impactos vehiculares. En las Juntas de dilatación observar que tengan el espacio adecuado para los desplazamientos por efectos térmicos y que estén libres de basura, además de que el sello de neopreno o banda elástica no se encuentre rota y que sea continua en toda su longitud, para evitar filtraciones de agua y escurrimientos a los Cabezales Capitulo III. Inspección de Puentes. 27 Para el señalamiento vertical, checar si existe, que sea legible y que no se encuentre deteriorado, en caso contrario se anotara en el informe de inspección si requiere sustitución de alguna señal o no cuenta con el señalamiento En el caso de los sistemas de drenaje, verificar que los lavaderos no se encuentren obstruidos con vegetación, basura, tierra o cualquier otro material, que la entrada de los mismos se encuentre en buenas condiciones y que no se encuentren fracturados o agrietados, para los drenes, se requiere checar que no se encuentren tapados, que no escurran a la parte inferior de la Losa o a cualquier elemento de la Superestructura, si ese fuera el caso, se requerirá colocar extensiones Para las luminarias se requiere que la inspección se ejecute en un horario donde las mismas se encuentren en funcionamiento, para verificar que no existan lámparas fundidas y que todas iluminen con la intensidad requerida. Inspección y Mantenimiento 2011 del Puente Coatzacoalcos I. 28 Capítulo IV. Conservación de puentes. 29 CAPITULO IV. CONSERVACIÓN DE PUENTES. La infraestructura de un país y su desarrollo constituyen la plataforma más importante para su crecimiento económico. En este contexto la infraestructura que permite la comunicación por vía terrestre, se ha convertido en un elemento de gran trascendencia de integración nacional, al permitir el desplazamiento de su población a lo largo del territorio nacional y al poner en contacto a productores, distribuidores y consumidores para hacer realidad la actividad económica. En el año 2011, el sistema carretero nacional estaba integrado por una extensa red de más de 366,807 km, repartidos de la siguiente manera. Fuente: Archivos S.C.T. 48,844 kilómetros de carreteras federales y autopistas 78,267 kilómetros de caminos alimentadores o estatales 165,558 kilómetros de caminos rurales 74,138 kilómetros de brechas Además contaba con más de 9,000 Puentes en las redes carreteras, tanto de cuota como libre. En cuanto a las cargas de diseño, aproximadamente el 70% de los puentes fueron construidos antes de 1970, se proyectaron, por lo mismo, para un vehículo tipo (H-15) con peso de 13.6 Ton. y carga máxima para un eje de 10.9 Ton. De 1950 a 1960, el vehículo de diseño fue el HS-15 de 24.5 Ton. con una descarga máxima por eje de 10.9 Ton. y, a partir de 1970, se adopto un incremento en el peso del vehículo tipo (HS-20), para llegar a una carga total de 32.8 Tons. con una descarga máxima por eje de 14.6 Tons. A partir de 1980, cargas como la T3-S3, con un peso total de 46 Ton. y otras de mayores pesos están circulando por nuestra red nacional, de tal manera que la normatividad vigente al peso y otras dimensiones de los vehículos, permita mayor carga en los ejes tándem que en el 66% de los reglamentos del ámbito mundial y en los tres ejes nuestro reglamento permite mas carga que el 52% de todos los Inspección y Mantenimiento 2011 del Puente Coatzacoalcos I. 30 reglamentos del mundo. Pero es más notable en la doble combinación vehicular compuesta por tractor, semirremolque y remolque (T3-S2-R4) de 77.5 Ton. de peso y descarga máxima por eje de 18 Ton., en la que se supera el 96% de los países. Fuente: Archivos S.C.T. IV.1 Definición y objetivo de la conservación Se puede definir el término conservación de estructuras como el conjunto de operaciones y trabajos necesarios para que una obra se mantenga en funcionalidad, resistente e incluso estética, características con las que fue proyectada y construida. Y se puede dividir este conjunto de operaciones y trabajos en tres fases. Inspección, Evaluación y Mantenimiento (Imagen IV.1.1) Sus objetivos fundamentales son: 1. Garantizar que el mantenimiento de los puentes de la red se lleve a cabo de una manera optima. 2. Jerarquizar las necesidades de los proyectos de rehabilitación y de la ejecución de las obras. 3. Realizar la optimización de los presupuestos anuales. 4. Ejecutar proyecciones de los requerimientos de presupuesto para un periodo de 5 años. 5. Optimizar los criterios de evaluación para que los proyectos de reparación de los puentes sean lo más próspero posible. Imagen IV.1.1. Fases incluidas en la Conservación de estructuras. Capítulo IV. Conservación de puentes. 31 IV.2 Necesidad de conservación de los Puentes Numerosos puentes de la red nacional de carreteras presentan daños importantes, como consecuencia de la acción agresiva de los agentes naturales y del crecimiento desmesurado de las cargas. El deterioro causado por los agentesnaturales es común a todas las obras de la ingeniería civil y es el resultado de un proceso mediante el cual la naturaleza trata de revertir el procedimiento artificial de elaboración de los materiales de construcción y llevarlos nuevamente a su estado original. De esta manera, el concreto, roca artificial formada por agregados pétreos unidos con cemento y agua, por efecto de los cambios de temperatura, el intemperismo y otros agentes, se agrieta y se desconcha y tiende otra vez a convertirse en arena, grava y cemento separados. Así mismo, el acero, formado por hierro con un pequeño agregado de carbono, es un material artificial inexistente en la naturaleza, que por efecto de la oxidación tiende a convertirse en un material más estable. Por lo que se refiere a las cargas rodantes, el desarrollo tecnológico ha propiciado la aparición de vehículos cada vez más pesados en respuesta a la demanda de los transportistas que encuentran más lucrativa la operación de vehículos de mayor peso y, por otra parte, el desarrollo económico se ha reflejado en un notable incremento del parque vehicular. Una gran parte de nuestros puentes fueron calculados para la carga AASHTO H-15 con un peso total de 13.6 Ton., en tanto que el camión T3-S3, autorizado por el reglamento de operación de caminos, tiene un peso legal de 47 Ton. y, frecuentemente, un peso ilegal de 75 Ton. Esta situación explica los daños en las estructuras de pavimentos y puentes, causados por el aumento de las solicitaciones mecánicas al aumentar el peso de las cargas rodantes y por la disminución de resistencia por efecto de la fatiga estructural ocasionada por el efecto de frecuencia en la aplicación de esas cargas. Por estas razones, las entidades responsables de la operación de redes carreteras deben considerar la conservación de los puentes como una parte obligada de su quehacer a fin de mantener los niveles adecuados de seguridad y servicio de las estructuras. Desafortunadamente, existe un considerable rezago en la conservación de los puentes que se traduce en un deterioro creciente de su estado físico. Entre las razones que explican, pero no justifican este rezago, pueden señalarse las siguientes: Escasez de recursos. La crisis económica en la que se ve inmerso nuestro país, motiva a un considerable descenso del gasto público y una minimización de recursos disponibles para llevar a cabo la conservación. Por el contrario la crisis debe ser motivo para conservar con mayor esmero la infraestructura Inspección y Mantenimiento 2011 del Puente Coatzacoalcos I. 32 existente ya que, de destruirse, sería imposible restituirla por la escasez de recursos. Preferencia a la estructura térrea. Los limitados recursos asignados a la conservación de la red se han canalizado en el pasado fundamentalmente a la atención de la estructura térrea (tercerías y pavimentos), debido a que los materiales que la conforman son más vulnerables que los predominantes en los puentes, lo que motiva daños más extensos y más frecuentes. Los materiales de los puentes son ciertamente más durables, pero no son eternos y su falta de conservación puede destruirlos, ocasionando pérdidas económicas cuantiosas e interrupciones más prolongadas del tránsito que con los pavimentos. Impopularidad de la conservación. El crecimiento demográfico, el acceso de grupos cada vez mayores a mejores niveles de vida y la urbanización creciente generan una gran demanda de diversas obras nuevas de infraestructura, ante las cuales la conservación de las obras ya existentes resulta una tarea poco atrayente para la sociedad y sus dirigentes y queda, por tanto, en desventaja en la asignación de recursos. Carencia de cultura de conservación. En una sociedad subdesarrollada existe poca conciencia sobre la necesidad de conservar las obras, tanto públicas como privadas. Puede decirse que un índice del desarrollo de una nación podría obtenerse en función de la proporción de recursos asignados a la conservación respecto al gasto total en construcción. Fuente: Archivos S.C.T. Aun cuando por su longitud, los puentes representan una porción pequeña de la red, constituyen eslabones vitales que garantizan la continuidad del funcionamiento de toda la red. Su colapso ocasiona, frecuentemente, pérdidas de vidas y cuantiosas pérdidas económicas, tanto por la obra destruida como por la interrupción o demora de la operación. Por estas razones, conservarlos es una necesidad esencial. IV.3 Situación de la conservación de puentes en México En la red federal de carreteras, los puentes representan una inversión inicial superior a los 8 billones de pesos. De acuerdo con los numerosos estudios realizados en todo el mundo, un nivel mínimo recomendable de inversión para la conservación de estructuras viales es el 2% de la inversión inicial. Lo que conduce a definir un presupuesto anual de 160 mil millones de pesos como mínimo necesario para la conservación de esas obras. Desafortunadamente, por muchos años, por las razones antes mencionadas, los presupuestos asignados fueron nulos o mucho menores a la cifra señalada, lo que ha propiciado una grave acumulación del deterioro. Fuente: Archivos S.C.T. Capítulo IV. Conservación de puentes. 33 En una evaluación reciente de los puentes de la red federal en el año 2008, se estimó que, aproximadamente en 3,000 de ellos, el 60% del total, se requerían acciones importantes de rehabilitación. Es oportuno mencionar que el problema planteado no es exclusivo de México, si no que existe en numerosos países y con mayor agudeza en los países más desarrollados que tienen estructuras viales más extensas y más antiguas. En los Estados Unidos, por ejemplo, existen en la red federal de carreteras en el año 2008 574,000 puentes, de los cuales 200,000 deben reemplazarse o reforzarse por obsolescencia funcional o por insuficiencia estructural, a un costo de 50,000 millones de dólares, que se invertirán en un lapso de 20 años. Adicionalmente, en Francia, los 6,700 puentes de la red principal de carreteras existentes en el 2008 requieren una inversión anual de 40 millones de dólares durante 20 años. De esta inversión, un tercio se destinara a acciones preventivas de mantenimiento y dos tercios a la rehabilitación o reemplazo del 25% de esas obras. A pesar de que la construcción y administración institucional de puentes carreteros en México empieza en 1952 con la fundación de la Comisión Nacional de Caminos, es solo hasta 1982 cuando se inician acciones administrativas que consideran el problema global de la conservación de puentes. Antes de esa fecha, solo se emprendían acciones dispersas diferidas a casos puntuales, que en su mayor parte se aplicaban a la reconstrucción de puentes colapsados por socavación durante los temporales. Fuente: Archivos S.C.T. En 1982, se levanta un inventario de los puentes de la red federal que incluye una evaluación de sus condiciones. Este documento constituye un esfuerzo importante de la Dirección General de Construcción y Conservación de Obra Pública por el control de las estructuras viales a su cargo. Posteriormente, se establecen Residencias de Conservación de Puentes en la mayor parte de los estados y se llevan a cabo numerosas obras de reparación y modernización de puentes. Similares esfuerzos han sido realizados en la última década por el organismo Caminos y Puentes Federales de Ingresos y Servicios Conexos, por el Departamento del Distrito Federal y por la empresa de Ferrocarriles Nacionales de México para atender los puentes a su cargo. Fuente: Archivos S.C.T. Por otra parte, es importante señalar que existen numerosos puentes que se encuentran desprotegidos, porque las entidades que los administran, quizás fundamentalmente por la carencia de recursos, no han realizado acciones sustantivas para su conservación. Se trata de los puentes de las redes estatales de caminos alimentadoresy de los puentes de los caminos rurales. Aunque estos puentes soportan, en general, volúmenes de transito mucho menores que los de la red troncal, muchos de ellos tienen una gran antigüedad y un deterioro severo como consecuencia de una escasa o nula conservación, por lo que constituyen un grave peligro para la seguridad pública. Fuente: Archivos S.C.T. Inspección y Mantenimiento 2011 del Puente Coatzacoalcos I. 34 IV.4 Programas de conservación de Puentes carreteros El deterioro de nuestros puentes es debido, principalmente, a factores como: edad, diseño, defectos de construcción, incremento de cargas, medio ambiente adverso y a un mantenimiento inadecuado y diferido. Sin duda que la capacidad para establecer objetivamente las prioridades y de formular estrategias adecuadas para atenderlas, depende de que se logren programas más eficaces que permitan, en primer término, preservar la inversión en las estructuras existentes y proporcionar niveles continuos y adecuados de seguridad y comodidad a los usuarios. En nuestro país hay muy pocos programas establecidos para la conservación de puentes, por lo general cada dependencia que tiene bajo su responsabilidad el cuidado de cierto número de puentes, tiene un programa que aplica de una forma no muy ambiciosa y mucho menos exitosa. Caminos y Puentes Federales (CAPUFE), Comisión Nacional de Electricidad (CFE) y la Secretaria de Comunicaciones y Transportes (SCT); tienen sus propios programas de conservación de puentes, aunque son muy parecidos por ser "copiados" de programas de otros países. El último y más ambicioso de estos programas fue implantado por SCT, firmado en 1992 con el Directorio Danés de Carreteras. Este programa lleva como nombre SIPUMEX. El Sistema de Puentes de México (SIPUMEX) es un sistema que permite contar con un inventario de la totalidad de los puentes de la Red Federal de Carreteras, en el que se incluyen las características, ubicación y estado físico. Ello permite efectuar una priorización de las necesidades de mantenimiento y rehabilitación, con lo que se logra una optimización de los recursos aplicables, atendiendo al mismo tiempo a la seguridad de los usuarios. Fuente: Archivos S.C.T. La primera fase de SIPUMEX, que se firmo en el año de 1992, está constituida por las siguientes actividades: Inventario. Inspecciones principales. Inspecciones rutinarias. Mantenimiento menor y limpieza. Evaluación de la capacidad de carga. Jerarquización de los trabajos de rehabilitación. A mediados de 1993 se firmo el contrato de la Fase 2, cuyos trabajos finalizaron a fines de 1996, esta segunda fase incluía las siguientes actividades: Capítulo IV. Conservación de puentes. 35 Inspecciones especiales. Diseño de reparación de puentes Diseño y especificaciones para puentes nuevos. Rutas para transporte pesado. Mapa de puentes. Libro de precios (Catalogo de precios unitarios para trabajos de mantenimiento y rehabilitación). La primera etapa de SIPUMEX, si fue cumplida, dando como resultado un inventario de los puentes de la Red federal de Carreteras, que sumaron 6,150 en total, con datos básicos como: Entidad federativa donde se ubica la estructura, la carretera, el kilometraje, tramo, año de construcción, tipo de superestructura y subestructura, el Transito Diario Promedio Anual (TDPA), etc. Fuente: SIPUMEX Dirección General de Conservación de Carreteras. También, resultados de esta primera etapa, fueron, una relación de puentes que requieren reparación urgente según SIPUMEX, con un total de 280 puentes en toda la República Mexicana. La segunda etapa no llevo completamente a cabo sus objetivos por cuestiones de la economía mexicana y su crisis, por la que paso el país en esos años. Finalmente, conviene señalar que para que los programas implementados para la conservación de carreteras funcionen, deben cumplir mínimamente los siguientes puntos: 1. Uniformizar los criterios de inspección de todas las Residencias generales de Conservación de Carreteras. 2. Actualizar sistemáticamente la base de datos del estado de los puentes, por lo menos una vez al año. 3. Contar con los recursos necesarios para mantener el sistema en operación, sobre todo recursos financieros, mayor apoyo en los presupuestos para conservación de puentes 4. Corregir errores y detalles de diseño, conforme se vaya adquiriendo experiencia, en el campo de fallas de puentes, incluyendo el ajuste a las normas de diseño existentes. 5. Una buena planeación de los programas de conservación de puentes. Inspección y Mantenimiento 2011 del Puente Coatzacoalcos I. 36 Capítulo V. Inspección detallada del puente Coatzacoalcos I. 37 CAPITULO V. INSPECCIÓN DETALLADA DEL PUENTE COATZACOALCOS I. El puente “Coatzacoalcos I” se considera del tipo especial, debido a la longitud y al tipo de Superestructura que posee, por ese motivo, para realizar la inspección de la estructura se requirió de un brazo hidráulico con pasarela (SNOOPER) para realizar los trabajos (Imagen V.1). La inspección del puente se realizo en dos partes, la primera incluye todos los tramos de concreto y la segunda parte incluye los tramos de acero, así como la inspección del tramo levadizo, a continuación se incluye el reporte fotográfico de daños y el informe de inspección, además del dictamen técnico del puente, los cuales cubren las primeras dos etapas de la conservación, que son la Inspección y la Evaluación Debido a que es un puente de tipo especial y tiene cerca de 1 km de longitud, la cantidad de fotos incluidas en el reporte fotográfico de daños es muy extensa, por tal motivo, se colocarán y enunciaran las más importantes y con los daños más significativos. Imagen V.1. Pasarela Hidráulica (Snooper) utilizada para realizar la inspección de la parte inferior de la Superestructura y Losa. Inspección y Mantenimiento 2011 del Puente Coatzacoalcos I. 38 V.1 Reporte fotográfico de daños Imagen V.1.1. Se aprecian desconches en el Diafragma N° 2, en el tramo de acceso al Caballete N° 1, el daño ya es de tamaño considerable y presenta corrosión en el acero de refuerzo, la cual se nota a simple vista. Autoría propia. Imagen V.1.2. Los drenes no cuentan con extensión, por lo que escurren a la cara lateral de la Superestructura, además se aprecian desconches con acero de refuerzo expuesto y corrosión, causados por la filtración del agua. Autoría propia. Capítulo V. Inspección detallada del puente Coatzacoalcos I. 39 Imagen V.1.3. Desconches en la parte inferior de la Nervadura N° 1, en el Tramo 1-2, se aprecia corrosión y delaminación en el acero de refuerzo, en un nivel avanzado. Autoría propia. Imagen V.1.4. Desconche en el Diafragma N° 2, sobre la Trabe N° 1, en el tramo 1-2, se aprecia corrosión, delaminación y perdida de sección en el acero de refuerzo. Autoría propia. Inspección y Mantenimiento 2011 del Puente Coatzacoalcos I. 40 Imagen V.1.5. Los poliductos de alta densidad que cubren los cables del presfuerzo externo por cortante se encuentran rotos, por lo que los cables presentan corrosión. Autoría propia. Imagen V.1.6. Se aprecia que algunos de los bloques desviadores del presfuerzo externo por cortante en el tramo 2-3 se desprendieron, solo se observan los restos de los cables, los cuales presentan un grado avanzado de corrosión. Autoría propia. Capítulo V. Inspección detallada del puente Coatzacoalcos I. 41 Imagen V.1.7. Desconchescon acero de refuerzo expuesto y corrosión en la parte inferior de las Trabes, en el Tramo 2-3, se aprecia delaminación y pérdida de sección del acero de refuerzo. Autoría propia. Imagen V.1.8. Ductos metálicos con corrosión en la zona de desvío de los cables del presfuerzo externo por flexión, la mayoría de los ductos presentan el mismo problema. Autoría propia. Inspección y Mantenimiento 2011 del Puente Coatzacoalcos I. 42 Imagen V.1.9. Desconches con acero de refuerzo expuesto y corrosión en el patín inferior de las Trabes en el Tramo 3-4. Autoría propia. Imagen V.1.10. Desconche y Oquedad debido al mal vibrado del concreto, ambos con acero de refuerzo expuesto y corrosión en el patín inferior de la Trabe N° 4, cerca del Diafragma N° 4, en el Tramo 3- 4. Autoría propia. Capítulo V. Inspección detallada del puente Coatzacoalcos I. 43 Imagen V.1.11. Poliductos de alta densidad rotos, en el presfuerzo externo por cortante, los cables del presfuerzo se encuentran descubiertos y con principios de corrosión, en el Tramo 3-4, en el lado del paso del Ferrocarril. Autoría propia. Imagen V.1.12. Poliducto de alta densidad del presfuerzo externo por cortante roto, por lo que el cable se encuentra expuesto y presenta corrosión, Tramo 4-5. Autoría propia. Inspección y Mantenimiento 2011 del Puente Coatzacoalcos I. 44 Imagen V.1.13. Escurrimientos en la parte inferior de la Losa por falta de extensión en los drenes, además se aprecian desconches con acero expuesto y corrosión debido a la filtración del agua, Tramo 4-5. Autoría propia. Imagen V.1.14. Desconche con acero de refuerzo expuesto y corrosión en la parte inferior de la Losa, Tramo 4-5. Autoría propia. Capítulo V. Inspección detallada del puente Coatzacoalcos I. 45 Imagen V.1.15. Vegetación enraizada en el cabezal de la Pila N° 6, lo cual provoca humedad y retención del agua en esa zona. Autoría propia. Imagen V.1.16. Fisuras con filtraciones en la parte inferior de la Losa, en el Tramo 7-8. Autoría propia. Inspección y Mantenimiento 2011 del Puente Coatzacoalcos I. 46 Imagen V.1.17. Manchas de escurrimientos en el cuerpo y Cabezal de las Pilas, lo cual provoca humedad y filtraciones de agua en el concreto. Autoría propia. Imagen V.1.18. Desconches con acero de refuerzo expuesto y corrosión en el cuerpo de la Pila N° 15. Autoría propia. Capítulo V. Inspección detallada del puente Coatzacoalcos I. 47 Imagen V.1.19. Desconches con acero de refuerzo expuesto y corrosión en las caras laterales de las Trabes. Autoría propia. Imagen V.1.20. Corrosión, delaminación y pérdida de sección en los ductos de las zonas de desvío de los cables del presfuerzo externo por flexión. Autoría propia. Inspección y Mantenimiento 2011 del Puente Coatzacoalcos I. 48 Imagen V.1.21. Desconche con acero expuesto y corrosión en el cilindro de la Pila N° 20. Autoría propia. Imagen V.1.22. Desconches con acero expuesto y corrosión en la parte inferior del cajón, entre las Pilas N° 20 y 21. Autoría propia. Capítulo V. Inspección detallada del puente Coatzacoalcos I. 49 Imagen V.1.23. Se aprecian elementos que fueron sustituidos en la armadura, en el tramo levadizo, pero no se les aplico primario ni pintura, por lo cual se encuentran ya con corrosión. Autoría propia. Imagen V.1.24. Elementos nuevo en la torre de la Armadura “B” sin primario ni pintura, por lo cual ya presentan oxidación y principios de corrosión. Autoría propia. Inspección y Mantenimiento 2011 del Puente Coatzacoalcos I. 50 Imagen V.1.25. Se aprecia el cuarto de máquinas para el izaje del tramo levadizo, el cual se encuentra deshabilitado, algunos de los elementos presentan oxidación y se observa la falta de limpieza de la zona. Autoría propia. Imagen V.1.26. Otro detalle del cuarto de máquinas, se aprecia la falta de limpieza y la presencia de oxidación en varios elementos. Autoría propia. Capítulo V. Inspección detallada del puente Coatzacoalcos I. 51 Imagen V.1.27. Corrosión, delaminación y pérdida de sección en varios de los elementos de la armadura del tramo levadizo. Autoría propia. Imagen V.1.28. Corrosión en los elementos del contraventeo de la armadura del tramo levadizo. Autoría propia. Inspección y Mantenimiento 2011 del Puente Coatzacoalcos I. 52 Imagen V.1.29. Corrosión en elementos de la superestructura del tramo levadizo, se aprecia que en el lado del tráfico vehicular fueron sustituidas las piezas principales de la Superestructura. Autoría propia. Imagen V.1.30. Se aprecia el nuevo sistema para el apoyo de la rejilla en la zona del tráfico vehicular, se observa la falta de limpieza. Autoría propia. Capítulo V. Inspección detallada del puente Coatzacoalcos I. 53 Imagen V.1.31. Pavimento deteriorado y formación de baches en el acceso al Caballete N° 1. Imagen V.1.32. Desconches (baches) en la superficie de rodamiento de concreto hidráulico, lado izquierdo del tramo 4-5, se aprecia que fueron rellenados con carpeta asfáltica, misma que se esta desprendiendo. Inspección y Mantenimiento 2011 del Puente Coatzacoalcos I. 54 Imagen V.1.33. Banda elástica rota en la junta de dilatación de la Pila N° 8, lo cual provoca escurrimientos en los Cabezales, varias de las juntas presentan este mismo daño. Imagen V.1.34. Deterioro de la carpeta asfáltica, agrietamiento y formación de baches en el aproche del acceso al Estribo N° 33. Capítulo V. Inspección detallada del puente Coatzacoalcos I. 55 V.2 Dictamen Técnico de la inspección El siguiente informe técnico fue elaborado una vez que se concluyo la inspección detallada, y en él se recaba toda la información obtenida tanto de daños como de deficiencias del Puente, fue realizado por el Ing. Cornelio Granados Serrano, estructurista de la empresa Server Ingeniería, S.A. de C.V. y revisado por el Ing. Víctor M. Chávez Galindo, Gerente de la misma empresa. Este informe corresponde al segundo punto de la Conservación, que es la Evaluación. DICTAMEN TECNICO COMPLEMENTARIO V.2.1.- INTRODUCCION Se realizó un levantamiento de daños para verificar el estado en que se encuentra el puente “Coatzacoalcos I” con respecto a la inspección realizada en Enero de 2010, verificando el avance de los daños más significativos, así como la detección de nuevos. Imagen V.1.35. Deterioro y desprendimiento de la pintura en el parapeto de concreto y en la guarnición, en toda la longitud de la estructura. Inspección y Mantenimiento 2011 del Puente Coatzacoalcos I. 56 Se detalla a continuación los trabajos efectuados: Se realizó una inspección detallada de todo el puente, revisando los daños más significativos detectados en la inspección anterior, para determinar si existe avance y la presencia de nuevos, paratal efecto se utilizó una pasarela hidráulica la cual permitió inspeccionar la parte inferior de la superestructura a detalle en los tramos de concreto y los tres tramos metálicos. El tramo levadizo fue inspeccionado en su totalidad por ingenieros estructuristas y alpinistas, ya que las pasarelas que se construyeron para ese fin ya no funcionan. Para determinar si los apoyos del puente han sufrido asentamientos con respecto a la inspección anterior, se realizó una nivelación por el eje del puente sobre los mismos puntos de control utilizados anteriormente. Tomando con mayor atención la nivelación de la Pila No. 29, que es la que presenta un asentamiento notorio. V.2.2.-REPORTE DE DAÑOS Y SU EVOLUCION V.2.2.1- TRAMOS DE CONCRETO - TRAMOS DE SUPERESTRUCTURA DE TRABES DE CONCRETO PRESFORZADO DEL CUERPO VEHICULAR Y FERROCARRIL. (Tramos 1-2 al 6-7, 8-9, 13-14 al 19-20, 21-22 al 26-27 y del 28-29 al 32-33) a) Desconchamientos en la Superestructura La superestructura en general presenta desconches con el acero de refuerzo expuesto con corrosión en la parte inferior de las losas, en la desembocadura de los drenes por los escurrimientos, así como en algunos diafragmas exteriores e interiores; también existen varillas al descubierto con corrosión en las almas, patines inferiores y superiores de algunas trabes. Existe deterioro en el concreto de las trabes extremas, en las caras donde pega el viento, notándose en la pérdida del cementante dejando al descubierto el agregado grueso. También se detectaron que se realizaron extracciones en la losa las cuales no fueron tapadas. Algunas trabes del tramo vehicular presentan desprendimiento del sello que protege al presfuerzo longitudinal en el extremo, así como algunas grietas en los talones de las trabes, por el avance de la corrosión en los desconches en los Capítulo V. Inspección detallada del puente Coatzacoalcos I. 57 diafragmas que se encuentran en las caras exteriores, se han descubierto algunos de los anclajes del presfuerzo transversal, ya que el sello que los protegía desapareció, estos daños tienen un avance lento con respecto a la inspección anterior, cabe hacer notar que no se les ha realizado ninguna reparación o mantenimiento. (Ver informe fotográfico de tramos de concreto). b) Reforzamiento de la Superestructura Por lo que respecta al refuerzo, a base de cables de presfuerzo externo, se detectaron los siguientes daños: Muchos de los cables del refuerzo por cortante, presentan daños en el poliducto de alta densidad, provocando que en esas zonas el presfuerzo presente corrosión avanzada, al grado de que algunos cables se encuentren rotos, estos casos se han incrementado notoriamente. Por lo que respecta a los cables de presfuerzo longitudinal, estos se encuentran en general en buen estado, solo 6 cables presentan corrosión en zonas en donde el poliducto presenta daños. En esta inspección se detecto que en el tramo 26-27 falta un tramo de poliducto de alta densidad del presfuerzo longitudinal en la trabe 4 del lado interior de aproximadamente 13 m. de longitud, lo cual ha ocasionado que los torones de los cables de presfuerzo presenten corrosión en esa zona. Los tubos que sobresalen de los bloques de anclaje extremos y de los desviadores intermedios presentan corrosión avanzada con pérdida de sección y en algunos casos la pérdida total de esta, lo que está ocasionando que se agriete el concreto debajo de los cables del presfuerzo longitudinal en los desviadores intermedios, en esta inspección varias de estas grietas se han convertido en desconches con el acero expuesto con corrosión y de no atenderse este podría llegar al desviador y perder tensión ese cable. Algunos bloques de anclaje del presfuerzo longitudinal se encuentran agrietados en la cara lateral y otros presentan desconches con el acero expuesto. Varios desviadores del presfuerzo por cortante presentan desconches con el acero expuesto con corrosión además de que se encuentran agrietados. Algunas losas inferiores que se colocaron para reforzar algunos tramos del cuerpo de ferrocarril se encuentran agrietadas en la parte inferior y en las caras Inspección y Mantenimiento 2011 del Puente Coatzacoalcos I. 58 laterales, siendo estas las de mayor espesor, además de que existen filtraciones a lo largo de estas y acumulación de tierra y balasto. Solo los cables del refuerzo por cortante presentan un incremento en la velocidad de deterioro, ya que se detectaron más elementos rotos, los demás elementos presentan un avance lento, cabe hacer notar que no se les ha realizado ninguna reparación o mantenimiento. (Ver informe fotográfico de tramos de concreto). c) Apoyos Todos los apoyos de neopreno se encuentran en buenas condiciones, solo algunos se encuentran un poco fisurados y otros cubiertos de tierra o balasto (Ver informe fotográfico de tramos de concreto). d) Subestructura Los daños en la subestructura, son desconches aislados en el cuerpo y en el tapón superior de cada pila. Algunos cabezales tienen acumulación de tierra, balasto y vegetación. La Pila No. 29 presenta un asentamiento que se produjo en años anteriores, el cual se ha monitoreado desde la inspección anterior, a la fecha se ha incrementado en 1.0 cm, ya que se realizó una nivelación en los puntos de control que se dejaron en la anterior inspección. Estos daños presentan un avance lento en su deterioro con respecto a la inspección anterior, solo el asentamiento en la pila 29 se produjo en unos meses, cabe hacer notar que no se les ha realizado ninguna reparación o mantenimiento. (Ver informe fotográfico de tramos de concreto). Capítulo V. Inspección detallada del puente Coatzacoalcos I. 59 - TRAMOS DE SUPERESTRUCTURA A BASE DE NERVADURAS DE CONCRETO REFORZADO DEL CUERPO VEHICULAR Y FERROVIARIO. (Tramos de acceso al Estribo 1 y 33, tramo 7-8, tramo 20-21 y tramo 27-28). Estos tramos presentan desconches con el acero expuesto y corroído en las partes inferiores de las losas y nervaduras, así como grietas por flexión y cortante en las almas de las nervaduras y fisuras en las partes inferiores de las losas. También existen grietas y desconches en los muros que forman el cajón en estos tramos, también existen puntas de varillas que no fueron resanadas por donde está penetrando la corrosión a los muros. En estos tramos se observó un avance de los daños en los desconches de la parte inferior de las nervaduras y losas inferiores, así como en el espesor y longitud de las grietas por flexión y cortante con respecto a la inspección anterior, cabe hacer notar que no se les ha realizado ninguna reparación o mantenimiento. (Ver informe fotográfico de tramos de concreto). V.2.2.2- TRAMOS METALICOS (Tramos 9-10, 10-11 y 11-12) Los tramos metálicos presentan falta de mantenimiento por lo que en la mayoría de las zonas expuestas al viento existe corrosión avanzada. a) Trabes principales de acero Estos elementos presentan deterioro importante de la pintura que los protege y en algunas zonas se observa que fue retirada y no ha sido repuesta, por lo que estas trabes en general presentan principios de corrosión. Estas trabes presentan corrosión generalizada con delaminación en las uniones de los atiezadores verticales y horizontales. Las trabes presentan corrosión con pérdida de sección en los patines inferiores y superiores en las zonas extremas donde se encuentran las pilas y en la parte central del claro. Los apoyos metálicos presentan corrosión generalizada y en especial en la parte inferior de estos. Inspección y Mantenimiento 2011 del Puente Coatzacoalcos I. 60 Algunas tuercas del contraventeo transversal se encuentran sin cabeza por efectos de la corrosión. Estos daños presentan un avance lento en su deterioro con respecto a la inspección anterior,
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