Revision-del-P S V -tipo-cajon-acceso-a-Grutas-de-Cantona-Autopista-Amozoc-Perote-en-Puebla

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UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MEXICO 
PROGRAMA DE ESPECIALIZACIÓN EN PUENTES 
FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES ARAGÓN 
 
 
 
REVISIÓN DEL PSV TIPO CAJON, ACCESO A GRUTAS DE CANTONA, 
AUTOPISTA AMOZOC-PEROTE, EN PUEBLA 
 
 
 
T E S I N A 
QUE PARA OPTAR POR LA 
ESPECIALIZACIÓN EN PUENTES 
 
 
PRESENTA EL ALUMNO 
ING. JUAN ROMÁN ESPÍNDOLA 
 
 
 
 
TUTOR PRINCIPAL 
Esp. en Puentes Alfredo P. Morales Netzahualcóyotl, FES ARAGÓN 
 
COTUTOR: 
Esp. en Mecánica de Suelos Roberto D. Hernández Islas, FES ARAGÓN 
 
 
 
Ciudad Nezahualcóyotl, Estado de México, septiembre de 2019 
 
 
 
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Tesina: REVISIÓN DEL PSV TIPO CAJÓN, ESPECIALIZACIÓN EN PUENTES 
ACCESO A GRUTAS DE CANTONA, FES Aragón 
AUTOPISTA AMOZOC-PEROTE, EN PUEBLA UNAM 
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Alumno: ROMÁN ESPÍNDOLA JUAN 
Octubre de 2019 
Resumen 
 
La estructura que se analiza en esta Tesina es un falso túnel para Paso Superior 
Vehicular, caso particular un PSV tipo cajón de concreto armado, construido in situ 
para dos fines importantes, el primero es un paso vehicular para dar acceso a las 
“Grutas de Cantona” es un camino secundario que comunica al pueblo de 
Tepeyahualco con las ruinas de Cantona lugar turístico importante en el Estado 
de Puebla, y en segundo lugar es el Paso Superior de la Autopista Amozoc-
Perote. La estructura tiene una longitud de 67 m de largo y se trata de sección 
cajón de 7.20 x 6.30m., con espesores promedio de 0.60 m. (pared y losa). 
Lo que motiva al estudio y análisis de este PSV es el comportamiento estructural 
ya que presenta una serie de agrietamientos importantes a lo largo de toda 
su estructura en muros y losa. Como hipótesis se supone un mal procedimiento 
constructivo y exceso de cargas, no consideradas de proyecto, además de 
deficiencias en el proyecto, supervisión y procedimientos de su construcción. 
El objetivo principal de esta Tesina es analizar y determinar cuáles fueron las 
posibles causas que dieron origen a esos agrietamientos que causan temor e 
incertidumbres a los habitantes que transitan por ese lugar. 
Por consiguiente, los temas de análisis para determinar el comportamiento de esta 
estructura se encuentran divididos en esta Tesina en 4 capítulos, de manera que, 
en el Capítulo 1. Se toman algunas consideraciones teóricas como la geotecnia, el 
análisis y diseño estructural, así como la conservación de puentes. En el capítulo 
2. Se presentan los estudios previos antes de la reparación del PSV considerando 
los reportes de inspección y la descripción del problema que presenta. En el 
Capítulo 3. Se hace una evaluación geotécnica de la estructura mediante dos 
conceptos básicos la Capacidad de carga y Asentamientos y en el Capítulo 4. Se 
desarrolla una evaluación estructural tanto de la sección transversal como 
longitudinal. Asimismo se hace una comparativa de los resultados del análisis del 
proyecto de reparación (año 2013) con respecto a los datos obtenidos según la 
norma AASHTO (año 2019). Se concluye con una alternativa de mejora y 
conclusión general personal. 
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Presentación del proyecto y alcances 
 
REVISIÓN DEL PSV TIPO CAJON, ACCESO A GRUTAS 
DE CANTONA, AUTOPISTA AMOZOC-PEROTE, EN 
PUEBLA 
 
Objetivo. 
El presente trabajo, aborda diversas áreas de la ingeniería básica mismas que se 
tomarán como herramienta para poder determinar las posibles causas que 
generan las fallas estructurales en el P.S.V. de manera integral ya que presenta 
agrietamiento en toda su estructura que ponen en riesgo la utilidad y operatividad, 
así como la seguridad misma de todos los usuarios que transitan por este lugar. 
 
Alcances del trabajo. 
Se abordará para la revisión de la estructura estudios de ingeniería básica; 
geotecnia (capacidad de carga y asentamientos), mecánica de suelos y análisis 
estructural, así como también con el apoyo de los manuales, la normatividad 
vigente, leyes y reglamentos. 
 
Justificación. 
Lo que me lleva a esta revisión es el poder determinar las posibles causas que 
dieron el origen de los agrietamientos en toda la estructura del PSV, para ello se 
revisa el proyecto ejecutivo y el proyecto del mantenimiento mayor realizado en el 
año 2013 así como con la información que se tiene de esta estructura. Se realiza 
una evaluación del funcionamiento estructural de manera integral con los 
correspondientes estudios geotécnicos y un análisis estructural de la sección 
transversal y longitudinal. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Índice 
 
 
Pag. 
Resumen………………………………………………………………………………………..……......... 1 
Presentación del proyecto y alcances ………………………………………………………...….…. 2 
Índice 
Introducción………………………………………………………………………………………....……… 7 
1. Antecedentes…………………………………………………………………..……….... 7 
2. Descripción de la estructura, ubicación y características generales………………. 9 
Capítulo 1………………………………………………………………………………………….….…..... 11 
Consideraciones Teóricas. 
1.1 Geotecnia y Cimentaciones……………………………………………………..….… 12 
1.1.1 Asentamientos y Capacidad de Carga……………………………………….. 12 
1.1.2 Cimentaciones sobre rellenos………………………………………….…….. 15 
1.2 Análisis y diseño de estructuras………………………………………….………….. 17 
1.2.1 Análisis de vigas sobre medios elásticos……………………………..…….. 17 
1.2.2 Flexión simple en vigas…………………………………………………..……. 19 
1.2.3 Diseño de estructuras de concreto……………………………….………….. 20 
1.3 Conservación de Estructuras……………………………………………….………... 23 
1.3.1 Calificación de la estructura………………………………………….……….. 23 
1.3.2 Evaluación de Capacidad de carga de la estructura…………………..…… 24 
1.3.3 Proyecto de reparación y reforzamiento…………………………….………. 25 
1.3.4 Técnicas de reparación de estructuras……………………………..……….. 27 
Capítulo 2……………………………………………………………………………………………....…… 35 
Análisis de estudios previos 
2.1 Análisis de la situación estructural antes y posterior a la reparación…….……… 36 
2.2 Reporte de inspección detallada. Año 2013………………………………….…….. 38 
2.3 Proyecto de reparación, Año 2013……………………………………………..……. 43 
Capítulo 3…………………………………………………………………………………………….…….. 47 
Evaluación Geotécnica. 
3.1 Metodología para evaluación del funcionamiento de la estructura…….………… 48 
3.2 Localización…………………………………………………………………..………… 48 
3.3 Tipo de suelo del lugar………………………………………………………….…….. 51 
3.4 Estudios de geotecnia……………………………………………………….………... 52 
3.4.1 Capacidad de carga………………………………………………….………... 52 
3.4.2 Asentamientos……………………………………………………….…………. 58 
3.4.3 Conclusiones………………………………………………………….………... 72 
Capítulo 4………………………………………………………………………………………..….….…… 73 
Evaluación estructural 
4.1 Determinación de cargas en cajón según AASHTO…………………………..…… 75 
4.1.1 Obtención de la carga vertical……………………………………………..….. 75 
4.1.2 Carga de transferencia sobre el cajón (análisis de Carga Viva)….….……. 77 
4.1.3 Reacción del terreno………………………………………………………..….. 78 
4.1.4 Análisis de empuje lateralen muro del cajón……………………….………. 80 
4.1.5 Presiones de agua………………………………………………….………….. 81 
4.1.6 Análisis de efecto de cargas dinámicas………………………….………….. 81 
4.2 Análisis longitudinal del canal…………………………………………….…….…….. 83 
4.3 Comparativa con análisis de proyecto………………………………….…………… 90 
Conclusiones………………………………………………………………………………….…..….……. 93 
Bibliografía…………………………………………………………………………………….…………… 95 
Anexos…………………………………………………………………………………………….…………. i 
Anexo 1 Revisión de la sección transversal del cajón…………………….…………..... ii 
Anexo 2 Análisis de seccionamiento del canal, alternativa de solución………………. viii 
Anexo 3 Secciones estructurales de proyecto (2006)…………………………….…….. x 
Anexo 4 Secciones estructurales para reparación del cajón (2013)……………….….. xiii 
 
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Índice de figuras 
 
Pág. 
Figura 1 y 2 Sección transversal del cajón………………………………………..…………..…………. 9 
Figura 3 Planta del cajón…………………………………………..…………………………….………… 10 
Figura 4 Sección longitudinal del cajón……………..……………………………………….…………… 10 
Figura 5 Falla general por corte………………………………………………………………………..…. 14 
Figura 6 Falla local por corte de suelo………………………………………………………………..… 15 
Figura 7 Falla de corte por punzonamiento……………………………………………….……..………. 15 
Figura 8 Geometría de sección transversal……………………………………………………….…….. 36 
Figura 9 Refuerzo de sección transversal………………………………………………………………. 36 
Figura 10 Testigos para medición de grietas……………………………………………………………. 38 
Figura 11 Pipetas colocadas en muros…………………………………………….….………………… 38 
Figura 12 Colchón de relleno sobre el cajón…………………………………….……...…….………… 39 
Figura 13 Rasante de la autopista………………………………………………….……………….……. 39 
Figura 14 Sección longitudinal del cajón………………………………………….……………….…….. 39 
Figura 15 Perfil longitudinal del cajón……………………………………………….……………….…… 40 
Figura 16 Inyección de grietas en muro……………………………..…………………………….…….. 40 
Figura 17 Espesor de extracción de núcleos de concreto………………………………….…………. 40 
Figura 18 Croquis de elementos que componen el cajón……………………………….………….…. 41 
Figura 19 Ubicación de grietas en muro 1……………………………………………………………….. 41 
Figura 20 Ubicación de grietas en muro 2……………………………………………………………….. 41 
Figura 21 Ubicación de grietas en piso del cajón……………………………………………………….. 42 
Figura 22 Ubicación de fisuras en techo del cajón……………………………………………………… 42 
Figura 23 Sección transversal del cajón con losa tapa..………………………………………..……… 43 
Figura 24 Sección transversal del cajón sin losa tapa………………………………………………….. 43 
Figura 25 Testigo de medición en grieta activa….…………..………………………………..……….. 44 
Figura 26 Sección transversal de proyecto…………………………………………………...…………. 45 
Figura 27 Croquis de sección longitudinal de proyecto...........................................……………….. 45 
Figura 28 Reforzamiento de sección transversal…………………………………….………………… 46 
Figura 29 Croquis de deformación de sección longitudinal……………………………………………. 46 
Figura 30 Ubicación de cajón P.S.V…………………………………………………………………..…. 48 
Figura 31 Ubicación de cajón P.S.V. en plano de curvas de nivel…………………………..….……. 49 
Figura 32 Información geológica de la zona………………………………………………..…….…….. 51 
Figura 33 Factores de capacidad de carga de Terzaghi……………………………………………….. 54 
Figura 34 Sondeo de exploración no. 1…………………………………………………………….….… 55 
Figura 35 Sección longitudinal de la estructura…………………………………………………………. 56 
Figura 36 Perfil estratigráfico…………………………………………………………………..………… 57 
Figura 37 Parámetros elásticos para varios tipos de suelos…………………………….………….. 58 
Figura 38 Valores de influencia de suelos……………………………………………………...………. 58 
Figura 39 Seccionamiento de cargas para análisis…………….........................…………………….. 60 
Figura 40 Carta de Newmark…………………………………………………………………………..…. 62 
Figura 41 Carta de Newmark incremento de esfuerzos en el centro de la cimentación...………… 63 
Figura 42 Carta de Newmark incremento de esfuerzos en la esquina de la cimentación...……… 63 
Figura 43 Círculos concéntricos para la construcción de la carta de Newmark……………….…… 65 
Figura 44 Construcción de la carta de Newmark……………………………………………….……… 65 
Figura 45 Ubicación de cartas de Newmark al centro de cimentación a lo largo del cajón P.S.V… 68 
Figura 46 Sección longitudinal y transversal de la estructura………………………………………... 74 
Figura 47 Geometría de la sección transversal de la estructura…………………………………...… 75 
Figura 48 Aplicación de cargas en la sección transversal…………………………………….….…… 82 
Figura 49 Cargas del terraplén sobre el cajón longitudinalmente…………………………….……… 84 
Figura 50 Diagrama de momentos………………………………………………………………..…….. 85 
Figura 51 Diagrama de Cortantes………………………………………………………………….……. 85 
Figura 52 Diagrama de Deformación ……………………..……………………………………...…….. 85 
Figura 53 Resumen de diagramas M, V, D…………………………………………………………….. 86 
Figura 54 Cargas del terraplén sobre el cajón longitudinalmente……………………………………. 87 
 
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Figura 55 Diagrama de Momentos…..…………………………………………………………….…….. 88 
Figura 56 Diagramas de Cortantes………………………………………………………………………. 88 
Figura 57 Diagrama de Deformación………………………………..…………………………………… 88 
Figura 58 Resumen de diagramas M, V, D…………………………………………………………….. 89 
Figura 59 Diagrama de momentos de sección de proyecto de reparación…..…………….………. 90 
Figura 60 Diagrama de cortantes de sección de proyecto de reparación.………………..………… 90 
Figura 61 Diagrama de deformaciones de sección de proyecto de reparación……….……..….…. 91 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Índice de tablas Pág. 
 
Tabla 1 Comparativa entre diseño elástico y plástico….…………………………………………… 20 
Tabla 2 Niveles de calificación de puentes………………………………..…………………….…… 24 
Tabla 3 Bajada de cargas…………………………………………………………..…………..……... 59 
Tabla 4 Valores de R/z………………………………………………………………………….……… 64 
Tabla 5 Cálculo de incremento de esfuerzos……………………………………………….……….. 70 
Tabla 6 Valores de Mv Módulo de compresibilidad…………………………………….…………… 70 
Tabla 7 Factor de presencia múltiple……………………………………………………….………… 77 
Tabla 8 Cálculo de “Ks”, resistencia del suelo en (t/m3)…………………………………………… 84 
Tabla 9 Cálculo de “Ks”, resistencia del suelo en (t/m)……………………………………………... 85 
Tabla 10 Cálculo de “Ks”, resistencia del suelo en (t/m3)……………………………………..…… 87 
Tabla 11 Cálculo de “Ks”, resistencia del suelo en (t/m)………………………………………..….. 88 
Tabla 12 Cálculo y diseño de elementos losas y muros de acuerdo a AASTHO………….……. 91 
Tabla 13 Análisis comparativo de resultados………………………….……………………….……. 92 
 
 
 
 
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INTRODUCCIÓN 
1. Antecedentes 
El P.S.V. ubicado en el km 78+097 de la Autopista Amozoc-Perote se construyó 
aproximadamente hace 12 años, de concreto reforzado, tiene 67.00 m de largo, 
desplantado superficialmente. De acuerdo con una inspección detallada, misma 
que describe que a simple vista el cajón sufrió asentamientos importantes 
inmediatos máximos al momento que se colocó el terraplén sobre su losa superior, 
después de este evento se terminó de construir la autopista. 
Este Paso Superior Vehicular lo constituye una losa superior (losa tapa) de 70 cm 
de espesor, una losa inferior (losa de fondo) de 60 cm de espesor y dos muros 
laterales de 60 cm de espesor. Fue desplantado superficialmente, tiene un colchón 
aproximadamente de 11.40 m, para una cargaviva HS-20 en dos bandas de 
tránsito. Cabe mencionar que el camino secundario es para una banda de tránsito. 
Debido al asentamiento presentado se suscitaron una serie de grietas y fisuras 
tanto en muros como en la losa de inferior de la estructura. Los asentamientos 
importantes se presentaron en la zona central de la losa inferior, las grietas 
presentadas se aprecian en dirección perpendicular al eje longitudinal del cajón. 
Aproximadamente tiene 43 centímetros de desnivel al centro de la losa inferior con 
respecto a sus extremos, pareciera una curva vertical, por lo que se considera una 
altura diferencial fuerte e importante que requiere de una revisión del proyecto y a 
su vez proponer alternativas de solución para mitigar las fallas o deficiencias que 
impidan continúen presentándose asentamientos en la estructura. 
Desde un inicio, de acuerdo con la inspección detallada realizada los muros del 
cajón sufrieron agrietamientos debido al empuje del material colocado como 
colchón para alcanzar la rasante del camino de la ahora autopista, este colchón 
tiene de 11.40 m de altura. Los muros fueron tratados mediante un método de 
inyección de grietas, así mismo se colocaron testigos (marcas en los muros) para 
verificar la continuidad de estas o su disminución. 
La losa inferior del cajón o losa de fondo presenta agrietamientos que no han sido 
tratados, las grietas posiblemente pudieran atravesar la losa inferior de 60 cm de 
espesor. 
Sin embargo, a simple vista la losa superior no presenta grietas a pesar de que se 
le fue colocado el colchón de material de relleno. 
Debido a la presencia de grietas a lo largo de los muros, la población del lugar 
tiene la incertidumbre y el temor de que llegara a fallar la estructura y manifiestan 
esta inseguridad al pasar por este puente. 
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Uno de los motivos de este estudio y análisis, es determinar una alternativa de 
solución que pueda regresar el estado de seguridad a la gente que habita en este 
lugar, ya que es un paso importante de comunicación entre la población de las 
Grutas de Cantona y el poblado de Tepeyahualco Puebla, así como también la 
importancia de conocer y profundizar sobre la problemática que presenta este 
puente y recomendar el mantenimiento mayor necesario que este requiere. 
 
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2. Descripción de la estructura, ubicación y características generales 
El P.S.V. ubicado en el km 78+097 de la Autopista Amozoc-Perote es una 
estructura tipo cajón de concreto reforzado, tiene 67.00 m de largo y una sección 
transversal de 7.20 m de ancho por 6.30 m de alto desplantado al parecer 
superficialmente, soporta un colchón de relleno de aproximadamente 11.40 m de 
altura (terraplén). 
 
Figura 1 Sección transversal del cajón Figura 2 Sección transversal del cajón 
 
Se encuentra localizado geográficamente entre el paralelo 19° 30´ 01.18” de latitud 
norte; meridiano 97° 30´49.52” de longitud oeste y altitud de 2381 m.s.n.m. 
Colinda al noreste con el poblado de Cantona y al suroeste con el poblado de 
Tepeyahualco. 
Esta estructura se construye para dos fines importantes, el primero para el cruce 
de la Autopista Amozoc-Perote, que sirve como ruta más corta y segura entre la 
Ciudad de México y la región central del país con el Puerto de Veracruz en el 
Golfo de México, punto de salida y llegada de las mercancías en el intercambio 
comercial con Europa y puerto estratégico en el desarrollo de corredores para el 
comercio marítimo con Norteamérica y en segundo para comunicar al pueblo de 
Tepeyahualco con las ruinas de Cantona cruce también importante y necesario de 
comunicación tanto para las los habitantes del lugar como a los turistas que 
deciden visitar las ruinas de Cantona. 
 
 
 
 
 
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Figura 3 Planta del cajón 
 
Figura 4 Sección longitudinal del cajón 
Cantona 
Tepeyahualco 
Perote 
Puebla 
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Capítulo 1 
CONSIDERACIONES 
TEÓRICAS 
 
 
 
 
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1.1 Geotecnia y cimentaciones 
 
1.1.1 Asentamientos y Capacidad de Carga 
Posiblemente el problema más grave que entraña un suelo de cimentación fino y 
compresible es el que se refiere a los asentamientos que en él pueden producirse 
al recibir las sobrecarga que representan los terraplenes. Dichos asentamientos 
causan: pérdida de bombeo, aparición de asentamientos diferenciales en el 
sentido longitudinal, disminución de la altura del terraplén, perjuicios en el 
comportamiento de obras de drenaje menor, agrietamientos en la corona del 
terraplén y pérdida de la apropiada transición entre los terraplenes de acceso y las 
estructuras cuando estas se encuentran cimentadas, por ejemplo en pilotes de 
punta no participan del asentamiento general. 
En México no es raro encontrar regiones en que los asentamientos en el terreno 
de cimentación desempeñan un papel tan importante que todo el diseño de obra 
vial, incluyendo la posibilidad de un cambio de trazo. 
En lo que se refiere de manera particular al cálculo de asentamientos que ocurre 
en un suelo de cimentación compresible bajo la carga de un terraplén, es requisito 
fundamental el conocimiento de la variación del ΔP con la profundidad, siendo el 
ΔP la sobrecarga comunicada al terreno de cimentación por el terraplén, bajo el 
supuesto de que antes de colocar éste, el terreno de cimentación estaba 
consolidado únicamente bajo su peso propio (P0). 
El problema de asentamientos tiene dos elementos: 1) La evaluación de la 
cantidad de asentamiento y 2) la velocidad y el tiempo para llegar a este valor de 
asentamiento. 
Cuando el suelo está sujeto a un esfuerzo debido a una cimentación cargada, hay 
tres tipos de asentamientos: Elástico; consolidación primaria y consolidación 
secundaria. 
Asentamiento Elástico o Inmediato. La compresión ocurre de inmediato 
después de la aplicación de la carga. Movimiento vertical debido a la deformación 
(vertical) elástica del medio poroso. En este tipo de asentamiento la deformación 
elástica vertical es preeminente a otra deformación (eje horizontal). 
Asentamiento por Consolidación Primaria (en suelos saturados). El 
incremento de carga, debido a la compresión y deformación elástica, crea un 
incremento de presión hidrostática en el medio poroso. Esto excede de presión de 
poro puede reducirse en el tiempo debido a la expulsión gradual de agua. La 
expulsión de agua produce un cambio de volumen que es dependiente del tiempo. 
Asentamiento por Consolidación Secundaria. En esta fase la consolidación 
continúa lentamente después de que se ha disipado prácticamente las 
sobrepresiones intersticiales. Realmente han de existir pequeñas sobrepresiones 
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intersticiales durante la consolidación secundaria para que el agua escape del 
suelo. Sin embargo, la consolidación secundaria se produce muy lentamente y lavelocidad de flujo es muy pequeña. De aquí que las sobrepresiones con ella 
asociadas son inapreciables. 
El asentamiento total de una cimentación es la suma de los asentamientos 
elásticos y por consolidación. 
La Capacidad de Carga en suelos 
En el libro Fundamentos de Ingeniería geotecnia de Braja M. Das. Se establece 
que “La carga por área unitaria de la cimentación bajo la cual ocurre la falla por 
corte en el suelo se llama Capacidad de Carga Última”. 
Se refiere a la capacidad que tiene un suelo de soportar una estructura y las 
presiones que ésta genere. Para obtener este valor, se determina primero la 
denominada capacidad de carga última, la cual es la carga por unidad de área que 
ocasionaría falla por cortante en el suelo. Después de determinar la capacidad de 
carga última se puede calcular la capacidad de carga admisible, al dividirla entre 
un factor de seguridad que varía entre 1.5 y 3. 
Para comportarse satisfactoriamente, las cimentaciones superficiales deben tener 
dos características principales: 1. La cimentación debe ser segura contra una falla 
por corte general del suelo que lo soporta y 2. La cimentación no debe 
experimentar un desplazamiento excesivo, es decir, un asentamiento excesivo. (El 
término excesivo es relativo, porque el grado de asentamiento permisible en una 
estructura depende de varias consideraciones). 
Capacidad de Carga última. Es el valor de la presión de contacto entre la 
cimentación y el suelo que producirá falla por resistencia del terreno de apoyo. 
Capacidad de Carga Segura. Es el valor máximo de presión de contacto que 
puede aplicarse al terreno de apoyo sin llegar al punto de falla del terreno. 
El valor se obtiene de dividir la capacidad última por un factor de seguridad. 
Capacidad de Carga Admisible. Es la presión máxima neta admisible que puede 
aplicarse al terreno para los efectos de resistencia y deformación. 
 
Factores que intervienen en la Capacidad de Carga 
• Propiedades geotécnicas: 
Cohesión 
 Ángulo de fricción 
 Peso volumétrico 
 
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• Otros: 
 Geometría de la cimentación 
 Posición del nivel de aguas freáticas 
 Profundidad de la socavación 
 Nivel de desplante 
 
Cuando una cimentación descansa en un suelo arena densa o suelo cohesivo 
firme con un ancho B y si la carga se aplica gradualmente a la cimentación, el 
asentamiento se incrementará. En cierto punto cuando la carga por unidad de 
área es igual a qu, tendrá lugar una falla repentina en el suelo que soporta la 
cimentación y la zona de falla en el suelo se extenderá hasta la superficie del 
terreno. Esta carga por unidad de área, qu, se denomina generalmente 
capacidad de carga última de la cimentación. Cuando este tipo de falla 
repentina tiene lugar en el suelo, se denomina falla general por corte, fig. 5 
 
Figura 5 Falla general por corte 
Si la cimentación descansa en un suelo arenoso o arcilloso medianamente 
compactado, un incremento de carga sobre la cimentación también será 
acompañado por un aumento de asentamiento. En este caso la superficie de falla 
en el suelo se extenderá gradualmente hacia afuera de la cimentación como 
muestran las líneas continuas de la figura. 
Cuando la carga por área unitaria sobre la cimentación es iguala qu(1), el 
movimiento estará acompañado por sacudidas repentinas. Se requiere entonces 
un movimiento considerable de la cimentación para que la zona de falla en el 
suelo se extienda hasta la superficie del terreno como lo muestra la línea 
discontinua de la figura. Esta carga qu(1) se denomina carga primera falla. Un 
valor máximo de “q” no se presenta en este tipo de falla llamada falla local por 
corte de suelo, fig. 6. 
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Figura 6 Falla local por corte de suelo 
Si la cimentación es soportada por un suelo bastante suelto, en este caso, la zona 
de falla en el suelo no se extenderá hasta la superficie del terreno, este tipo de 
falla en suelos se denomina falla de corte por punzonamiento fig. 7. 
 
Figura 7 Falla de corte por punzonamiento 
Terzaghi (1943) fue el primero en presentar una teoría completa para evaluar la 
capacidad de carga última de las cimentaciones superficiales. De acuerdo con 
esta, una cimentación es superficial si la profundidad, Df, de la cimentación es 
menor o igual que el ancho de la misma. Sin embargo, investigadores posteriores 
sugieren que cimentaciones con Df igual a 3 ó 4 veces el ancho de la cimentación 
pueden ser definidas como cimentaciones superficiales. 
 
1.1.2 Cimentaciones sobre rellenos 
Se analiza este concepto ya que el cajón fue desplantado sobre relleno de 
material producto de corte y despalme. 
Esta clase de terrenos, realizados siempre por intervención humana, se comporta 
de forma parecida al terreno vegetal. Por la gran reducción de huecos que sufre 
en el transcurso del tiempo, al irse ocupando los huecos grandes con los áridos 
que de las partes superiores van arrastrando las aguas, y por su falta de 
homogeneidad, sufren asientos grandes y desiguales, siendo necesario, por ello, 
profundizar las cimentaciones hasta que alcancen el terreno natural. El relleno se 
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reconoce con facilidad porque en él se encuentran restos de mampostería, 
mortero, otros restos de obras, o bien cenizas u otros residuos de materia 
orgánica, según su origen sea de demoliciones o de residuos urbanos. Su 
estratificación “caprichosa” o irregular es, asimismo, inconfundible. 
Es posible que en algunos casos no se pueda identificar el relleno, en el caso de 
terrenos terraplenados, en ese caso debe apelarse a los especialistas en 
mecánica de suelos para conocer el nivel del terreno natural y su resistencia. 
En ningún caso será aceptable cimentar sobre rellenos naturales o artificiales que 
no hayan sido colocados en condiciones controladas o estabilizados. 
Será aceptable cimentar sobre terraplenes de suelos no orgánicos compactados, 
siempre que estos hayan sido construidos por capas de espesor no mayor de 30 
cm, con control del contenido de agua y del peso volumétrico seco en las 
condiciones marcadas por el estudio de mecánica de suelos. 
La construcción de terraplenes con suelos estabilizados con cemento u otro 
cementante deberá basarse en pruebas mecánicas y de intemperización 
realizadas en el laboratorio. Estas pruebas deberán permitir definir los porcentajes 
de cementante requerido así como las condiciones de colocación y compactación. 
Las características de los materiales colocados en la obra deberán ser verificadas 
por muestreo y/o pruebas de campo en el sitio. Las propiedades del material 
estabilizado deberán ser suficientes para garantizar la estabilidad del terraplén y 
de las cimentaciones que descansen sobre él a corto y a largo plazo, aun bajo el 
efecto de infiltraciones de agua y de otros agentes de intemperización. 
Al cimentar sobre rellenos controlados, deberán revisarse los estados límites de 
servicio y de falla de la cimentación del terraplén, del terraplén mismo y de la 
propia cimentación, con base en los criterios definidos en las presentes Normas. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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1.2 Análisis y diseño de estructuras 
1.2.1 Análisis de vigas sobre medios elásticosMétodo de Balasto (Módulus of Subgrade Reaction) 
Método del Balasto, de Winkler o de viga sobre apoyos elásticos 
Uno de los métodos de cálculo más utilizado para modelizar la interacción entre 
estructuras de cimentación y terreno es el que supone el suelo equivalente a un 
número infinito de resortes elásticos -muelles o bielas biarticuladas- cuya rigidez, 
denominada módulo o coeficiente de balasto (Ks), se corresponde con el cociente 
entre la presión de contacto (q) y el desplazamiento en su caso asiento (δ): 
ks=q/δ 
 
La solución más antigua y sencilla corresponde al modelo de Winkler (1867) que 
supone que el asiento o deflexión del terreno w en un punto cualquiera de la 
superficie cargada es proporcional a la presión q cargada aplicada en ese punto, e 
independiente de las presiones aplicadas en los demás puntos. 
La aplicación de la teoría del módulo de balasto ha ganado aceptación en los 
últimos tiempos, dado que permite una fácil asimilación de la interacción suelo-
estructura por los métodos matriciales de cálculo, a través de ellos se puede 
realizar una aproximación del método tan precisa como deseemos al caso de 
vigas o losas sobre fundación elástica. 
En la práctica habitual del cálculo de cimentaciones veremos aplicar la teoría de 
Winkler al cálculo de elementos tales como vigas flotantes o de cimentación y 
losas de cimentación que trabajan sobre un corte horizontal de terreno. 
Se habla, por tanto, de módulo de balasto vertical y de módulo de balasto 
horizontal, si bien el concepto es el mismo. La ecuación diferencial que gobierna el 
comportamiento de la clásica solución de viga flotante o viga sobre fundación 
elástica (BEAM ON ELASTIC FOUNTATION) y que, por tanto, es el resultado de 
suponer la viga discretizada en infinitas barras de longitud diferencial con nudos 
en sus extremos, es la siguiente: 
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p - k.w(x)= (E.I) d4w/dx4 
Siendo: 
 
W (x): Asiento de la viga [m] 
x: Coordenada [m] 
k: Módulo de balasto [kN/m3] 
p: Carga por unidad de longitud [kN/m] 
E: Módulo de elasticidad de la losa [kN/m2] 
I: Inercia de la viga respecto al eje que pasa por su centro de 
gravedad [m4] 
 
En el caso de la losa la ecuación tiene una forma parecida: 
 
d4w/dx4 + 2 d4/dx2dy2 + d4w/dy4 + (k . w - p) 12(1-v2)/(E.t3) = 0, 
Siendo: 
 
W (x,y): Asiento de la losa [m] 
x, y: Coordenadas [m] 
k: Módulo de balasto [kN/m3] 
q: Carga por unidad de área [kN/m2] 
v: Coeficiente de Poisson [-] 
E: Módulo de elasticidad de la losa [kN/m2] 
t: Espesor de la losa [m] 
 
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1.2.2 Flexión simple en vigas 
Son frecuentes los elementos estructurales sujetos a flexión tales como vigas o 
losas que trabajan en una sola dirección. Generalmente la flexión se presenta 
acompañada de fuerza cortante. Sin embargo, la resistencia a flexión puede 
estimarse con suficiente precisión despreciando el efecto de la fuerza cortante. 
En una viga de concreto reforzada con solo acero de tensión, al momento de 
aplicarle una carga, el comportamiento de la pieza es elástico. Cuando la tensión 
en la fibra más esforzada excede la resistencia del concreto a la tensión, 
empiezan a aparecer grietas, a medida que incrementa la carga, estas grietas 
aumentan en número, en longitud y en abertura. 
A partir de la aparición de las primeras grietas, el comportamiento del espécimen 
ya no es elástico y las deflexiones ya no son proporcionales a las cargas. En las 
regiones agrietadas el acero toma toda la tensión. En esta etapa, el esfuerzo en el 
acero aumenta hasta que alcanza su valor de fluencia. Desde el momento que el 
acero empieza a fluir, la deflexión crece en forma considerable sin que apenas 
aumente la carga. Los primeros síntomas de la fluencia del acero son un 
incremento notable en la abertura y longitud de las grietas. A medida que 
incrementa la longitud de las grietas, la zona de compresión se va reduciendo 
hasta que el concreto en esta zona es incapaz de tomar la compresión y se 
aplasta. El primer indicio de aplastamiento es el desprendimiento de escamas en 
la zona de compresión. Cuando esto ocurre, la carga disminuye con mayor o 
menor rapidez dependiendo del sistema de aplicación de la carga, hasta que se 
produce el colapso final. 
Según la cantidad de acero longitudinal con que está reforzada la pieza, éste 
puede fluir o no antes de que se alcance la carga máxima. Cuando el acero fluye 
el comportamiento del miembro es dúctil. En este caso se dice que el elemento es 
subreforzado. Por otra parte, si la cantidad de acero longitudinal de tensión es 
grande, este no fluye antes del aplastamiento y se dice entonces que el elemento 
es sobrereforzado. Puede suceder que el elemento alcance su resistencia 
precisamente cuando el acero empieza a fluir. En este caso se dice que el 
elemento es balanceado. 
Otro aspecto importante del comportamiento de elementos sujetos a flexión simple 
es la distribución de deformaciones en el peralte. En una sección normal al eje de 
la pieza, la distribución de deformaciones longitudinales es aproximadamente 
lineal para casi todos los niveles de carga. Normalmente se miden deformaciones 
en el concreto, en la zona de compresión, y en el acero. La presencia de grietas 
dificulta la medición de deformaciones en el concreto en la zona de tensión. Se ha 
comprobado que las deformaciones del concreto en tensión y del acero colocado 
al mismo nivel coinciden sensiblemente si se usan barras con corrugación 
adecuada para garantizar la adherencia entre concreto y acero. 
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1.2.3 Diseño de estructuras de concreto 
Existen dos teorías para el diseño de estructuras de concreto reforzado: La teoría 
elástica llamada también Diseño por esfuerzos de trabajo y la teoría plástica ó 
Diseño a la ruptura. 
Comparativo general de Diseño Elástico vs. Diseño Plástico 
Diseño Elástico Diseño Plástico 
Rango lineal de esfuerzos Rango no-lineal de esfuerzos 
Secciones más robustas Secciones más esbeltas 
Diseño anti-económico Diseño razonablemente económico 
Menor control de mecanismos de falla Mejor control de mecanismos de falla 
Combinaciones de carga (viva + 
muerta) sin factores (estadísticos) de 
variabilidad 
Mejor representación de las 
combinaciones de carga 
 
Tabla 1. Comparativo entre el diseño Elástico y plástico 
La teoría elástica es ideal para calcular los esfuerzos y deformaciones que se 
presentan en una estructura de concreto bajo las cargas de servicio. Sin embargo 
esta teoría es incapaz de predecir la resistencia última de la estructura con el fin 
de determinar la intensidad de las cargas que provocan la ruptura y así poder 
asignar coeficientes de seguridad, ya que la hipótesis de proporcionalidad entre 
esfuerzos y deformaciones es completamente errónea en la vecindad de la falla de 
la estructura. 
La teoría plástica es un método para calcular y diseñar secciones de concreto 
reforzado fundado en las experiencias y teorías correspondientes al estado de 
ruptura de las teorías consideradas. 
Ventajas del diseño plástico 
1. En la proximidad del fenómeno de ruptura, los esfuerzos no son proporcionales 
a las deformaciones unitarias, si se aplica la teoría elástica, esto llevaría errores 
hasta de un 50% al calcular los momentos resistentes últimos de una sección. En 
cambio, si se aplica la teoría plástica, obtenemos valores muy aproximados a los 
reales obtenidos en el laboratorio. 
2. La cargamuerta en una estructura, generalmente es una cantidad invariable y 
bien definida, en cambio la carga viva puede variar más allá del control previsible. 
En la teoría plástica, se asignan diferentes factores de seguridad a ambas cargas 
tomando en cuenta sus características principales. 
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3. En el cálculo del concreto presforzado se hace necesario la aplicación del 
diseño plástico, porque bajo cargas de gran intensidad, los esfuerzos no son 
proporcionales a las deformaciones. 
 
Hipótesis del diseño plástico 
Para el diseño de los miembros sujetos a carga axial, cortante y momento 
flexionante, cumpliendo con las condiciones aplicables de equilibrio y 
compatibilidad de deformaciones, las hipótesis son: 
A) Las deformaciones unitarias en el concreto se supondrán directamente 
proporcionales a su distancia del eje neutro. Excepto en los anclajes, la 
deformación unitaria de la varilla de refuerzo se supondrá igual a la deformación 
unitaria del concreto en el mismo punto. 
B) La deformación unitaria máxima en la fibra de compresión extrema se supondrá 
igual a 0.003 en la ruptura. 
C) El esfuerzo en las varillas, inferior al límite elástico aparente Fy, debe tomarse 
igual al producto de 2.083 x 106 kg/cm2 por la deformación unitaria de acero. Para 
deformaciones mayores que corresponden al límite elástico aparente, el esfuerzo 
en las barras debe considerarse independientemente de la deformación igual el 
límite elástico aparente Fy. 
D) Se desprecia la tensión en el concreto en secciones sujetas a flexión. 
E) En la ruptura, los esfuerzos en el concreto no son proporcionales a las 
deformaciones unitarias. El diagrama de los esfuerzos de compresión puede 
suponerse rectangular, trapezoidal, parabólico, o de cualquier otra forma cuyos 
resultados concuerden con las pruebas de los laboratorios. 
F) La hipótesis anterior puede considerarse satisfecha para una distribución 
rectangular de esfuerzos definida como sigue: 
En la ruptura se puede suponer un esfuerzo de 0.85 f’c, uniformemente distribuido 
sobre una zona equivalente de compresión, limitada por los bordes de la sección 
transversal y una línea recta, paralela al eje neutro y localizada a una distancia a = 
ß1 c a partir de la fibra de máxima deformación unitaria en compresión y el eje 
neutro, se medirá perpendicularmente a dicho eje. El coeficiente “ß1” se tomará 
como 0.85 para esfuerzos f’c de hasta 280 kg/cm2 y se reducirá continuamente en 
una proporción de 0.05 por cada 70 kg/cm2 de esfuerzo en exceso de los 280 
kg/cm2. 
 
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Análisis de las hipótesis 
La hipótesis (A), acepta la variación lineal de las deformaciones unitarias. Lo cual 
es cierto, excepto en la vecindad de la ruptura, pero las diferencias son muy 
pequeñas y no son dignas de tomarse en cuenta. 
En cuanto a la deformación unitaria de las varillas de refuerzo es igual a la del 
concreto en el mismo punto, es indispensable para el trabajo conjunto del acero de 
refuerzo y el concreto. 
La hipótesis (B), señala la ruptura del concreto, la deformación unitaria 0.003 cuyo 
valor concuerda con el promedio de los datos obtenidos en el laboratorio, 
resultando ligeramente conservador. 
La hipótesis (C), se fundamenta en el diagrama esfuerzo-deformación de los 
aceros de refuerzo, y, para deformaciones mayores que las correspondientes al 
límite elástico aparente debe considerarse el esfuerzo en las varillas, 
independiente e igual a “Fy” porque se encuentran dichas deformaciones en la 
zona plástica del diagrama, el cual puede considerarse horizontal sin mucho error. 
La hipótesis (D), desprecia la resistencia a la tensión del concreto, en miembros 
sujetos a flexión. El error que con ello se comete es muy pequeño y permite 
establecer fórmulas mucho más sencillas que si se considera dicha resistencia. 
La hipótesis (F), se basa en una solución presentada en 1937 por Charles S. 
Whitney y tiene la ventaja de proporcionar un método muy sencillo de análisis de 
las cuñas de esfuerzos de compresión. 
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1.3 Conservación de estructuras 
1.3.1 Calificación de la estructura 
Mediante un programa de inspecciones sistemáticas se obtendrán los datos 
necesarios para la detección y evaluación de daños, así como para la toma de 
decisiones sobre mantenimiento, reparación, refuerzo o sustitución de los puentes. 
En las inspecciones deberán considerarse únicamente los daños graves, tales 
como: socavación, grietas y asentamientos de la subestructura, daños en 
dispositivos de apoyo, grietas en la superestructura, flechas, desplomes y 
hundimientos, golpes, daños en juntas de dilatación y corrosión. 
El sistema SIAP sugiere que se realicen dos tipos de inspecciones, una de 
evaluación y otra detallada. 
 
Inspección de evaluación 
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. 
Al término de la inspección de evaluación, el jefe de la brigada procederá a una 
calificación 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 la 
superestructura, subestructura, superficie de rodamiento y cimentación 
(socavación), se califiquen en alguno de los niveles mostrados, se deberá asignar 
una calificación a cada concepto, es decir una sola calificación para la 
subestructura, otra para la superestructura, otra para la superficie de rodamiento y 
otra para la cimentación. 
Para la ejecución de estas inspecciones se recomienda utilizar las siguientes 
publicaciones de apoyo: 
• Catálogo de deterioros, el cual servirá para ayudar en la calificación del 
puente 
• Formato para la inspección del puente, el cual estará de acuerdo con el 
sistema de cómputo y servirá para proporcionar fichas de captura 
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• 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. 
Niveles para la calificación de puentes 
Nivel Descripción 
5 Condición excelente 
4 Condición buena 
3 Condición aceptable 
2 Condición regular 
1 Condición mala o defectuosa 
0 Condición de falla 
 
Tabla 2. Niveles de calificación de puentes 
Inspección detallada 
Debe realizarse en aquellos puentes que hayan tenido una calificación inferior a 3 
durante la inspección de evaluación. Esta segunda inspección la realizará 
personal especializado en puentes, procedente de oficinas centrales o regionales 
y tendrá como objetivo ratificar o rectificar la calificación preliminar. Para ello 
deberá contarse con equipos que permitan el acceso a todas las partes del puente 
y la medición cuantitativa de las respuestas dela estructura con precisión 
suficiente. 
Entre las actividades a realizar se incluyen el levantamiento geométrico de la 
estructura, la determinación de la naturaleza y la 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 en consultoría, contratadas para este efecto. 
 
1.3.2 Evaluación de capacidad de carga de la estructura 
La capacidad de carga se entiende como la máxima carga a la que el puente 
puede ser sometido sin afectarlo estructuralmente. En el SIAP se utiliza el peso 
total del vehículo de diseño a menos que se calcule otro valor utilizando un 
procedimiento más refinado. 
Para definir los niveles de servicio para la capacidad de carga es necesario 
establecer el peso de los vehículos que circulan por la red carretera. En el 
reglamento reciente sobre pesos y dimensiones, el peso bruto vehicular permitido 
se da en función del daño a pavimentos y a puentes, y con base a estos y en los 
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estudios sobre pesos y dimensiones que realiza el instituto SIAP se definieron los 
valores aceptable y deseable para el sistema. 
La evaluación del puente debe incluir dos aspectos; por un lado, evaluar sus 
características resistentes actuales y previsibles en un futuro próximo y, por otro, 
que señale cuáles son sus características funcionales, destacando el tipo de trazo 
en que está inscrito el puente, su ancho de calzada, su galibo y su sección 
hidráulica entre otros. 
Estas propiedades de resistencia y funcionalidad deben de compararse con las 
características mínimas aceptables o deseables que debe tener un puente para 
que cumplan su función dentro de la red vial. 
Para obtener la capacidad resistente de un puente existen dos procedimientos; el 
primero, consistente en la elaboración de un análisis estructural utilizando un 
modelo de lo más apegado a la geometría del puente. Un problema que se 
presenta en este procedimiento es la determinación de los parámetros de rigidez y 
resistencia para el nivel de deterioro que tenga el puente. El segundo 
procedimiento consiste en obtener las características dinámicas (modos de 
vibración, amortiguamiento y frecuencias) reales a partir de la medición de 
vibraciones. Estas técnicas se están utilizando cada vez más, ya que constituyen 
un procedimiento más confiable de evaluación estructural y, además, los 
procedimientos y equipos necesarios son cada vez más sencillos. 
En este sistema se deja abierta la posibilidad de que en el futuro la capacidad 
resistente se obtenga mediante la medición de vibradores; por ahora este aspecto 
solo se manejará mediante una calificación de la condición estructural que se 
otorgue a las diferentes partes del puente. 
En lo que se refiere a la evaluación de los aspectos funcionales, ésta se hará 
comparando los datos actuales de ancho y gálibos con los definidos como 
mínimos deseables o aceptables en los niveles de servicios. 
 
1.3.3 Proyecto de reparación y reforzamiento 
La necesidad de reparar o reforzar una determinada estructura, restaurando su 
seguridad y aumentando su durabilidad (vida útil), se ha convertido en una 
actividad cada vez más común por una serie de razones: estructuras cada vez 
más esbeltas, solicitaciones más intensas, ambientes más agresivos, mayor 
conciencia y conocimiento por parte de los responsables del mantenimiento de las 
estructuras, recuperación o aumento del valor del inmueble, dificultades para 
demoler y reconstruir, cambios en el uso de la obra y otros. 
Cuando se promueve un proyecto de reparación y/o reforzamiento a una 
estructura, es porque ha fallado para el fin a la que fue creada, esto debido a un 
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mal diseño, a un mal análisis y cálculo estructural, mala calidad en los materiales a 
utilizar, desconocimiento de procesos constructivos y a la falta de supervisión en 
su construcción 
Los proyectos de reparación y de reforzamiento deben de tener objetivos y metas 
bien enfocadas y sustentadas con un buen análisis de investigación, inspecciones 
definidas y un dictamen que permita valorar si en verdad vale la pena llevar a cabo 
dicha reparación o reforzamiento. El poner en la mesa toda la información 
obtenida valorar que tan factible sería llevar a cabo dicho proyecto soportado 
también con un estudio económico, es poner en la balanza si es conveniente la 
inversión y sobre todo valorar la seguridad integral de los usuarios que transitan 
sobre ellas 
 
El reforzamiento de estructuras 
El reforzamiento de estructuras está dirigido a incrementar la capacidad de carga y 
de servicio de una estructura. Se realiza cuando existen nuevas solicitaciones 
como errores en el diseño o defectuosa mano de obra durante el proceso 
constructivo. 
¿Por qué reforzar? 
• Actualización a nuevos reglamentos 
• Cambio de uso resultante en incremento de cargas 
• Diseño inadecuado 
• Errores y defectos en la construcción 
• Daños estructurales por eventos accidentales (sismos) 
• Corrosión en el acero de refuerzo 
• Eliminación total o parcial de elementos estructurales existentes. 
Reparación de Estructuras 
Las estructuras dañadas por efectos del sismo deben ser evaluadas y reparadas 
de tal manera que se corrijan los posibles defectos estructurales que provocaron la 
falla y recuperen la capacidad de resistir un nuevo evento sísmico, acorde con los 
objetivos del diseño sismoresistente. 
 
 
 
 
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1.3.4 Técnicas de reparación de estructuras 
a) Mejoramiento de Suelo de cimentación mediante inyección de lechada 
Para mejorar las características de un suelo, uno de los métodos o técnicas 
tradicionales utilizadas para el mejoramiento de algunos suelos es mediante la 
inyección de lechadas cuya mezcla de inyección depende de las características 
del suelo: 
Mezclas de inyección 
Tipo de suelo Tratamiento 
Depósitos de grava y arena Se puede emplear lechada de cemento 
y bentonita 
Arenas de granulometría media a fina 
 
Se emplean con mejores resultados 
silicatos de sodio adicionados con un 
reactivo 
Las arenas limosas y limos Se tratan con resinas orgánicas 
 
Procedimiento alternativo con uso de Tubo Manguito 
 
El método consiste en un tubo de hierro negro de 50 a 60 mm de diámetro, el cual 
tiene cuatro perforaciones distribuidos a 90° en una misma sección. Cada grupo 
de agujeros está cubierto por un manguito o banda de hule que actúa como 
válvula, de tal manera que el mortero de inyección puede salir del tubo, pero no 
entrar en él. 
Mientras se retira el ademe provisional de la perforación, se rellénale espacio 
anular que queda entre el terreno y el tubo de manguito. Para ello se emplea una 
lechada estable de cemento denominada Vaina que al fraguar constituye un 
recubrimiento que permite la adherencia del tubo de manguito al terreno. La 
proporción de la Vaina, ajustada en el campo, debe ser inicialmente agua-cemento 
2.5:1, más 20% de Bentonita (respecto al peso del cemento). 
Proceso de inyección 
1. Se coloca el doble obturador a la altura del manguito, se introduce el 
mortero al terreno por medio de bomba de inyección2. Progresiones ascendentes de 30 o 50 cm 
3. Separación entre perforaciones de 2 a 3 m 
4. La inyección se efectúa a cada 2 m de separación, inyectando primero las 
líneas nones y posteriormente las líneas pares 
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5. La inyección se efectúa introduciendo al terreno el volumen de mezcla 
previamente determinado (por ejemplo 1 a 2 m3 por metro de perforación) 
6. La inyección se hará iniciando a 50 cm del terreno natural. 
 
b) Reparación Estructural 
 
Inyección de grietas 
La inyección de fisuras y grietas con resinas epóxicas tiene por objeto recuperar el 
monolitismo de las estructuras, gracias a las propiedades de adherencia y 
resistencia de estos materiales; las inyecciones son aplicables a grietas sin 
movimiento. Siempre es necesario verificar con extracción de testigos la 
penetración real de la resina. 
 
Inyección gravitacional 
Alcance: 
Elementos horizontales (losas) con grietas de aberturas superiores a 1 mm. 
 
Procedimiento: 
Limpieza con aire comprimido, sello en la cara inferior con masilla epóxica, 
ejecución de diques laterales con yeso o masilla en la cara superior; vaciar un 
sistema epóxico de viscosidad inferior a 200 cps para que fluya por gravedad al 
interior de la grieta. 
 
Inyección a presión 
Alcance: 
Inyección de grietas y fisuras en cualquier posición. Para la inyección de grietas 
finas (<1 mm) y particularmente en el caso de fisuras (<0.5 mm) se deben emplear 
exclusivamente sistemas epóxicos de viscosidades inferiores a 200 cps. 
 
Procedimiento: 
Limpieza, sellado superficial de la grieta con masilla epóxica, colocación de 
boquillas, inyección partiendo de las boquillas inferiores y avance hacia arriba a 
medida que la inyección progresa. 
 
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Equipo manual: 
Se utilizan sistemas epóxicos de muy baja viscosidad y aplicación con pistolas de 
calafateo. 
 
Equipo neumático: 
Se emplean equipos neumáticos con presión de aire comprimido de 2 a 7 kg/cm2. 
 
Equipo de mezcla en punta: 
Dosificación de los componentes a la salida del equipo, aplicación de altas 
presiones (hasta 14 kg/cm2) se emplean resinas con viscosidades bajas. 
 
Conectores de Cortante para entrepisos metálicos 
El conector de cortante es un elemento de acero encargado de transferir los 
esfuerzos entre el concreto y el acero en estructuras de sección compuesta. 
 
El conector se suelda a elementos de acero y queda embebido en el concreto 
creando un fuerte vínculo entre los dos elementos. 
Este vínculo permite que los dos materiales trabajen como una unidad para reducir 
las deformaciones y resistir de manera solidaria las cargas que se le imponen al 
conjunto. 
 
Otros ejemplos de construcción compuesta son las losas con láminas 
colaborantes, tubulares rellenos de concreto y vigas o columnas revestidas con 
concreto. 
 
Ventajas de la construcción compuesta 
• El concreto actúa junto con el acero para desarrollar una estructura más 
rígida y liviana. 
• Reducción en el peso de la estructura (hasta un 30%) 
• Reducción en los costos de la cimentación 
• Reducción de deflexiones por cargas vivas y muertas 
• Vigas de menor altura que pueden reducir la altura de la edificación 
• Posibilidad de aumentar las luces entre apoyos 
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• Entre pisos más rígidos 
• Mayor resistencia la corrosión y fuego. 
 
Desventajas de la construcción compuesta 
• Aumento de los costos de obra al requerir un subcontratista de instalación 
de conectores 
• Se requiere incluir una labor adicional en el programa de ejecución de obras 
• Se necesita un subcontratista con experiencia y mano de obra calificada en 
la construcción de sistemas compuestos 
• Altos requerimientos de energía en obra. 
 
Conectores de cortante tipo canal 
 
La instalación de conectores tipo canal se realiza aplicando un cordón de 
soldadura tipo filete alrededor de las partes. 
 
La instalación con equipo de soldadura convencional: 
• Es un proceso lento 
• Rendimiento aproximado de instalación está entre 15 y 20 conectores hora. 
(aprox. 160 conectores al día). 
 
Conectores de cortante tipo espigo 
 
Alternativa 1: Instalados como pernos auto-soldables 
Proceso y equipo de instalación de conectores auto-soldables: 
1) Conector y férula cerámica 
2) Pistola aplicadora 
3) Proceso de fundición del perno sobre la viga y a través del tablero metálico 
4) Equipo de soldadura conectado a la pistola 
5) Pernos instalados 
6) Losa lista para el vaciado del concreto. 
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Requerimientos energéticos 
 
La obra suministra la energía mediante un punto trifásico a 220V donde se pueda 
instalar un breaker o totalizador de 200 amperios y que no se encuentre a una 
distancia mayor de 50 metros. 
 
Requerimientos energéticos (planta eléctrica 150 KVA) 
 
Alternativa 2: Instalados con soldadura de filete 
Según AWS D.1.1 – 7.5.5: 
• Tamaños mínimos de soldadura según tabla 7.2 
• Se deben utilizar electrodos low-hydrogen de 5/32’’ o 3/16’ 
 
c) Reforzamiento estructural 
Encamisado de concreto reforzado 
Se utiliza cuando el elemento está muy dañado y requiere una mayor capacidad 
resistente, aumentando para ello su sección transversal mediante elementos que 
rodean al anterior. Debido al aumento en la sección de la columna, la resistencia 
axial, flexión y cortante, se incrementan. El encamisado no sólo permite reparar 
elementos, sino que logra aumentar su resistencia y rigidez originales. Es por ello, 
que a esta técnica también se le considera como un método de refuerzo. 
 
El encamisado se puede colocar en toda la longitud del elemento o sólo en una 
parte; a estos últimos se les llama collares. Los collares son camisas que cubren 
sólo una parte de la columna, se utilizan para proporcionar apoyo incrementando 
la losa o viga en la parte superior de la columna. Los collares proporcionan 
capiteles a las columnas existentes para que soporten la losa de entrepiso. El 
collar proporciona a la losa una mayor capacidad a cortante y disminuye la 
longitud efectiva de la columna (ACI 546- 96). 
 
Esta técnica requiere que el concreto dañado sea retirado en su totalidad, que se 
reparen las grietas y la superficie dañada, para que el material nuevo se adhiera a 
la estructura existente. En México, usualmente se utiliza concreto premezclado lo 
que implica el uso de cimbra. En la práctica mexicana, el concreto lanzado ha sido 
raramente utilizado. El diseño de la cimbra es muy importante para facilitar el 
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proceso de colado y vibrado del concreto. Las cimbras utilizadas pueden ser 
temporales o permanentes, de madera, metal corrugado, concreto premoldeado, 
hule, fibra de vidrio, o de tela especial, dependiendo de lo que se desee (ACI 546-
96). 
 
El encamisado de concreto reforzado es una de las técnicas utilizadas para la 
reparación y rehabilitación de estructuras. Esta técnica tiene como objetivo 
principal incrementar la capacidad sísmica de la estructura. Dependiendo del tipo 
de encamisado que se utilice, se puede obtener un incremento enresistencia, 
rigidez, ductilidad o una combinación de ellas. 
 
Las principales dificultades de esta técnica es proporcionar continuidad al refuerzo 
longitudinal, y confinar el núcleo de concreto. 
 
El encamisado de concreto es preferible colocarlo en todas las caras del elemento, 
pero muchas veces no se tiene acceso y por ello se aplica solamente en una, dos 
o tres caras (ACI 369-06). 
 
Consideraciones constructivas 
Cuando se utiliza esta técnica de rehabilitación se deben tomar en cuenta los 
siguientes aspectos constructivos (ACI 369-06): 
• La superficie del elemento debe estar limpia y rugosa para garantizar una 
buena adherencia entre el concreto nuevo y el existente, promoviendo con 
ello, un comportamiento monolítico 
• El revenimiento y el tamaño máximo del agregado grueso serán de acuerdo 
con la separación mínima del refuerzo y la distancia mínima entre la cimbra 
y el concreto existente 
• En columnas, el refuerzo longitudinal debe extenderse a través de la losa 
de entrepiso, para proporcionar continuidad e incrementar la resistencia a 
flexión en los extremos del elemento 
• Cuando el encamisado no sea completo, deberá verificarse la necesidad de 
colocar elementos de conexión que garanticen la transmisión de los 
esfuerzos cortantes entre el encamisado y el elemento por reforzar 
• Para garantizar un comportamiento monolítico del elemento encamisado, es 
necesario tener un adecuado mecanismo de transferencia de cortante en la 
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zona de contacto entre el encamisado y el elemento existente, tal que evite 
el movimiento relativo entre ambos concretos. 
 
Encamisados de concreto con malla electrosoldada 
El encamisado de concreto se utiliza para incrementar la resistencia axial, flexión y 
cortante de elementos existentes. El encamisado se realiza agregando refuerzo 
longitudinal y transversal o una malla electrosoldada alrededor de la sección 
original y recubrirla con concreto premezclado o lanzado. 
 
Un incremento en las dimensiones de las columnas aumenta la capacidad a 
cortante del elemento más que la resistencia a flexión, con lo cual puede 
incrementarse significativamente la ductilidad de cortante de la columna. 
 
Características principales 
El encamisado de concreto como técnica de rehabilitación a nivel elemento 
presenta las siguientes características: 
• Cambia el mecanismo resistente de cada marco, de una falla frágil por 
cortante a un mecanismo de momento resistente dúctil 
• Para un mejor desempeño se recomienda un encamisado completo, es 
decir, en todas las caras de la columna, pero ello dependerá del acceso que 
se tenga a la zona dañada 
• Para incrementar la resistencia axial, a flexión y cortante, el refuerzo 
longitudinal debe continuar a través de la losa de entrepiso 
• El uso de concreto lanzado disminuye considerablemente el tiempo del 
proceso constructivo 
• El encamisado con malla electrosoldada se utiliza principalmente para 
incrementar la resistencia axial y a cortante en las columnas, y por lo tanto, 
su ductilidad. 
 
Consideraciones constructivas 
Cuando se utiliza esta técnica de rehabilitación se deben tomar en cuenta los 
siguientes aspectos constructivos: 
• La resistencia a compresión del concreto del encamisado debe ser mayor 
que 210 kg/cm2 y que el f´c del concreto utilizado en la columna original 
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• El espesor del recubrimiento de concreto para las mallas electrosoldadas o 
estribos debe ser mayor que 6 cm. 
• La longitud de las juntas y empalmes de la malla de alambre soldado debe 
ser mayor que 20 cm. 
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Capítulo 2 
ANÁLISIS DE 
ESTUDIOS 
PREVIOS. 
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2.1 Análisis de la situación estructural antes y posterior a la reparación 
(estado actual). 
Solución de proyecto año 2006 
Se hace una recopilación de información considerando el proyecto original y se 
tienen los siguientes datos. 
 
 
 
Sección Transversal 
Figura 9 Refuerzo de sección transversal 
Figura 8 Geometría de sección transversal 
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Se muestran a continuación las Especificaciones y Normatividad utilizada para el 
proyecto 
La última edición de las Normas para construcción e instalaciones de la SCT. 
Capítulos: 
3.01.02.26 Concreto Hidráulico 
3.01.02.27 Acero para Concreto Hidráulico 
3.01.02.28 Estructuras de Concreto Reforzado 
 
Materiales: 
Cemento Portland S.C.T. 4. 01. 02. 004 - B – Tipo I, II, III ó V 
Agregados para Concreto S.C.T. 4. 01. 02. 004 - E 
Agua para Concreto S.C.T. 4. 01. 02. 004 – G 
Varilla de Acero para Concreto S.C.T. 4. 01. 02. 005 – D – Tipo A, B ó C, 
corrugada de grado duro. L.E. >= 4000 kg/cm2 
Soldadura S.C.T. 4. 01. 02. 006 
 
Aplicación de proyecto: 
Carga móvil tipo: T3-S2-R4 
 
Para el análisis y revisión estructural de cada uno de los componentes de la 
estructura se emplearán los códigos y normas vigentes descritas por la S.C.T. 
Los reglamentos empleados en este diseño del puente son: 
1. Manual de Obras Civiles (CFE). Diseño por sismo 
2. Reglamento del ACI-318-95. 
3. Reglamento del AASHTO. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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2.2 Reporte de inspección detallada (año 2013) 
De acuerdo con un levantamiento físico realizado a detalle a la estructura se 
encuentra lo siguiente: 
• Se observa en el interior del cajón una serie de grietas y fisuras tanto en 
muros laterales como en la losa de fondo. 
• Las grietas más importantes se presentan en su zona central. 
• En muros laterales se aprecian de manera tanto vertical como diagonales a 
45°. 
• En la losa de fondo se observan perpendiculares al eje longitudinal del 
cajón. 
Cabe mencionar que ésta estructura ya recibió un tratamiento para mitigar el 
problema de agrietamiento porque de acuerdo al levantamiento físico realizado, se 
encontraron pipetas colocadas (fig. 11) en los muros por donde se les inyectaba al 
parecer resina epóxica, asimismo se encontraron algunos testigos en donde 
median el avance de las grietas (fig.10). 
 
 
 
 
Figura 10 Testigos para medición de grietas Figura 11 Pipetas colocadas en muros 
 
Con respecto a la losa inferior no mantiene su forma lineal en toda su longitud si 
no que se observa flexionada (forma cóncava) en la zona central que a simple 
vista se precia de aproximadamente de 43 cm, lo cual se considera importante. 
También la losa de fondo del cajón presenta agrietas que no fueron y no han sido 
tratadas como en el caso de los muros laterales, por el ancho de grieta se 
considera que estas cruzan el espesor de la losa de fondo. 
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Octubre de 2019La losa superior (losa tapa) en la inspección visual no se observan grietas en su 
cara inferior a pesar de la carga del terraplén de piedra de 11.40 m de altura que 
está soportando. 
Derivado de lo anterior, se realizó una inspección detallada de la estructura la cual 
consistió en revisar cada uno de los elementos que la constituyen. 
La estructura está formada por un cajón de concreto reforzado desplantado por 
superficie, el cual soporta un colchón de aproximadamente 11.40 m de relleno 
como se observa en las figs. 12 y 13. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 12 Colchón de relleno sobre el cajón Figura 13 Rasante de la Autopista 
 
 
 
67.05
9.92
15.23 15.74
3.64 3.64
7.28
2.53 2.33
12.14
3.58 6.75
0.43
 Figura 14 Sección longitudinal del cajón 
Relleno Relleno 
Cajón de concreto armado 
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Esc. Hor. 1:50 Vert. 1:500 
Figura 15 Perfil longitudinal del cajón 
Primero se realizó un levantamiento geométrico de la estructura para después 
continuar con el levantamiento detallado de daños que a continuación se 
describen: 
Al realizar la inspección se encontraron grietas en muros laterales, losa de fondo 
y fisuras en losa tapa como lo muestra en la figura 16 y 17. Se observa que las 
grietas localizadas en los muros laterales fueron inyectadas con anterioridad y 
algunas de esas grietas continúan activas después de dichos trabajos, se 
encontraron marcas como testigos que fueron colocados después de los trabajos 
de inyección en los cuales se observa que las grietas pasan estos dispositivos o 
marcas, por lo que se presume que al parecer siguen activas algunas grietas, 
también se realizaron extracciones de núcleos de concreto en la zona agrietada, 
detectando que pasan todo el elemento. 
 
Figura 16 Inyección de grietas en muros Figura 17 Espesor de extracción de núcleos 
de concreto 
 
 
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En la inspección se detectó que solamente se inyectaron las grietas de los muros 
y no las de la losa inferior, también se observó que en la paño interior de la losa 
superior tiene muy pocas fisuras. 
A simple vista se observa que el cajón sufrió un asentamiento importante en su 
zona central; pareciendo que estuviera en una curva vertical, para comprobar 
dicho asentamiento se realizó una nivelación topográfica por el centro del cajón 
(figura 15), comprobando el asentamiento, ya que en los planos originales el cajón 
se proyectó en línea recta longitudinalmente. 
 Losa techo 
 
 Muro 1 Muro 2 
 
 
Losa piso 
Figura 18 Croquis de elementos que componen el cajón 
 
500 500 500 500 500 500 500 500 500 500 500 500 500 200
6700
 
Figura 19 Ubicación de grietas en muro 1 
 
500 500 500 500 500 500 500 500 500 500 500 500 500 200
6700
 
Figura 20 Ubicación de grietas en muro 2 
 
 
 
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UBICACION DE GRIETAS EN : PISO DE CAJON 
500 500 500 500 500 500 500 500 500 500 500 500 500
500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500 6000 6500
 
Figura 21. Ubicación de grietas en piso del cajón 
 
L=Longitud (cm.) e=espesor (mm.)
500 500 500 500 500 500 500 500 500 500 500 500 500
HOMBRO
DERECHO
HOMBRO
IZQUIERDO
500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500 6000 6500
 
 Figura 22. Ubicación de fisuras en techo del cajón 
 
Cabe mencionar que las grietas activas son menores a las que se inyectaron. 
Revisando la carpeta asfáltica de la autopista que se construyó arriba del cajón, en 
la superficie de rodamiento no se observan daños por asentamiento. 
En los accesos se observa que se han hecho trabajos de renivelación con carpeta 
asfáltica para alcanzar el nivel de piso del cajón. 
Evaluación de condición estructural 
Por las condiciones en la que se encuentra la estructura de acuerdo a esta 
inspección física realizada se determinó la calificación de 1 que significa mala o 
defectuosa, según la tabla de escala de calificación para puentes; se colocarón 
testigos para identificar el tipo de grieta y se detecta que los agrietamientos 
continúan creciendo, por lo que se podría dictaminar como pérdida total de la 
estructura y requiere sustituirla por una estructura nueva. 
 
Conclusión 
Actualmente, este puente cajón se encuentra funcionando de dos maneras, como 
paso secundario en su interior y a su vez como Paso Superior Vehicular ya que 
pasa la autopista por encima de este. Todos los puentes cumplen una finalidad y 
un objetivo, sin embargo, de éste en particular, existe incertidumbre e inseguridad 
por la presencia de grietas en toda su longitud tanto en losas como muros, de ahí 
la necesidad de intervenirlo con un reforzamiento y/o mantenimiento mayor que le 
ayude a la estructura a corregirse incrementando su nivel de servicio ya que es un 
paso importante y necesario para los habitantes del lugar. 
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2.3 Proyecto de reparación año 2013 
 
63
0
70
6 0 06 0 6 0
49
0
4 0 40
5 0
50
40
63
0
70
40
L O S A D E F O N D O
L O S A T A P A
R e fu e rz o
d e l ca jó n
72 0
M U R O
1 0
1 0
M U R O R e fu e rzo
d e l ca jó n
 
Figura 23 Sección transversal del cajón con losa tapa 
 
63
0
70
60060 60
40 40
50
50
40
63
0
70
40
MURO
LOSA DE FONDO
MURO
70
720
Refuerzo
del cajón
10
10
Refuerzo
del cajón
 
 
Fig. 24 Sección transversal del cajón sin losa tapa 
 
La estructura según el proyecto original se desplanta en dos estratos diferentes 
(sección longitudinal) por lo que desde su construcción presenta asentamientos 
inmediatos, generándose fisuras y grietas tanto en losa de fondo como en muros 
laterales. Se destaca que en los muros la aparición de grietas ha sido mucho más 
notable. Estas grietas se figuran en muros de manera diagonal en ángulos de 45° 
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y verticales, mientras tanto en la losa de fondo se presentan perpendiculares a su 
eje longitudinal como se muestra en la figura 21. 
Las grietas que se originaron inicialmente fueron atendidas y tratadas mediante 
inyección con resina epóxica sólo las de los muros laterales dejando colocadas 
marcas como testigos para observar su comportamiento. Las de la losa de fondo 
no tuvieron tratamiento. A pesar de estos trabajos de inyección el problema 
continúa ya que algunas de estas seguían estando activas como lo muestra la fig. 
25. 
 
 
Figura 25 Testigo de medición en grieta activa 
 
En la reparación se le ejecuta un primer mantenimiento mayor, el cual consistió en 
los siguientes trabajos 
 
• Mejoramiento de suelo de desplante de estructura (terraplén), mediante 
inyección de lechada de cemento a presión a diferentes alturas 
• Inyección con resina epóxica a grietas de muros laterales 
• Colocación de anclas con varilla (conectores) para amarre de varillas 
tanto en muros como losa de fondo 
• Colocación de acero de refuerzo en muros y losa de fondo 
• Colado de losa de fondo, cartelas y muros laterales 
• Renivelación con carpeta asfáltica en accesos de la estructura.