2 Facultad de Ingeniería, Pontificia Universidad Javeriana. Bogotá, Colombia, I.C., Joven investigador, edgar.valbuena@javeriana.edu.co

Resumen

Este artículo pretende estudiar en detalle el estado y los daños típicos de los puentes en acero y en estructura mixta (acero y concreto) de la red vial de Colombia, sin incluir su evaluación desde el punto de vista sísmico. Basados en la evaluación del inventario y las inspecciones realizadas por el Instituto Nacional de Vías de Colombia (Invias) desde el año de 1996, a través del Sistema de Administración de Puentes de Colombia (Sipucol). El artículo se divide en dos (2) partes: en la primera se presenta una descripción de las diferentes tipologías de los puentes en acero basados en el módulo de inventario del Sipucol y en la segunda el estado y los daños típicos de los componentes principales. De los doscientos cuarenta y cuatro (244) puentes en acero que hacen parte de la Red Vial Nacional, se encontraron deficiencias estructurales, corrosión generalizada y parcial, infiltración, detallado no adecuado de las uniones, identificación de problemas de fatiga en uniones y regular calidad de las uniones soldadas. Este documento se constituye en la base para una futura y más completa investigación de estructuras vitales en la infraestructura vial como son los puentes, con el objeto de avanzar en el tema de la inspección detallada incluida la condición sismorresistente y la conservación de puentes de acero.

Palabras Clave: Tipología de puentes, puentes de acero, daños típicos, inspección visual, corrosión y fatiga.

State evaluation of steel bridges of the Colombian National roadway network

Abstract

This paper studies in detail the state evaluation and typical damages of Steel and composite structures(concrete plus steel) of the National Roadway Network , without include seismic evaluation. The studies is based in the inventory and the inspections made by the Colombian Government’s Roads Institute (Invias) since 1996, throughout the Colombian Bridge Management System (Sipucol). This paper is divided in two parts: the first one presents a brief description of the different types of steel bridges and composite structures based on the Sipucol inventory module and the second one presents the state and typical damages of the main components. Of the 244 steel and composite structures bridges of the National Roadway Network, they presents structural deficiencies, widespread and partial corrosion, infiltration, not appropriate unions details, presence of fatigue problems in the unions and poor quality in welded unions. It is considered that this paper will be the base for a further and more comprehensive investigation of structures that are vital in the road infrastructure like the bridges, in order to advance in the detailed inspection including seismic vulnerability analysis, and conservation of steel bridges topics.

Keywords: Types of bridges, steel bridges, typical damages, visual inspection, corrosion and fatigue

Recibido: 17/08/04     Revisado: 03/10/04     Aceptado: 09/11/04

1. Introducción

Son diversos los colapsos de puentes vehiculares y peatonales en Colombia; problema que debe ser objeto de reflexión y análisis por parte de la Ingeniería Nacional para evaluar las causas fundamentales y las correspondientes soluciones. Para esto se requiere avances en la investigación y el desarrollo tecnológico, especialmente en los temas de inspección, auscultación profunda, instrumentación y capacidad de carga de puentes. Los efectos negativos desde el punto de vista económico, social y político que produce la caída de un puente son enormes y deben preocupar tanto a las entidades públicas y privadas (Concesiones) responsables de la administración, como los ingenieros que lo evalúan, diseñan y construyen. En el artículo denominado "Causas del colapso de algunos puentes en Colombia (Muñoz, E.E., (2001)).", se encontró que el 14% de los puentes de la red vial nacional fallaron por deficiencias estructurales, de acuerdo con la evaluación de una muestra estadística de sesenta y tres (63) casos de colapsos y que la mayoría corresponden a puentes en acero.

El articulo antes mencionado se basó en la información de diversos estudios contratados por el Instituto Nacional de Vías a la Universidad Nacional de Colombia (sede Bogotá y Medellín), para evaluar las causas de las fallas de algunos puentes metálicos (véase Figura 1) y de concreto de la red Vial Nacional de Colombia (Samana-1993, Los Angeles-1994, Heredia-1995, Pescadero-1996, Purnio-1996, Maizaro-1997, Recio-1998), detectando las siguientes deficiencias estructurales generales en los de acero:

Figura 1. Algunos puentes colapsados en acero

• En los de arco, los elementos principales no cumplen con relaciones ancho espesor (pandeo local) y presentan esfuerzos actuantes mayores a los permitidos. Además presentan elementos de arco diseñados solamente a compresión y no revisados para efectos combinados de flexión biaxial más compresión.

• Para la evaluación de algunos de los puentes en arco, se realizaron modelos estructurales incompletos, que no contemplan todas las características mínimas para un adecuado análisis y diseño.

• Además se ha hecho en algunos una selección errónea de la longitud efectiva (K) para la evaluación del pandeo general de la parte inicial de los elementos de un arco.

• Para los puentes de armadura de paso a través, no se les ha hecho una evaluación adecuada de la estabilidad lateral.

• Deficiencia de análisis, diseño y fabricación de las uniones.

• Estudios de actualización y rehabilitación de puentes de armaduras, solamente incluyeron el refuerzo de los elementos principales (cordón superior, inferior, armaduras, etc), sin tener en cuenta la actualización estructural de las uniones (pernadas, soldadas, atornilladas, etc).

• No se ha considerado en algunos casos, el estudio del fenómeno de fatiga, para el diseño y revisión tanto de los elementos y las uniones.

• Por la falta de mantenimiento preventivo y rutinario, se presentan fenómenos de corrosión que afectan la capacidad de la estructura metálica.

• Soldaduras sin un adecuado diseño y con deficiencias desde la fabricación por falta de controles de calidad.

Basado en lo anterior es indispensable estudiar en detalle el estado y los daños típicos de los puentes en acero de la Red Vial de Colombia; trabajo que se expone en el presente articulo, basados en la evaluación del inventario y las inspecciones realizadas por el Invias desde el año 1996 a través del Sipucol. Este sistema de administración esta conformado por los módulos de Inventario (Invias y DCD,1996), inspección principal (Invias y DCD,1996a), inspección especial(Invias y DCD,1996b), inspección rutinaria y capacidad de carga. El módulo de Inspección principal consiste en una inspección visual para la evaluación de cada uno de los componentes del puente, donde se identifica el estado de la estructura, los tipos de daños y las reparaciones necesarias. La inspección especial se basa en auscultaciones profundas de la estructura que incluyen ensayos especializados de patología realizados en campo y en laboratorio.

Este artículo consta de dos (2) partes: en la primera se hace una descripción de las diferentes tipologías (basado en el modulo de inventario del Sipucol) y en la segunda los daños típicos frecuentes (basado en el modulo de inspección principal) de los de puentes en acero que hacen parte de la Red Vial Nacional. Esto se considera como un trabajo inicial, que sirve de base para la investigación relacionada con la inspección y la conservación de este tipo de estructuras en acero.

2. Inventario y tipología de los puentes de acero

La Red Vial Nacional cuenta actualmente con aproximadamente 2100 puentes, de los cuales el 3% corresponden a superestructuras en acero y el 8% a superestructuras tipo mixtas (acero y concreto). En la Figura 2 se observa la distribución de estos puentes de acuerdo con el material, donde se aprecia que la mayor parte son en concreto reforzado (63%) y preesforzado (24%).

Figura 2. Distribución de los materiales principales de la superestructura

A partir del año 1996 el INVIAS ha administrado un total de 222 puentes en acero y desde el 2001 un total de 245. En la Figura 3 se observa la distribución de los puentes en estructura metálica en Colombia, donde la mayoría están ubicados en las Regionales del Meta (9%) y Norte de Santander (8.6%) (Ver Tabla 1). Esta información hace parte del sistema de información geográfica, el cual está implementando el Invias.

Figura 3. Mapa de la distribución de puentes de acero de la red vial nacional

Tabla 1. Distribución de los puentes de acero de la red vial nacional

El módulo de inventario del Sipucol contiene tres (3) aspectos fundamentales con los cuales se puede clasificar las superestructuras de los puentes: material, estructuración transversal y estructuración longitudinal. En la Figura 4 se aprecia la distribución de los puentes de acero clasificados de acuerdo con la estructuración transversal, donde los de armadura de paso inferior (16%), a través (18%) y de viga y losa de sección mixta (18%) son la mayor parte de los puentes Red Vial. Con el objeto de ilustrar los diferentes tipos de estructuración transversal, se presentan fotos de cada tipo de estos puentes (véanse Fotos 1-12), localizados en las vías principales.

Figura 4. Tipo de estructuración transversal de los puentes de acero de la red vial nacional

Foto 1. Losa/Viga, 4 o más Vigas. Puente Agua Blanca (Regional Norte de Santander)

Foto 2. Armadura de paso a través. Puente Bodoquero (Regional Caquetá)

Foto 3. Armadura de paso inferior. Puente Salgar (Regional Tolima)

Foto 4. Losa/Viga, 2 Vigas. Puente Chirajara (Regional Meta)

Foto 5. Losa/Viga, 3 Vigas. Paso Elevado Sur Tulua (Regional Valle)

Foto 6. Armadura de paso superior. Puente Cajamarca (Regional Tolima)

Foto 7. Arco Superior. Puente Gustavo Matamoros D’Costa (Regional Casanare)

Foto 8. Provisional Tipo Bailey. Puente Argelino Duran Quintero (Regional Huila)

Foto 9. Provisional Tipo Callender. Puente El Barbudo (Regional Choco)

Foto 10. Trabe Cajón, 2 o más cajones. Puente Guillermo León Valencia (Regional Valle)

Foto 11. Arco inferior tipo abierto. Puente la Florida (Regional Quindío)

Foto 12. Arco inferior tipo cerrado. Puente el Dormilón (Regional Antioquia)

Con relación a la estructuración longitudinal se encontró que la mayoría de los puentes (61%) son simplemente apoyados con sección constante, y que el 8% son colgantes y el 3% atirantados (Véase Tabla 2). En las fotos 13 y 14 se presentan ejemplos de puentes de la Red Vial Nacional de un pórtico de sección variable (Ver Foto 13) y otro atirantado (Ver Foto 14). En la Tabla 2 también el tipo de juntas de expansión de los puentes de acero, donde hay especialmente juntas de placas de acero (10%), placas verticales con ángulos de acero (30%) y juntas dentadas (16%).

Tabla 2. Tipología de estructuración longitudinal y tipo de juntas de expansión

Foto 13. Pórtico Sección variable. Puente Sisga (Regional Cundinamarca)

Foto 14. Atirantado. Puente Gambote (Regional Bolivar)

En la Tabla 3 se presenta el tipo de apoyos fijos y móviles identificados en los estribos, encontrando que la mayoría son placas de neopreno, apoyos de rodillos y apoyos tipo balancín, ilustrados en la Figura 5.

Tabla 3. Tipos de apoyos en los estribos de los puentes metálicos

Figura 5. Algunos tipos de apoyo en puentes (a. Placas de neopreno, b. Fijo de acero, c. Balancín, d. Rodillos). Fuente Manual de inventario del Sipucol

Las pilas corresponden a la parte de la subestructura que soporta el tablero de la superestructura, las cuales tienen cimentación superficial o profunda a través de pilotes o caissons. La mayoría son en concreto reforzado y de tipo muro, columnas con viga cabezal y torre metálica.

3. Daños tipicos de los puentes de acero

Se presentan a continuación los daños típicos de los puentes de acero, basados en inspecciones visuales de los componentes principales que hacen parte de la estructura y la correspondiente calificación cualitativa previamente definida (Instituto Nacional de Vías, et.al, 1996b). En la Figura 6 se presenta un resumen de las etapas necesarias para una inspección principal de acuerdo con los criterios del Sipucol y se incluye el equipo necesario, definición de los componentes, la escala de calificación y los tipos de daños.

Figura 6. Etapas de la inspección principal

Cuando se detectan daños graves en la inspección principal (corrosión excesiva, grietas de espesor importante, vibración excesiva, posibles problemas de fatiga, impacto, falta de remaches, socavación evidente, asentamientos, etc), el ingeniero inspector recomienda una inspección especial. Esta consiste en auscultaciones profundas de la estructura que incluyen ensayos especializados (medidor de espesores remanentes, medidor de espesores de pintura, tintas penetrantes para soldaduras, carbonatación, prueba rápida de contenido de cloruros, extracción de núcleos, localización de armaduras, ensayo de arrancamiento para determinar resistencia a la compresión del concreto, mapeo del potencial electroquímico, etc.) en campo y en laboratorio.

Además puede recomendar estudios de capacidad de carga, vulnerabilidad sísmica, hidráulico, hidrológico, socavación, etc.

De acuerdo con la información suministrada por el Invias y después de una evaluación estadística de los resultados de las inspecciones (años 2001 -2002) de los puentes, se encontró que el 56% de las estructuras están en buen estado (calificaciones 0, 1, 2), el 29% en condiciones regulares con daños significativos (calificación 3) y el 12% restante con daños graves o con riesgo de colapso (calificación 4 y 5), los cuales han requerido reparaciones urgentes e inmediatas. También se presenta la evolución del estado de los puentes en las dos (2) inspecciones realizadas por la Entidad (96-97 y 01-02), donde se evidencia una mejoría en la durabilidad y una disminución de los daños, gracias a las labores de seguimiento (inspección rutinaria), mantenimiento y rehabilitación. (Ver Figura 7).

Figura 7. Evaluación del Estado de los puentes de Acero

A continuación se describe el resultado de las inspecciones realizadas en algunos componentes de los puentes metálicos. En la inspección ejecutada durante los años 2001-2002 se observa que el porcentaje de los puentes con calificaciones 3, 4 y 5 disminuyeron en un 9%, y el número de puentes con calificación de 2 o menos aumentaron en un 13%. En las tablas 4,5 y 6 se presentan la evaluación del estado de los componentes: superficie de rodadura, juntas de expansión, pilas, apoyos, losa, vigas, elementos de arco, cables, pendolones y elementos de armadura.

Tabla 4. Evaluación del estado de los componentes superficie del puente, juntas de expansión y pilas de los puentes metálicos de la Red Vial Nacional de Colombia

Tabla 5. Evaluación del estado de los apoyos, losa y vigas, largueros y diafragmas de los puentes metálicos de la Red Vial Nacional

Tabla 6. Evaluación del estado de los elementos de arco, cables, pendolones y elementos de armadura

3.1 Superficie del puente

En los puentes con superestructura solamente en acero, se ha observado en general láminas sueltas, desajustadas y fisuradas, debido a los problemas de fatiga de las uniones soldadas, en muchos casos intermitentes y de regular calidad. En algunos casos no existe o se encuentra muy deteriorada la superficie de rodadura en los terraplenes de acceso para estos puentes (Ver Foto 20). Para los de superestructura mixta, hay placas prefabricadas en concreto con fisuras transversales y longitudinales, superficies en madera deterioradas (Ver Foto 16) y bases estabilizadas en mal estado (Ver Foto 17). En la superficie de rodadura en asfalto hay desconches y baches generalizados (Foto 18). En algunos casos también se presenta fisuras tipo cocodrilo. Todo debido al desnivel y al mal manejo de las aguas de escorrentía sobre los tableros (Ver Foto 15 y Foto 19). Los principales daños encontrados en las inspecciones de acuerdo con lo expuesto en la Tabla 4, corresponden a la falta de capacidad estructural (26%, 01-02) y descomposición (40%, 01-02), lo cual se relaciona por el aumento de las carga por eje de tráfico. Se recomendaron inspecciones especiales para la revisión del diseño de la carpeta de rodadura para el 18% (96-97) y el 23% en (01-02) de los puentes. Al comparar las dos inspecciones, se concluye que el deterioro y daños han disminuido en un 9 %.

Foto 15. Empozamiento de agua y deterioro del terraplén. Puente la Playa (Chocó)

Foto 16. Superficie en madera deteriorada. Puente Río Balsillas (Huíla)

Foto 17. Base estabilizada en mal estado. Puente El Sábalo (Putumayo)

Foto 18. Baches y empozamiento de agua. Puente Chirajara (Meta)

Foto 19. Deterioro de la carpeta por empozamiento de agua e insuficiencia de drenes. Puente López (Norte de Santander)

Foto 20. Sin superficie de rodadura en terraplén. Puente Cubugón (Norte de Santander)

Los ingenieros responsables de la inspección, recomendaron como reparaciones, cambio total de la superficie del pavimento en un 33% de los casos y cambio del concreto en un 27%. También se recomendó hacer un tratamiento superficial y para las de sistema de láminas, asegurar los tornillos del anclaje del tablero y rediseño de los sistemas de uniones soldadas para el 21% de los casos.

3.2 Juntas de expansión

En los puentes de superestructura mixta los problemas más comunes en las juntas de expansión son la infiltración, descomposición (Ver Foto 21 y Foto 24), fractura del concreto aledaño a las juntas (Ver Foto 23), agrietamiento en forma de panel y desprendimiento generado por el asentamiento en los terraplenes de acceso, que conlleva a un aumento del impacto (Ver Foto 25). En los puentes de acero se presentan problemas de infiltración, corrosión y fractura de juntas de ángulo y platinas de acero, pérdida de la placa de acero superior por uniones inadecuadas consistente en soldaduras de filete intermitentes. En general la mayoría de las juntas de los puentes en Colombia, tienen problemas de diseño estructural, lo que genera un funcionamiento inadecuado y la descomposición del concreto aledaño a las juntas. En la Tabla 4 se presenta un resumen de los tipos de daños con su respectivo porcentaje. Por las obras de rehabilitación y mantenimiento realizadas por el Invias, se encontró que el estado de las juntas ha mejorado, ya que los daños graves (calificación 4 y 5) disminuyeron del 12% en 1996-1997 al 6% en el 2001-2002(Ver Tabla 4).

Foto 21. Problemas de asentamiento en terraplén de acceso y descomposición de junta dentada. Puente San Pablo (Chocó)

Foto 22. Falla estructural de junta. Puente Río Upía (Meta)

Foto 23. Descomposición del concreto cerca de la junta. Puente el Mestizo (Norte de Santander)

Foto 24. Falla de junta dentada. Puente Dos Ríos (Cauca)

Foto 25. Problemas de impacto e infiltración en las juntas. Puente Río Caquetá (Putumayo)

Entre las reparaciones recomendadas están: mantenimiento menor y sellado de juntas para impedir infiltración (36%), el cambio de la junta de acero (28%), el cambio a una junta de goma asfáltica de acuerdo con las condiciones específicas del sitio (8%) y mejoramiento de los terraplenes de acceso para evitar asentamientos (28%).

3.3 Pilas

El 64% de los puentes en acero y de sección mixta son pilas en concreto reforzado, con daños principales debidos a la infiltración generada por juntas con dispositivos inadecuados y deficiencia estructural detectada por la presencia de fisuras y grietas en las vigas cabezales y columnas. Además presentan humedad generalizada debido a drenes cortos (no inclinados) en la losa, que generan corrosión tanto en los elementos de la superestructura como en las pilas. Socavación local, general e inestabilidad del cauce, que afecta la cimentación de las pilas y pone en riesgo su estabilidad estructural (Ver Tabla 4). Se recomendaron para el 23% de los puentes, inspecciones especiales y estudios integrales, con el objeto de revisar el comportamiento sismo resistente y verificar los problemas de socavación en las pilas.

El daño típico más frecuente en los apoyos es la corrosión generalizada en un 48%, 96-97 y 43% 01-02, de los casos (Ver Tabla 5), como se observa en las Fotos 26, 27, 29, 30, 32 y 34. Se evidencia la falta de control de la infiltración, la utilización de dispositivos de juntas no adecuados (Ver Fotos 30 y 33) y la falta de mantenimiento. Se encontró en muchos casos desviación horizontal (Ver Foto 26), desplome, inestabilidad e inclinación de los apoyos de balancín. Uno de los factores que ha incrementado el estado de los apoyos es el aumento del impacto y el detallado regular (Soldaduras intermitentes con fisuras superficiales), encontrando fallas en las soldaduras de conexión. Por último detectaron la falta de remaches y/o pernos, platinas y la pérdida de sección en tornillos, que disminuyen la vida útil del dispositivo. Al comparar las inspecciones (Ver calificaciones en la tabla 5), se recomienda aumentar el mantenimiento rutinario, las inspecciones especiales y las obras de rehabilitación de estos componentes.

Foto 26. Corrosión y movimiento horizontal en el apoyo. Puente Icel Mocoa (Putumayo)

Foto 27. Corrosión y deterioro del apoyo. Puente Dos Ríos (Cauca)

Foto 28. Falla del apoyo. Puente Río Timbío (Cauca)

Foto 29. Corrosión y falta de alineamiento en el apoyo. Puente Tutunendo (Chocó)

Foto 30. Corrosión producida por infiltración y desagüe de la armadura. Puente Certegui (Choco)

Foto 31. Apoyo tipo rodillo inadecuado desde el punto de vista sísmico. Puente Francisco de Paula Santander (Huíla)

Foto 32. Corrosión generalizada en el apoyo. Puente Fragua Chorroso (Caquetá)

Foto 33. Humedad y falta de mantenimiento Puente el Limón (Meta)

Foto 34. Corrosión en el apoyo. Puente la Unión (Norte de Santander)

Las principales reparaciones recomendadas son el mantenimiento rutinario; limpieza y pintura (79%), cambio de los apoyos (9%) y corrección de la posición (7%) entre otras.

En los puentes de superestructura mixta, donde la losa es en concreto reforzado, se encontraron (Ver Foto 37) hormigueros generalizados, aceros expuestos, falta de recubrimiento y fisuras estructurales y no estructurales (Ver Foto 40). Además por la inadecuada localización y construcción de los drenes (cortos y no inclinados), se ha generado infiltración y se observan en general eflorescencias y descomposición del concreto. (Ver Foto 36). Se evidencia deficiencias constructivas en muchos de los casos (Foto 39). En los puentes de superestructura en acero los problemas más comunes son la infiltración y la fractura de las soldaduras que unen el piso metálico con las vigas longitudinales, lo que genera laminas levantadas (Ver Foto 35). Además se han identificado problemas de corrosión generalizada (Ver Foto 38). Por las obras de rehabilitación y mantenimiento, se encontró que el estado de la losa ha mejorado, ya que los daños significativos (calificación 3) disminuyeron del 13% en 1996-1997 al 9% en el 2001-2002 (Ver Tabla 5). Se recomendó un aumento en las inspecciones especiales de este componente y auscultaciones profundas para evaluar en la mayor parte la capacidad de carga del puente.

Foto 35. Falla de laminas por inadecuada soldadura. Puente Tobasía (Boyaca)

Foto 36. Problemas de infiltración y descomposición del concreto, por drenes cortos. Puente Río Cabi (Choco)

Foto 37. Acero expuesto y falta de recubrimiento. Puente Luis Ignacio Andrade (Tolima)

Foto 38. Problemas de corrosión y falla estructural. Puente el Limón (Meta)

Foto 39. Deficiencias en la construcción. Puente Paso Real (Antioquia)

Foto 40. Fisuras reticulares y eflorescencias, corrosión del acero. Drenes tapados por sobrecarpeta. Puente Quebrada Anchique (Huíla)

Algunas de las reparaciones recomendadas para los puentes metálicos en general son el refuerzo de la losa (sobre losa o utilización de materiales compuestos, como fibras de acero de alta resistencia y otros) para un 2% de los casos, la reparación del concreto y mantenimiento general (25%), la inyección de grietas (4%), construcción o reparación de drenes (prolongación, limpieza, etc.) (56%) y el cambio del piso metálico (7%).

3.6 Vigas, Largueros y Diafragmas

La corrosión generalizada (Ver Foto 41 y Foto 42) o parcial es el daño principal de las vigas, largueros y diafragmas en el 57% 96-97 y 65% 01-02 de los casos (Ver Tabla 5). Se encontraron problemas de falta de tensión de los elementos de arrostramiento inferior, y grietas a flexión en vigas transversales y longitudinales por la falta de capacidad de carga (Foto 43). Otro de los problemas más comunes es la infiltración que afecta el estado de los diafragmas intermedios y las vigas debido principalmente al inadecuado diseño de los drenes. Se evidenciaron problemas de vibración excesiva y elementos faltantes o pérdida de sección en pernos y/o remaches (Ver Tabla 5). El análisis estadístico señala que el estado de este componente no ha mejorado, ya que los daños significativos (calificación 3) aumentaron del 11% en 1996-1997 al 13% en 2001-2002 (Ver Tabla 5) e igualmente la recomendación de inspección especial aumento del 15% al 22% en los periodos de inspección. Lo anterior se debe a la incertidumbre de la capacidad de carga de estos componentes principales de los puentes, que tienen gran parte de la responsabilidad estructural, acompañada del aumento de las cargas de tráfico que circulan por el país. Se ha recomendado la limpieza y pintura de los componentes de acero en un 53%, de los casos reparación de los componentes (apretar uniones en vigas transversales y mantenimiento) en un 24%, y el cambio de vigas de acero y templetes.

Foto 41. Corrosión generalizada y pandeo local en aleta inferior. Puente Acaecito (Putumayo)

Foto 42. Corrosión e impacto, generó disminución de sección de viga. Puente Muros (Boyacá)

Foto 43. Falla a flexión en viga transversal de puente de armadura. Puente Regional Risaralda

3.7 Elementos de arco

Los principales daños encontrados en los elementos de arco son la corrosión y el mal detallado estructural de los atiesadores verticales y horizontales (Ver Foto 44), las vibraciones excesivas producidas por el aumento del impacto y las grietas diagonales en la unión entre los elementos transversales y los arcos. Además el impacto y la pérdida de tuercas en las láminas y atiesadores con uniones incompletas y deficiencias en la soldadura (Ver Foto 45 y Tabla 6) porcentaje de daños importante. Al parecer no se ha tenido en cuenta el fenómeno de la fatiga en muchos casos para el diseño y algunas de las platinas adicionales no tienen la transición adecuada que evitan la concentración de esfuerzos. Después del colapso del puente Pescadero en 1996, el Instituto Nacional de Vías de Colombia ejecutó inspecciones de emergencia en todos los puentes de arco de la red vial con el fin de evitar otros colapsos, realizando labores de refuerzo y la rehabilitación en dichos puentes.

Foto 44. Corrosión y refuerzo inadecuado. Puente Quebrada Blanca (Meta)

Foto 45. Deficiencias en soldadura. Puente Quebrada Blanca (Meta)

Las reparaciones recomendadas para la mayoría de los casos son la limpieza y el mantenimiento general (70%) y la pintura de los elementos para evitar oxidación y/o corrosión (30%).

3.8 Cables, pendolones y torres

La deficiencia estructural y la corrosión generalizada o parcial, corresponden a los daños típicos más frecuentes de este componente. Se evidencio la falta de alineación de los cables y pendolones, además de corrosión en los mismos (Foto 46 y Foto 47). Las fisuras por retracción en la superficie de los muertos de anclajes, fisuras transversales a la directriz de la pieza en los pendolones (tracción directa), la falta de tensión de los cables extremos en las torres y falla en los alambres es otro porcentaje importante de los daños encontrados (Ver Foto 48 y Tabla 6). También son comunes los problemas de pintura, tensionamiento de los elementos, platinas dobladas por impacto y la infiltración (acumulación de humedad en los macizos de anclaje, oxidación superficial en las mordazas). En general se recomendó una revisión estructural de la capacidad de este componente para muchos de los puentes de la red vial de Colombia.

Foto 46. Corrosión. Puente La Balsa (Meta)

Foto 47. Corrosión interna en cables principales de catenaria. Puente Domenico Parma (Caldas)

Foto 48. Catenaria principal con falla en los alambres. Puente Domenico Parma (Caldas)

Entre las reparaciones recomendadas se encuentra el reemplazo de los pernos y/o remaches, el mantenimiento general, y la pintura anticorrosiva en los cables, además de un mantenimiento menor y reparación de los componentes de acero.

3.9 Elementos de armadura

La corrosión en diagonales, verticales, transversales y uniones, es el daño más frecuente de este componente. Se debe principalmente a los problemas de infiltración y a la falta de mantenimiento. (Ver fotos 49, 52 y 54). Otro problema común es el impacto vehicular en el cordón superior y los portales de acceso, lo cual pone en riesgo la estabilidad del puente en general (Ver Foto 51). Tambien se detectaron problemas estructurales, con deflexiones excesivas, pasadores sin seguro, refuerzos incompletos que no llegan los nudos, contraventeos deformados, elementos alabeados, pandeo local (Ver Foto 53), soldaduras con defectos y discontinuas en elementos sometidos a tensión, fisuras por cortante en vigas ensambladas, deficiencia en uniones, y falta de pernos (evidenciando problemas de vibración y probable fatiga (Foto 50)). Luego del análisis estadístico se evidenció que la calificación ha disminuido en los periodos donde se realizaron las inspecciones, ya que los daños graves (calificación 4 y 5) aumentaron del 3% al 6% (Ver Tabla 6).

Foto 49. Corrosión generalizada en unión mediante remaches. Puente El pescado

Foto 50. Falta de pernos, problemas de vibraciones y fatiga

Foto 51. Impacto en el cordón superior que afecta estabilidad general del puente

Foto 52. Corrosión en cordón inferior generalizada

Foto 53. Pandeo Local en cordón superior. Puente Saldaña (Tolima)

Foto 54. Corrosión y falta de pernos en el cordón inferior. Puente Dos Ríos (Cauca)

Por tal motivo se recomendaron aumentar las inspecciones especiales y adelantar investigaciones con el objeto de evaluar mediante ensayos los problemas de corrosión, fatiga y capacidad carga de estas estructuras.

Entre las reparaciones recomendadas más comunes están la limpieza y pintura de la estructura (34%), el reemplazo de pernos, remaches y abrazaderas defectuosas (10%), reparación de los componentes de acero (23%) y la reposición de elementos faltantes (16%).

4. Conclusiones

Con base en el estudio y la evaluación estadística de las inspecciones de los puentes de acero, se encontró que los componentes con mayores daños, son las juntas de dilatación (Malo 12%, años 1996-1997), los apoyos (Malo 3%, años 2001-2002) y los elementos de armadura (Malo 6%, años 2001-2002).

Las fallas predominantes en el componente de superficie del puente son el daño estructural (43%, 96-97 y 26%, 01-02), impacto (4%, 96-97 y 3%, 01-02) y descomposición (20%, 96-97 y 40%, 01-02), relacionadas directamente con el aumento de las cargas reales y los asentamientos en los terraplenes de acceso. Las juntas de dilatación son los componentes que más han tenido obras de mantenimiento y rehabilitación, cuyos daños más frecuentes son el impacto (32%, 96-97 y 24%, 01-02), la infiltración (28%, 96-97 y 40%, 01-02) y la deficiencia estructural (13%, 96-97 y 7%, 01-02). La mayoría de las pilas de los puentes con superestructura de acero son en concreto reforzado y se encuentran en buen estado, con algunos daños generados principalmente por la erosión y la socavación.

Los daños predominantes de los apoyos son producidos por la corrosión (48%, 96-97 y 43%, 01-02), la deficiencia estructural(15%, 96-97 y 7%, 01-02) y la infiltración (10%, 96-97 y 22%, 01-02), la cual es generada por la falta de dispositivos en las juntas de dilatación para controlar el agua en el tablero del puente. En la losa las fallas principales son la infiltración (44%, 96-97 y 44%, 01-02) producida por los drenes cortos, daño del concreto y acero expuesto(20%, 96-97 y 22%, 01-02) y daño estructural(17%, 96-97 y 16%, 01-02). Los daños típicos frecuentes en las vigas, largueros y diafragmas son causados por la corrosión (57%, 96-97 y 65%, 01-02) y la deficiencia estructural (11%, 96-97 y 15%, 01-02).

Los elementos de arco, los cables, las torres, pendolones y las armaduras presenten daños producidos principalmente por la corrosión del acero estructural. La mayor parte de los puentes que han fallado en Colombia son los de armadura y arco, y la causa principal son las deficiencias estructurales en el detallado estructural de las uniones y los problemas de fatiga.

Por último es claro que los daños y deficiencias, han disminuido, gracias a las labores del Invias, dando apoyo y continuidad a las inspecciones, el mantenimiento y la rehabilitación, dentro del Sipucol. En las inspecciones realizadas se recomendaron en general estudios especializados de los puentes de acero, ya que se requiere profundizar y aclarar el tipo de daño mediante ensayos destructivos y no destructivos, y evaluar las diferentes alternativas de reparación. Para mejorar el estado de los puentes, se recomienda como trabajo futuro, que la entidad invierta o investigue en los siguientes temas básicos:

• Investigación y evaluación del fenómeno de la corrosión en elementos a tensión.

• Investigación detallada del fenómeno de fatiga de elementos y uniones de acero, acompañada de ensayos seudo-dinámicos, metalúrgicos e instrumentación de puentes.

• Auscultaciones profundas con los últimos equipos para evaluación de la patología (Microscopio de detección de grietas, extensómetro, prueba capo, prueba rápida de cloruros, carbonatación, equipo para monitoreo de grietas, equipos de ultrasonidos para detectar recubrimiento refuerzo, ensayos de adherencia, etc)

• Metodologías de evaluación de capacidad de carga con técnicas de confiabilidad estructural y estudio de la fatiga para puentes de acero.

• Estudios especializados de socavación.

5. Agradecimientos

Los autores expresan agradecimiento, por la revisión, el apoyo y la información suministrada por los ingenieros Luz Marina Trujillo y Libardo Santacruz, funcionarios del Instituto Nacional de Vías.

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