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FALLAS EN PUENTES DE CONCRETO DANIEL RODRIGUEZ EDUARDO SANDOVAL KIMBERLY ORELLANA PAMELA RIVERA

FALLO EN LOSA

• Los tipos de daño que pueden presentarse en las juntas de dilatación son: • Obstrucción en Junta de Dilatación • Deterioro Junta de Dilatación

Descripción Del Daño • Consiste en la presencia de obstáculos o basuras (sólidas) en las juntas de dilatación, que no permiten su adecuado funcionamiento, es decir que afecta los movimientos horizontales y verticales que deben soportar. También puede producir el deterioro del sello, lo que permite el paso del agua a través de la junta, afectando la durabilidad de los apoyos, estribos y pilas del puente.

Posibles Causas Del Deterioro • Deficiencias en el diseño de la junta acompañado con una falta de sello. • Permite que haya acumulación de obstáculos que con el tiempo no contribuyen al adecuado funcionamiento de la misma

• Obstrucción, rotura o ausencia de sello: No permite cumplir con su función impermeable y además puede impedir el movimiento del dispositivo de junta

• Falta de mantenimiento rutinario.

Intervención Recomendada

Descripción Del Daño • Son los daños de la junta que limitan de la capacidad de absorber los movimientos relativos (deformaciones verticales, horizontales, contracción, asentamientos, etc.) entre las dos partes en el puente, producidas por cargas actuantes. Estos movimientos se generan entre: El terraplén de acceso y el tablero del puente (Juntas externas en zona de estribos)

• Las partes del tablero (Juntas intermedias en zona de pilas)

Posibles Causas Del Deterioro •

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Asentamientos en los terraplenes de acceso que producen un desnivel con el tablero de la superestructura del puente, lo cual genera un aumento del impacto vehicular, para cuyo efecto no está preparado estructuralmente dicho componente. Deficiencias en su diseño estructural, que implica que dicho componente no tenga la capacidad de absorber las deformaciones verticales y horizontales entre la zona de acceso y el tablero del puente. Esto sucede cuando el tipo de junta seleccionado no es el adecuado, lo cual depende del tipo de puente, su tipología y longitud. Juntas que no están adecuadamente ancladas a los componentes del puente (funcionamiento no solidario), tales como los diafragmas del estribo, la losa, etc

FALLAS EN PILAS • Inestabilidad estructural de la pila, producida por el asentamiento o la socavación, que se identifica por irregularidades en la nivelación longitudinal del tablero de la superestructura.

• También por la formación de remolinos en el cauce cerca de la cimentación de las pilas, lo que representa una socavación en proceso.

Posibles causas • Deformaciones o rotaciones de las pilas producto del asentamiento de su cimentación, para lo cual este componente no está preparado estructuralmente. Este tipo de asentamientos se evidencia por las deformaciones longitudinales en las barandas.

• Movimientos y desplomes generados por la socavación lateral del cauce sobre las cimentaciones de las pilas

Falla en vigas de puentes Grietas en una dirección

• Las grietas de flexión son perpendiculares al refuerzo longitudinal y comienzan en la zona de máxima tensión. En la mitad del tramo de las vigas de concreto, las grietas de flexión se pueden encontrar algunas veces en la parte inferior de los miembros. Las grietas debido al esfuerzo cortante son grietas diagonales que usualmente ocurren en el alma de la viga. Estas grietas estructurales son usualmente grietas en una dirección.

Grietas en dos direcciones

• Casi no se observan grietas en dos direcciones en la viga de concreto. Cuando se observan grietas en dos direcciones, se deberá de investigar la reacción de dióxido de silicio alcalino de los agregados.

Causas de grietas

Las causas que originan las grietas en puentes son:

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Incremento de cargas. Materiales de mala calidad. Inestabilidad elástica (Pandeo) Hormigón mal vibrado y mal curado. Hormigonado durante temperaturas ambiente extremas. Deslizamiento del terreno. Fallos en las cimentaciones. Temperaturas extremas. Enraizamiento de árboles y arbustos.

Reparación de Grietas en puentes • • • • • •

Se comienza efectuando una limpieza por soplado. Seguidamente se realiza el sellado con mortero epoxi. Se practican orificios para inyectar luego una lechada de cemento comenzando por las boquillas situadas en la parte inferior; se inyecta hasta que rebosa el material por la boquilla superior. Luego se cierran los inyectores. En caso de grandes aberturas de efectúa el grapado de sillares con grapas de acero inoxidable o de Corrugado|acero corrugado en forma de U provistos de alguna protección para evitar su oxidación. Los mismos deben tener una profundidad de anclaje de 15 cm. Finalmente se anclan al material mediante un mortero de resina epoxi con una carga pequeña de árido fino.

Descascaramiento

• El descascaramiento es la delaminación local o desprendimiento de una superficie terminada de concreto (hormigón) endurecido como resultado de su exposición a ciclos de congelación y deshielo. Generalmente comienza en pequeñas zonas aisladas, que después pueden fusionarse y extenderse a grandes áreas. El descascaramiento ligero no expone el agregado grueso.

Nidos de piedra y cavidades

• A la cavidad se le puede inyectar con concreto fluido cuyo tamaño máximo del agregado grueso no exceda la quinta parte del espesor de la cavidad y cuya fluidez y consistencia pueda garantizar su colocación sin que se presente segregación.

Acero de refuerzo expuesto Las estructuras metálicas de los puentes pueden sufrir los efectos de la oxidación originados en:

• Acción erosiva continúa por fenómenos climáticos. • Deformaciones por impactos o por el ataque de óxido. • Ausencia de protección sobre las superficies metálicas.

Eliminación del Óxido • • • • •

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Para eliminar el óxido presente en las estructuras (causante de la corrosión), deben realizarse las siguientes acciones: Se inician las tareas montando los andamios y plataformas que se requieran para limpiar de óxido con chorro de arena y luego aplicarles la protección en las superficies. Se realiza la limpieza con chorro de arena sobre toda la superficie.

Ya libre del óxido y de restos de arena, se procede a la aplicación de las capas de protección: Se aplica una capa de imprimación epoxi enriquecida con zinc, de espesor 60 micras aproximadamente.

Se aplica otra capa de pintura epoxi, de espesor 125 micras. Finalmente se le da una mano de esmalte al poliuretano, Luego se efectúa el desmontaje de plataformas y andamios.

Causas de fallos en los cimientos Estos fallos estructurales pueden originarse en la interacción entre el terreno y la estructura; el terreno recibe las cargas trasmitidas y se deforma bajo esta presión. Sabemos que el terreno no es una masa homogénea de tierra, como otros materiales construidos por el hombre; el terreno es heterogéneo, es decir, que posee distintos componentes que lo integran (áridos, arcillas, tierra vegetal, residuos orgánicos o inorgánicos, restos de construcciones o antiguas cimentaciones, agua, etc.) , por esta razón en muchos casos es difícil evitar que se produzcan asientos diferenciales entre diferentes elementos de apoyo, pues el material que subyace bajo estos cimientos puede comportarse en forma distinta.

Tanto la resistencia como la deformabilidad del terreno no son constantes y pueden ser afectadas entre otras, por causas como: • Modificaciones en el contenido de humedad. • Lavado de áridos. • Disoluciones. • Actividades de la construcción en área próxima. Entre los diversos factores que generan fallos, encontramos tres grupos: 1. Cimientos: Deterioro de los materiales 2. Cimientos: Mal comportamiento 3. Acción de las Cargas: Incremento o variaciones no contempladas por proyecto

A continuación, señalaremos las causas más frecuentes de fallos de acuerdo al Tipo de Cimentación:

Cimentación Superficial • • • • • • • •

En las cimentaciones superficiales pueden ocasionarse fallos por alguna o la combinación de las siguientes causas: Socavación y arrastre de finos. Cimentación apoyada sobre rellenos mal compactados o flojos. Existencia de arcillas expansivas o suelos colapsables. Existencia de zanjas rellenas mal compactadas. Hundimiento de oquedades o cavernas no detectadas en etapa de estudio inicial. Cimentaciones en laderas, donde pueden producirse fenómenos de reptación o deslizamientos provocados por la excavación. Heterogeneidad de la cimentación o del terreno, que provoca asientos diferenciales entre apoyos.

Desplazamientos verticales Los desplazamientos verticales que pueden darse por el incremento en los esfuerzos efectivos y por cambio en el contenido de humedad del suelo.

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Asentamiento por incremento de esfuerzos

Es el desplazamiento vertical de la cimentación.

•

Asentamiento por cambio en el contenido de humedad

Es la deformación unitaria originada por el cambio en el contenido de humedad. Puede medirse en un ensaye de expansión del doble odómetro para suelos expansivos; o bien en un ensaye de colapso del doble odómetro para suelos colápsales.

• Desplazamiento verticales diferenciales Es el desplazamiento vertical de la zapata. Se debe revisar que los desplazamientos verticales diferenciales no produzcan daños en la superestructura.

Capacidad de carga En este punto se revisa que el subsuelo de cimentación no falle por resistencia al esfuerzo cortante. La capacidad de carga última se define como el esfuerzo que se aplica a un suelo, mediante una cimentación, para producir una falla en el subsuelo por resistencia al esfuerzo cortante. Para asegurar que este mecanismo de fallas no se presente se trabaja con el siguiente factor de seguridad.

• Volteo de la cimentación Los momentos producidos en la estructura son las fuerzas que tienden a producir el volteo.

• Levantamiento de la cimentación En estructuras livianas sometidas a fuerzas verticales ascendentes como las debidas a vientos fuertes, debe revisarse que la cimentación no se levante, ya que las fuerzas que tienden a levantar la cimentación.

Cimentación Profunda • En las cimentaciones profundas pueden ocasionarse fallos por: • Rozamiento negativo. • Los empujes laterales sobre pilotes pueden provocar esfuerzos de flexión no calculados en el dimensionamiento.

• Cimentaciones compensadas con pilotes de fricción La excavación que se efectúa en la masa de suelo compensa totalmente el peso del edifico, sin embargo también se agregan pilotes, lo que tiene por objeto reducir el esfuerzo de contacto de la losa de fondo con la masa de suelo y con esto que la cimentación esté en mejores condiciones de soportar el momento de volteo inducido durante un sismo.

• Cimentación a base de pilotes de punta En este tipo de cimentación, las cargas se transfieren a través de pilotes, que trabajan por punta, a un estrato resistente.

• Pilas de cimentación Las pilas de cimentación son elementos de concreto armado de más de 0.80 m de diámetro que se cuelan en el lugar. Los mecanismos de falla que se presentan en una cimentación a base de pilas de cimentación son los mismos que los correspondientes a las cimentaciones a base de pilotes de punta.

Intervenciones En el caso de las cimentaciones superficiales existen tres tipos básicos de actuación: refuerzo, ampliación y sustitución.

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Refuerzo: Utilizada cuando el área de apoyo es suficiente pero la cimentación es insuficiente. Ampliación: Cuando la cimentación es adecuada y se conserva bien pero no tiene suficiente área de apoyo. Sustitución: Cuando ni el refuerzo ni la ampliación son viables por excesivo deterioro o complicaciones de realización.

• Refuerzo mediante inyección.

Refuerzo

El refuerzo de una cimentación por inyección consiste en rellenar con mortero de cemento los huecos en el macizo de la cimentación. Al fraguar el mortero, el macizo de cimentación adquiere cohesión ganando resistencia suficiente para seguir cumpliendo su función.

• Refuerzo mediante introducción de armaduras. Este tipo de refuerzo consiste, en introducir armaduras adicionales taladrando el cimiento lateralmente. Posteriormente se tensan las armaduras y se inyectan con resinas produciendo un post-tensado de la zapata. Esta es una operación delicada y ya que los taladros deben tener gran precisión de ejecución.

Sustitución

• Sustitución de zapatas corridas o continuas.

Este método consiste en la construcción de una nueva cimentación que sustituya a la anterior, conservando o no la cimentación existente y sin contar con su colaboración estructural.

• Sustitución de zapatas aisladas. La sustitución de zapatas aisladas consiste en la demolición completa de la zapata existente antes de la ejecución de la nueva. Esto hace que sea mucho más comprometida que la de una zapata corrida, que se puede realizar a partes parciales.

Ampliación

• Ampliación por debajo de la cimentación. Esta operación consiste en construir una zapata debajo de la existente para soportar la carga que realmente actúa o que se prevé que va a actuar.

Fallas En Estribos Los tipos de daño que pueden ocasionar fallas en los estribos son:

• Asentamiento o socavación de estribo. • Deterioro del estribo

Asentamiento O Socavación De Estribo

• Inestabilidad estructural del estribo producido por asentamiento y/o socavación, que pone en riesgo la estabilidad de la superestructura, las aletas y el terraplén de acceso del puente.

Asentamiento O Socavación De Estribo

• Cuando es un daño por asentamiento, este se manifiesta por la rotación de la estructura del estribo, separación entre el estribo y la aleta, grietas en los estribos, grietas en las aletas, etc.

Asentamiento O Socavación De Estribo

• Cuando es un daño por socavación, este se manifiesta por la pérdida de soporte de la cimentación de los estribos, observándose por ejemplo: pilotes descubiertos, huecos o vacíos por debajo en las zarpas de la zapata de cimentación, etc.

Causas:

• Deformaciones

o rotaciones de los estribos producto de los asentamientos de su cimentación, para lo cual este componente no están preparados estructuralmente.

• Movimientos y desplomes generados por la socavación lateral del cauce sobre las cimentaciones de los estribos.

Grietas por asentamiento o falta de capacidad en estribo

Deterioro De Estribos

• Deterioro y falta de capacidad de carga de los estribos, los cuales son los elementos responsables de soportar las cargas de la superestructura y los empujes del terraplén de acceso. Esto se manifiesta por medio de grietas o fisuras estructurales. Además por problemas de durabilidad.

Causas:

• Deficiencia estructural producto de un inadecuado diseño, donde el componente no está en capacidad de soportar los empujes de tierra horizontal provenientes del terraplén de acceso, ni las cargas verticales provenientes de la superestructura del puente.

• Procesos de construcción deficientes

Causas:

• Deficiencias

en la durabilidad del concreto, producida por carbonatación o baja de pH. También su deterioro se puede deber a un alto contenido de sulfatos y cloruros en puentes construidos en zonas de ambientes agresivos (Zonas costeras especialmente). Esto se refleja a través de grietas no estructurales o cambios de color cerca donde hayan indicios de humedad.

Causas:

• Falla por aplastamiento del concreto del estribo en la zona de apoyos, por la falta de capacidad de soportar este tipo de cargas.

• Deterioro del concreto de los estribos por infiltración proveniente de las juntas de dilatación (sin sello y permeable), lo cual afecta su durabilidad.

• Acumulación de maleza o basura que afecta a mediano plazo la durabilidad el material de este componente

Grietas por problemas de capacidad de carga

Deterioro del estribo por infiltración

APOYOS ELASTOMERICOS PERMITEN: 

Los desplazamientos simultáneos en dos direcciones distintas.



Giros simultáneos en tres ejes diferentes.



Absorción de cargas verticales.



Absorción de cargas horizontales de corta duración.

TIPOS DE FALLAS •

Despegue de las uniones entre el metal y la goma

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Proceso de vulcanizado defectuoso.

Desplazamiento del apoyo de la posición original y deformación vertical y horizontal mayor de la esperada.

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Mala calidad del material

Mal diseño de los apoyos.

Corrosión de las partes metálicas de los apoyos.

•

Gran humedad en la coronación de las pilas y de los estribos

•

Degradaciones del material elastometrico que rellena la capsula

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Fallo en el anillo de estanqueidad o sellado del neopreno dentro de la capsula de acero.

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•

Entrada de agentes contaminantes debido a fallos en el sistema de estanqueidad del apoyo.

Causa: Rebabas visibles de elastometo en el exterior de la capsula.

Roturas y defectos

•

Por perdidas y aflojamientos en los sistemas de anclaje al tablero y a la subestructura.