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REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA EDUCACIÓN UNIVERSITARIA, CIENCIA Y TECNOLOGÍA INSTITUTO UNIVERSITARIO POLITÉCNICO “SANTIAGO MARIÑO” EXTENSIÓN MATURÍN

EVALUACIÓN TÉCNICA DE LAS CONDICIONES DE FUNCIONABILIDAD DEBIDO AL PROCESO DE CORROSIÓN Y FATIGA POR CARGAS DEL PUENTE DEL RIO TONORO UBICADO EN LA CARRETERA NACIONAL DE AGUASAY ESTADO MONAGAS Trabajo de Grado para optar al Título de Ingeniero Civil

Autor: Br. Manuel Ríos Tutor: Ing. Giancarlo D’amico

Maturín, Marzo 2018

APROBACIÓN DEL TUTOR Yo, ING. GIANCARLO D’AMICO, Titular de la cedula de identidad Nº 9288342, en mi carácter de tutor(a) del Trabajo de Grado titulado: EVALUACIÓN TÉCNICA DE LAS CONDICIONES DE FUNCIONABILIDAD DEBIDO AL PROCESO DE CORROSIÓN Y FATIGA POR CARGAS DEL PUENTE DEL RIO TONORO UBICADO EN LA CARRTERA NACIONAL DE AGUASAY ESTADO MONAGAS. Presentado por el (la) ciudadano(a) o los (las) ciudadanos(as): MANUEL RIOS, cedula(s) de identidad numero: V-15902039. Considero que dicho trabajo reúne los requisitos y méritos suficientes para ser sometido a PREDEFENSA y ser evaluado por parte del Jurado Examinador que designe la comisión.

En la ciudad de Maturín, a los 30días del mes de Julio de 2017

____________ Firma del Tutor

ii

ÍNDICE GENERAL

LISTA DE FIGURAS..................................................................................... RESUMEN...................................................................................................... INTRODUCCIÓN..........................................................................................

Pp. v vi 7

CAPÍTULO I. EL PROBLEMA Contextualización del Problema....................................................................... Objetivos de la Investigación........................................................................... Objetivo General.............................................................................................. Objetivos Específicos....................................................................................... Justificación de la Investigación....................................................................... Limitaciones………………………………………………………………….. Estudio de Factibilidad………………………………………………………..

9 11 11 11 11 12 13

II. MARCO REFERENCIAL Antecedentes de la Investigación..................................................................... Bases Teóricas.................................................................................................. Bases Legales…................................................................................................

14 15 48

III. MARCO METODOLOGICO Modalidad de la Investigación.......................................................................... Diseño de la Investigación................................................................................ Tipo de Investigación....................................................................................... Unidad de Estudio............................................................................................. Técnicas e Instrumentos de Recolección de Datos.............................................. Técnicas de Análisis de Datos............................................................................

51 52 53 53 54 55

IV. RESULTADOS Diagnosticar la situación actual del puente del Rio Tonoro................................ Analizar la topografía de la zona.......................................................................... Determinar las causas que provocan la inestabilidad del puente del Rio Aplicar ensayos no destructivos de campo ylaboratorio..................................... Elaborar la propuesta de solución que más se adapta al problema de funcionabilidad………………………..……………………………………........ iii

58 61 63 64 66

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES Conclusiones………………………………………………………………….71 Recomendaciones.............................................................................................73 REFERENCIAS……………………………………………………………..75

iv

LISTA DE FIGURAS

FIGURAPp. 1. Puente sobre Rio Tonoro….….………………………………………………….58 2. Condiciones del deterioro...……………………………………………………...61

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REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA INSTITUTO UNIVERSITARIO POLITÉCNICO “SANTIAGO MARIÑO” EXTENSIÓN – MATURÍN INGENIERIA CIVIL

EVALUACIÓN TÉCNICA DE LAS CONDICIONES DE FUNCIONABILIDAD DEBIDO AL PROCESO DE CORROSIÓN Y FATIGA POR CARGAS DEL PUENTE DEL RIO TONORO UBICADO EN LA CARRETERA NACIONAL DE AGUASAY ESTADO MONAGAS LÍNEA DE INVESTIGACIÓN:ESTRUCTURAS Trabajo de Grado Autor: Br. Manuel Ríos Tutor: Ing. Giancarlo D’amico Mes, Año:Agosto, 2017 Resumen El objetivo del siguiente trabajo de investigación fuela evaluación técnica de las condiciones de funcionabilidad debido al proceso de corrosión y fatiga por cargas del Puente del Rio Tonoro ubicado en la carretera nacional de Aguasay Estado Monagas, con el fin de obtener una nueva alternativa en el área de construcción civil.Con esta evaluación se llevó a cabo un análisis de la estructura dañada, el reconocimiento de la causa patológica junto con el correcto tratamiento, necesario para garantizar la minimización de la patología post-recuperación. El proyecto se enmarcó bajo una modalidad de proyecto factible, diseño de campo, ya que tuvo como fundamento la elaboración y desarrollo de un modelo viable, bajo un nivel descriptivo, la unidad de estudio estuvoconformada porel puente del Rio Tonoro, entre las técnicas de recolección de datos se utilizaron: observación directa, revisión documental, por su parte las técnicas de análisis serán: análisis de contenido, análisis cualitativo y cuantitativo. Descriptores: Evaluación Técnica, Condiciones de Funcionabilidad, proceso de Corrosión, Fatiga por cargas, Puente.

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INTRODUCCIÓN

La importancia de los puentes en el desarrollo y en las relaciones humanas ha sido el objetivo principal del impulso para el conocimiento en la construcción y mantenimiento de dichas estructuras. En general el propósito inicial de estos es superar un obstáculo para luego continuar el camino. Sin embargo, tomando en cuenta la literatura técnica sobre clasificaciones de puentes, es necesario considerar aspectos de diseño, tales como obstáculos superados, vistas laterales, cantidad de vanos libres, área de soporte que constituye el material, naturaleza del tránsito, entre otros. En general, se reconoce que técnicamente existe un énfasis en los grandes puentes con sistemas estructurales complejos, sin considerar adecuadamente los puentes pequeños y de tamaño mediano. Sin embargo miles de pequeños puentes conectan a un sinnúmero de personas, ofreciéndoles acceso a oportunidades de recursos necesarios y a un flujo de producción. Desgraciadamente, es posible notar que la mayoría de los puentes rurales y urbanos presentan condiciones patológicas críticas, poniendo en riesgo la seguridad de la sociedad y produciendo pérdidas económicas. En vista de lo anterior la presente investigación tiene como objetivo la evaluación técnica de las condiciones de funcionabilidad debido al proceso de corrosión y fatiga por cargas del puente del Rio Tonoro ubicado en la carretera nacional de Aguasay Estado Monagas, para así colaborar con las tareas de identificación de las patologías. Para tal efecto, es necesario revisar los factores relativos al diseño, en vista de que son diversos los colapsos vehiculares y peatonales, lo cual es un problema que debe ser objeto de reflexión y análisis. El Trabajo Especial de Grado se encuentra estructurado en cuatro capítulos: El Capítulo I, El Problema, contiene la contextualización del problema, objetivo generaly objetivos específicos, así como la justificación de la investigación.El Capítulo II, Marco Referencial, señala los antecedentes de la investigación, las bases 7

teóricas, bases legales. En el Capítulo III, Marco Metodológico, se indica la modalidad de la investigación, diseño de la investigación, tipo de investigación, unidad de estudio, técnicas de recolección y análisis de datos. Capitulo IV, Resultados: comprende el desarrollo de los objetivos específicos, seguidamente se encuentran las conclusiones, recomendaciones y por último las referencias.

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CAPÍTULO I

EL PROBLEMA

Contextualización del Problema

Desde la antigüedad, se conoce que todas las estructuras acumulan daño gradualmente durante su vida útil. En general, cualquier estructura es susceptible de presentar fallas, ya que las condiciones reales de servicio y/o las características de los materiales, pueden discrepar de las que esperaba el diseñador. Una de las acciones a las que se atribuyen la falla en diversas estructuras es la fatiga. Ésta se define como el daño de un material resultante de la aplicación de esfuerzos repetitivos (carga cíclica). En el caso específico de los puentes carreteros, es bien sabido que son estructuras susceptibles al deterioro por efectos de fatiga debido a las condiciones de carga a la que están sometidos (cargas dinámicas cíclicas), pudiendo ser éstas responsables de fallas importantes debido a su efecto degradante en la rigidez de las mismos, llevándolos al colapso, incluso antes de haber alcanzado su resistencia. A su vez, el deterioro en puentes de concreto y estructuras es causado por iones de cloruros que se presentan en muchas sustancias químicas. Los iones impregnan el concreto y eventualmente llegan hasta el acero reforzado, donde crean condiciones que provocan la corrosión del acero, que luego procede a arruinar el concreto. Este fenómeno se reproduce a nivel mundial, siendo la principal causa el hecho de que la mayoría de ellos tienen más de 20 años de servicio, sumado a que en los últimos años los flujos vehiculares se han incrementado considerablemente, al igual que la capacidad de carga de los vehículos. Adicional a esto, el desarrollo tecnológico ha propiciado la aparición de carros cada vez más pesados en respuesta a la emandade los transportistas que encuentran más lucrativa la operación de mayor peso, por 9

otra parte, el desarrollo económico reflejado en un notable incremento del parque vehicular, lo cual lleva a reconocer la necesidad de estudiar el efecto de estos nuevos escenarios de cargas en este tipo de estructuras. En Venezuela, la necesidad de conservar el inventario de puentes ha llevado a proponer el esquema de un sistema de administración de los mismos, que no sólo contenga información relevante de los puentes, sino que incorpore módulos de capacidad de carga y vida útil, además de módulos económicos en la estimación de costos de rehabilitación y un modelo de asignación de prioridades de conservación, basándose en información objetiva, actualizada y completa del estado de la estructura. En el caso del estado Monagas se encuentra el Puente Rio Tonoro, el cual presenta síntomas de deterioro, relacionados con fatiga causando en el pasado colapsos en la estabilidad de su estructura provocando inseguridad vial y comprometiendo de manera muy seria el transporte de pasajeros y mercancía. Se detectaron 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, entre otros). La corrosión en diagonales, verticales, transversales y uniones, es el daño más frecuente de este componente, lo cual se debe principalmente a los problemas de infiltración y a la falta de mantenimiento. Otro problema común es el impacto vehicular en el cordón superior y los portales de acceso, lo que pone en riesgo la estabilidad del puente en general. También se observan problemas estructurales, con deflexiones excesivas, pasadores sin seguro, refuerzos incompletos que no llegan los nudos, contra venteos deformados, elementos alabeados, pandeo local, 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, lo cual pudiese ocasionar el deterioro progresivo e la estructura debido a las condiciones ambientales a las que está sometida. Por lo anteriormente planteado surge la presente investigaciónla cual tiene como objetivo evaluar técnicamente de las condiciones de funcionabilidad debido 10

alproceso de corrosión y fatiga por cargas del puente del Rio Tonoro ubicado en la carretera nacional de Aguasay Estado Monagas, garantizar la minimización de la patología post-recuperación. . Objetivos de la Investigación

Objetivo General

Evaluar técnicamente las condiciones de funcionabilidad debido al proceso de corrosión y fatiga por cargas del Puente del Rio Tonoro ubicado en la carretera nacional de Aguasay Estado Monagas con el fin de proponeraspectos que garanticen la seguridad de sus nuevos usuarios.

Objetivos Específicos

1.

Diagnosticar la situación actualdel puente del Rio Tonoro, con el fin de

identificar las condiciones de funcionabilidad. 2. Analizar la topografía de la zona, para estudiar las condiciones del terreno. 3.

Determinar las causas que provocan la inestabilidad del puente del Rio

Tonoro, a fin de proponer las alternativas de solución. 4.

Aplicar ensayos no destructivos de campo y laboratorio, a fines de

determinar el nivel de las fallas en los elementos estructurales. 5.

Elaborar la propuesta de solución que más se adapta al problemade

funcionabilidad, con el fin de implementar medidas correctivas.

Justificación de la Investigación

El problema de funcionabilidad en los puentes, está determinado por factores geométricos, como su altura e inclinación; factores geológicos; hidrogeológicos; y 11

geotécnicos. De esta manera, la combinación de los factores anteriores puede determinar la condición de rotura del terreno en algún tipo de superficie, permitiendo el movimiento de la masa contenida en dicha superficie. Por ello, el análisis de la estabilidad reviste gran importancia al momento de considerar una futura construcción en su entorno. En vista de lo anterior la presente investigación será de gran importancia el conocimiento del mecanismo y las características de la falla ocurrida, el conocimiento adecuado de la zona en estudio, realizando, definiendo y obteniendo de la recopilación de información, el trabajo de campo, de laboratorio y de oficina, corregir las anomalías actuales y crear un plan de mantenimiento que tendrá como objetivo la optimización del servicio para alcanzar y garantizar un alto grado de productividad, disponibilidad, confiabilidad y seguridad de esta importante vía de comunicación. En cuanto al beneficio técnico se tiene que se aplicarán diferentes conocimientos adquiridos durante el desarrollo de la carrera de Ingeniería Civil. Socialmente y económicamente se contribuirá con la población Aguasay para que sigan contando con este importante canal de comunicación, el cual sirve de atracción a turistas y de medio para el comercio de productos. Por último metodológicamente servirá de antecedente a futuras investigaciones relacionadas con el tema.

Limitaciones

Para cumplir con todo el contenido de la investigación es necesario contar con los documentos técnicos del puente, conocidos como planos de diseño, los cuales no existen en ningún organismo público de infraestructura. Lo que restringe de cierto modo el desarrollo de algunas expectativas fijadas en la investigación. Para ello se realizó un inventario de todo el puente para obtener esa información que es escasa.

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Estudio de Factibilidad

Para cumplir con los objetivos propuestos fue necesario conocer las condiciones actuales del puente y sus accesos, para ello se utilizaron técnicas de inspecciones visuales y ensayos no destructivos en sitio que permitieron conocer y determinar el estado de deterioro de la superestructura, para de esta forma aportar soluciones basadas en la teoría. Es de suma importancia para la población, pues a través de él se mantienen las relaciones sociales y económicas con el resto de las zonas aledañas. Se propuso un plan de mantenimiento correctivo y predictivo posteriormente que permita mantener en el espacio y en el tiempo en condición efectiva, confiable y operativa a la superestructura.

Factibilidad Técnica

Para llevar a cabo el desarrollo de los objetivos fue imperativo contar con técnicas que contribuyeron al desenvolvimiento de los mismos de manera eficiente haciendo uso de controles visuales, métodos de planeación del trabajo y una correcta distribución de la fuerza humana que permitieron evaluar e identificar posibles síntomas de daños estructurales en el puente a evaluar.

Factibilidad Económica

A través del estudio propuesto para la rehabilitación del puente del Rio Tonoro se contribuirá a mejorar la calidad del servicio de las instalaciones, es por ello que todas actividades a realizar para cumplir con los objetivos fijados se realizaran bajo recursos propios por parte del investigador.

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CAPÍTULO II

MARCO REFERENCIAL

Antecedentes de la Investigación Molano, D (2014) “Evaluación de fatiga de puentes existentes en arco en acero que han sido rehabilitados y/o presentan problemas de corrosión”Trabajo de Grado presentado en la Pontificia Universidad Javeriana Facultad De Ingeniería. El objetivo principal de este trabajo es presentar una metodología para evaluar la fatiga en los puentes de acero en arco, con elementos o conexiones que presentan síntomas de corrosión. Además, se presentan algunos de los escenarios supuestos de condiciones de los puentes en varios proyectos y se hicieron pasar a través de la metodología bajo un conjunto de actividades que en última instancia van a terminar en la determinación de la vida remanente a fatiga. Esta metodología supone daños por fatiga y corrosión que afectan a las articulaciones principales de los elementos del puente. Esto ayudó en un proceso de toma de decisiones de priorización, que podría sugerir reforzamiento del puente o determinar las reparaciones. Su aporte a la investigación es en cuanto al tratamiento aplicado a la corrosión. Crespo, C (2013) “Análisis del deterioro estructural por fatiga y prognosis de un puente típico de concreto utilizando simulación MonteCarlo”Trabajo de Grado presentado en elInstituto Mexicano del Transporte, por el M. C.se propone una metodología que permita analizar los puentes de concreto reforzado por efecto de fatiga, determinar así la capacidad de carga y estimar la vida útil de estos, con el objeto de optimizar y planear de mejor manera los programas de conservación para este tipo de estructuras. En esta metodología, los escenarios de carga son 14

reproducidos mediante simulación MonteCarlo con base en distribuciones estadísticas de configuración y pesos brutos vehiculares del tránsito. Las distribuciones de esfuerzos provocados por estos escenarios de carga en el puente son obtenidos de un análisis de elementos finitos de la estructura mientras que el deterioro estructural es evaluado mediante la evolución del crecimiento de grieta en la zona más esforzada de la superestructura. Su aporte fue en cuanto a las bases teóricas. Ramos, E (2013) “Evaluación de puentes que han sido rehabilitados y/o presentan problemas de corrosión”Trabajo de grado presentado en la Universidadde Oriente NúcleoAnzoátegui. El objetivo principal de este trabajo fue evaluar la fatiga en los puentes en los elementos o conexiones que presentan síntomas de corrosión. El autor concluyo que los daños por fatiga y corrosión que afectan a las articulaciones principales de los elementos del puente. Esto ayudó en un proceso de toma de decisiones de priorización, que podría sugerir reforzamiento del puente o determinar las reparaciones. Su aporte a la investigación es en cuanto al tratamiento aplicado a los daños por fatiga.

Bases Teóricas

Puente

Estructura que proporciona una vía de paso sobre el agua, una carretera o un valle. Los puentes suelen sustentar un camino, una carretera o una vía férrea, pero también pueden transportar tuberías y líneas de distribución de energía. Los que soportan un canal o conductos de agua se llaman acueductos. Los puentes construidos sobre terreno seco o en un valle y formados por un conjunto de tramos cortos se suelen llamar viaductos; se llaman pasos elevados los puentes que cruzan las autopistas y las vías de tren. Un puente bajo, pavimentado, sobre aguas pantanosas o en una bahía y formado por muchos tramos cortos se suele llamar carretera elevada. Pérez Y. (2000). Manual de Puentes, IUPSM extensión Puerto Ordaz. 15

Puentes de Acero

El acero es un material de construcción competitivo favorable para puentes de claro largo, por las siguientes razones: tiene una alta resistencia a la tensión y compresión, se comporta como un material elástico casi perfecto dentro de los niveles normales de trabajo, tiene reservas de resistencias más altas del límite de fluencia.

Otras ventajas importantes del acero estructural son: 1. Gran facilidad para unir diversos miembros por medio de varios tipos de conectores como son la soldadura, los tornillos y los remaches. 2. Posibilidad de prefabricar los miembros de una estructura. 3. Rapidez de montaje. 4. Gran capacidad de laminarse y en gran cantidad de tamaños y formas. 5. Resistencia a la fatiga. 6. Posible rehúso después de desmontar una estructura. 7. Posibilidad de venderlo como “chatarra”. Pérez Y. (2000). Manual de Puentes, IUPSM extensión Puerto Ordaz.

Desventajas del Acero como Material Estructural

Rojas, G. (2009) señala en su publicación las siguientes desventajas del Acero como material estructural: (a) Costo de mantenimiento. - La mayor parte de los aceros son susceptibles a la corrosión al estar expuestos al agua y al aire y, por consiguiente, deben pintarse periódicamente. (b) Costo de la protección contra el fuego.- Aunque algunos miembros estructurales son incombustibles, sus resistencias se reducen considerablemente durante los incendios. (c) Susceptibilidad al pandeo.Entre más largos y esbeltos sean los miembros a compresión, mayor es el peligro de pandeo. Como se indicó previamente, el acero tiene una alta resistencia por unidad depeso, pero al utilizarse como columnas no resulta muy económico ya que debe 16

usarse bastante material, solo para hacer más rígidas las columnas contra el posible pandeo. Las normas estrictas de fabricación de la industria garantizan a los consumidores uniformidad de control de sus propiedades, dentro de estrecha tolerancia. Los sistemas de conexiones son seguros y hay gran disponibilidad de trabajadores capacitados en su aplicación. La principal desventaja es su gran susceptibilidad a la corrosión, siendo eliminada con la aplicación de aditivos químicos o el mejoramiento de los recubrimientos protectores.

Puentes de Concreto

Muñoz, E. (2012) señala que el concreto reforzado se usa mucho en puentes de autopistas, debido a su economía en claros cortos y medianos, a su durabilidad, bajo costos de mantenimiento y fácil adaptabilidad a las curvas verticales y horizontales. Los tipos principales de elementos de soporte colocados en campo son la losa reforzada longitudinalmente, la viga o trabe “T”. Elementos que conforman la estructura de un puente:

Defensas Están constituidas por barandas y brocales; pueden ser de concreto o de metal, forman parte de los bordes de la calzada o de las aceras y tienen como función guiar el vehículo y proteger la circulación peatonal.

Aceras Generalmente son de concreto, están ubicadas al borde del tablero, paralelo al tráfico vehicular y tiene como función separar el paso peatonal del vehicular.

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Drenajes Tiene como finalidad drenar las aguas estancadas sobre el puente. Se pueden clasificar según su funcionalidad:

1.

Imborrables de caída libre con bajantes. Son dispositivos de tubos de

metalo P.PV.C que se encargan de recoger las aguas provenientes del tablero para dirigirlas al río, quebrada y terreno natural sin que estas perjudiquen la estructura o elementos del puente.

2.

De rejillas. Cumplen la misma función que el anterior pero difieren en

su condición estructural, generalmente son rectangulares constituidos por rejillas que permiten el libre paso de las aguas a recolectar.

Carpeta de Rodamiento Puede estar constituida por una carpeta asfáltica, concreto o rejas, que tienen como función darle buena accesibilidad a los vehículos sobre la estructura.

Losa de tablero Elemento estructural que da continuidad a la vía.

Vigas Elemento estructural del tablero que recibe la carga vehicular que circula por el mismo. Suele ser en algunos casos de aceros de alta resistencia (Guayas de acero).

Juntas de expansión Están ubicadas en el tablero y se diseñar para permitir libertad de movimiento rotacional, transnacional y transversal de la superestructura sometida a la acción de la carga viva, así como también por expansión y contracción térmica.

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Generalmente la conforman dispositivos mecánicos encajados entre si o por sellos impermeables formados por laminas y ángulos metálicos ensamblados en una cubierta de neopreno que sirve de protección.

Tipos de Juntas

Juntas Abiertas Permiten el movimiento longitudinal de la superestructura sin provocar acumulación de esfuerzos en las caras de las juntas del tablero y constituyen un medio de salvar la abertura de las mismas.

Juntas de Dedos Son dispositivos metálicos encajados entre sí, entre los daños que se presentan se tienen; el mal drenaje producido por acumulación de residuos, así como golpeteos y desajustes que producen agrietamiento.

Juntas Simples Los daños que estas presentan se tienen el descentramiento y fractura de los bordes si no están protegidos con ángulos metálicos. Además, se pueden presentar acumulaciones de residuos por una junta abierta.

Juntas Cubiertas Tiene la misma función que las anteriores y consiste en un ensamblaje de varios materiales para cubrir la abertura. Si la junta es de plancha deslizante ésta impedirá el paso de materiales a través de ella, pero no así el paso de aguas contaminantes.

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Juntas de Sellos Como su nombre lo indica es un sello impermeable formado por laminas y ángulos metálicos ensamblados en una cubierta de neopreno, que sirve de protección. La parte metálica transfiere las cargas.

Causas de Fallas y Tipos de Problemas en los Puentes

El mismo autor, Muñoz, E. (2012) señala que las principales causas de deterioro de los puentes siempre están relacionadas con: Acción de los elementos naturales. Desgaste de los materiales utilizados. Catástrofes (crecientes e inundaciones). Daños accidentales (impactos). La edad del puente. Falta de mantenimiento. Los problemas en los puentes generalmente se dividen en:

Problemas de Tipo Estructural

Los problemas de tipo estructural son aquellos en los cuales se observa reducción de la capacidad de servicio de la estructura y para los cuales se requiere: 1. Proyecto de medidas de restauración: cuando es necesario restituir el puente a sus condiciones originales de servicio. 2. Proyecto de medidas de reforzamiento: es cuando requiere adecuar la capacidad del puente a las nuevas demandas debido a la insuficiencia en la capacidad de la estructura para soportar las solicitaciones adicionales producidas por incremento de los trenes de carga actuales respecto a los trenes originales de diseño.

Problemas de Tipo Hidráulico

El funcionamiento del puente se ve afectado por la incidencia de factores hidráulicos e hidrológicos que comprometen su estructura, los accesos o protecciones hidráulicas. Se requiere una evaluación detallada de estos aspectos y el diseño de 20

medidas de control que permitan garantizar el adecuado funcionamiento del puente durante el periodo de vida útil restante. Problemas de Tipo Geotécnico

Estos problemas se reflejan en el deterioro o falla de su estructura. Para su solución se practicó un programa exploratorio que identifique adecuadamente las causas de las fallas o deterioro y precise las actividades a ejecutar como medidas de restauración y/o esfuerzo.

Origen de los Problemas en los Puentes

Se hizo un recuento de todos los particulares que pueden incidir en la Evaluación Detallada de una estructura de puente, a fin de seleccionar los particulares a escoger para realizar dicha evaluación. La vida útil de un puente depende de varios factores entre los cuales se pueden citar como más importantes los siguientes: 1.

La naturaleza del material que constituye el puente: concreto ciclópeo,

armado, pretensado, acero, entre otros. 2.

La calidad de los materiales utilizados: concretos normales, livianos,

de alta resistencia, aceros normales, pre-oxidados, entre otros. 3. La falta de severidad en la aplicación de códigos y normas. 4.

Las

disposiciones

constructivas:

separaciones

insuficientes

de

armaduras, recubrimientos pobres, otros. 5.

La calidad de la ejecución: vibración, curado, calidad de soldaduras,

pinturas, impermeabilización, inyecciones de concreto. 6.

El mantenimiento y conservación del puente: aparatos de apoyo, juntas

de dilatación, barandas, drenajes, accesos, otros.

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Acciones Permanentes

Muñoz, E. (2012) La evaluación de las acciones debidas a las cargas permanentes aplicadas a un tablero de puente, incluyendo su peso propio, pueden inducir a errores e imprecisiones a veces inaceptables, Por ejemplo, la utilización convencional de un peso de concreto de 2.400 kg/m3 aceptado por las normas, puede variar sensiblemente si se utilizan agregados pesados como basaltos y otros tipos de materiales. La imprecisión de cargas provenientes de errores de cubicación de la estructura, por desprecio de elementos con peso incidente (diafragmas, separadores intermedios, incremento de espesores por bombeo, entre otros).

Efectos del Tráfico

Muñoz, E. (2012) Los efectos del tráfico son múltiples: incremento de las cargas móviles originales y su forma de aplicación, coeficientes de amplificación dinámica (impacto), fenómenos de fatiga por repetición de cargas, anarquía en la utilización de hombrillos como vía de tránsito, trenes especiales de cargas excepcionales que pueden desplazarse sobre un puente sin la debida autorización y verificación correspondiente. Un caso común es el aumento del impacto por irregularidades, imperfecciones y deterioros de la capa de rodamiento, con su carácter de ampliación dinámica en especial en las juntas de dilatación y en los accesos del puente. Otro componente importante de la acción del tráfico lo constituye el efecto del frenado. Cuando un camión o grupo de camiones frena, se le aplica al tablero una fuerza horizontal que puede ser importante. Este esfuerzo se transmite a los aparatos de apoyo los cuales deben ser concebidos y dimensionados en consecuencia. Si se aplica en los estribos con accesos sin losa de transición pueden llegar a ser muy perjudiciales.

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Efectos de Acciones Naturales

Acción de la Temperatura

Muñoz, E. (2012) El efecto de la temperatura sobre los materiales como la higrometría es bien conocido como una de las causas de fisuración del concreto durante la etapa de endurecimiento después vaciado del concreto. Cuando la armadura de piel no respeta las normas, la fisuración por retracción puede ser importante. El acero es igualmente sensible a la temperatura, pudiéndose constatar una variación continúa del límite de elasticidad y de la resistencia del material y de sus características de ductilidad y de fragilidad. En el cálculo de puentes fueron despreciados durante mucho tiempo los efectos de temperatura, los cuales pueden generar en caso de estructuras hiperestáticas esfuerzos secundarios y fisurasiones importantes. Un caso típico de la influencia de la temperatura ocurre en la construcción de puentes con vigas de acero, cuando estas han sido depositadas antes de la colocación definitiva en posición norte-sur. Se puede producir un fenómeno de alabeo y deformación de las vigas por estar expuestas con una cara al sol y la otra a la sombra. Es conveniente arriostrarlas temporalmente para evitar la deformación. De una manera general, la repartición no uniforme de la temperatura en un tablero de puente depende del espesor y color de su revestimiento y se producen por la incidencia del sol, especialmente en los tableros mixtos de acero-concreto, debido a la diferencia entre la capacidad y conductividad térmica respectivas del acero y del concreto. Los reglamentos actuales para puentes mixtos contemplan una diferencia de temperatura mínima de 10º C.

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Efectos del Viento Muñoz, E. (2012) La acción del viento sobre las estructuras se manifiesta de muchas maneras: desde la desecación del concreto fresco en la superficie hasta la presión dinámica aplicada a las estructuras produciendo eventuales movimientos.

Acciones de Carácter Accidental

Acción Mecánica del Agua

Fratelli, M. (2001) La acción mecánica del agua sobre las estructuras comprende los fenómenos de socavación y abrasión. La socavación alrededor de las pilas de puentes ha sido la principal causa de destrucción de puentes. Hoy en día con las técnicas de fundaciones indirectas profundas (pilotes, barrotes) ha sido controlado este fenómeno. Sin embargo, en los puentes viejos este peligro siempre está presente, cuando no fueron diseñados con fundaciones suficientemente robustas y profundas. Durante las crecientes los cursos de agua cargan sedimentos que en ciertos casos pueden tener un efecto abrasivo sobre las pilas y sus fundaciones. (P.28)

Acción Debida al Sismo

Fratelli, M. (2001) Venezuela está sometida en general a una actividad sísmica periódica, pudiendo llegar a alcanzar violencias apreciables. Las consecuencias de un sismo pueden ser dramáticas cuando la aceleración del suelo sobrepasa 0,3g. Esquemáticamente, un sismo es un desplazamiento impuesto que induce en los diversos componentes de un puente, esfuerzos cuya intensidad será más elevada según el peso y la rigidez del elemento en cuestión. Se ha observado un buen comportamiento en tableros isostáticos cuando no es muy oblicuo, se apoya sobre elementos de neopreno y están debidamente arriostrados a la infraestructura. 24

Uno de los efectos más destructivos y corrientes en la ocurrencia de un sismo fuerte, consiste en el desplazamiento del tablero de su superficie de apoyo, cuando no está debidamente anclado al estribo o a la pila, provocando su caída y destruyendo todo lo que se encuentra por debajo. En el caso de pasos a dos niveles o estructuras elevadas el efecto es catastrófico. Por el contrario, Los colapsos más espectaculares se han producido en puentes hiperestáticos con elementos de ductilidad insuficiente, resultante muy a menudo de una insuficiencia de armaduras transversales y/o de un exceso de las armaduras longitudinales en las zonas trabajando fuera del rango elástico. (P.30)

Degradación de los Materiales

Alteraciones del Concreto

Las estructuras de concreto envejecen adquiriendo con la edad un mayor endurecimiento, dependiendo principalmente de la calidad del cemento y de la dosificación y la relación agua-cemento. Según el Manual Teórico del Hormigón Betón Calender, un concreto de 225 kg/cm2 puede alcanzar con la edad, resistencias entre 140% y 170% de la resistencia a los 28 días. El concreto sufre numerosas agresiones físicas, fisicoquímicas y químicas, cuya intensidad está ligada a la penetración del agua o de gases, siendo ello función de la estructura, de la porosidad y de la permeabilidad del concreto. Los agentes agresivos exteriores alteran las cualidades del concreto si logran penetrarlo y reaccionar con los hidratos del cemento formando compuestos expansivos o solubles.

Acción del Gas Carbónico

Fratelli, M. (2001) El concreto casi siempre en contacto con el aire ambiental está sometido a la acción del gas carbónico, produciéndose una carbonatación cuando 25

dicho gas logra penetrar los poros del concreto. A título informativo mencionamos que la profundidad de penetración de las carbonataciones del orden de 2mm al cabo de un año, de 8mm al cabo de 10 años y de 20 a 25mm al cabo de cincuenta años. La reacción alcalina es particularmente peligrosa porque afecta al concreto en su masa. Se produce de una manera compleja y heterogénea, conduciendo a la formación de gelatinas y cristales más o menos hinchables, conteniendo esencialmente silicatos alcalinos que pueden provocar la fisuración del concreto. Los principales síntomas son grandes manchas con contornos poligonales característicos, la formación de cráteres y la exudación de calcita o gelatinas blancuzcas, endurecidas por el aire. Reacciones sulfáticas Esquemáticamente, las reacciones sulfáticas son provocadas por la acción de los sulfatos provenientes del medio ambiente, pero pueden provenir también por la liberación progresiva debidas a reacciones internas del material, provocando la expansión del concreto alterando sus características mecánicas. Las reacciones sulfáticas mas corrientes son provocadas por la agresión de sulfatos exteriores, los cuales se encuentran corrientemente en la naturaleza: acción de aguas subterráneas sulfatadas (aguas selenitosas) acción del agua de mar (conteniendo 2,2 g/l de MgSO 4) acción de terraplenes o de suelos conteniendo sulfatos acción de lluvias ácidas con dióxido de azufre contenido en la atmósfera. Esta reacción comienza por la superficie penetrando poco a poco hacia el interior del material con una velocidad en función de la permeabilidad del concreto. La sulfatación provoca fisuras del material bajo el efecto de hinchazón y en casos graves provoca una apariencia como de una podredumbre. Acción del agua de mar El agua de mar es probablemente uno de los medios más agresivos que puede atacar al concreto. Su ataque es el resultado de la reacción más o menos simultánea entre los sulfatos, los cloruros y los constituyentes del cemento. El concreto se hincha y luego comienza la figuración, comenzandoel ataque en la superficie para penetrar luego hacia el interior del elemento. Las zonas más atacadas son las que están sometidas a mareas, porque a las agresiones de origen químico se añaden las acciones mecánicas 26

de las olas, las cuales desprenden las partes enfermas del concreto. En contraposición, en las plataformas costa-afuera se ha observado que los concretos sumergidos no presentan síntomas patológicos, por estar al abrigo del aire. (P.68)

Degradación de Origen Físico

Fratelli, M. (2001) Desde el punto de vista físico es importante mencionar que el concreto es un material hidráulico y poroso y por lo tanto sujeto a fenómenos que tienen su base en el comportamiento del agua contenida en su seno y a los cambios de agua con el medio ambiente.

Retracción El concreto puede presentar degradaciones cuya causa es la retracción, la cual es un fenómeno físico-químico que existe sistemáticamente en el seno del concreto y que se desarrolla después del vaciado y hasta su envejecimiento. El síntoma característico durante la acción de la retracción es la formación de fisuras generalmente multi-direccionales. Para identificar la existencia de fisuras de retracción, lo más importante es saber con precisión el momento de su aparición, después su morfología y luego su extensión. Cronológicamente aparece una a dos horas después del vaciado, pudiendo aparecer también después del desencofrado por desecación del concreto. La calidad del curado y la colocación de armaduras de piel sirven para repartir las fisuras de retracción, siendo la temperatura y la humedad relativa del medio ambiente factores que intervienen en el desarrollo de dichas fisuras. La rata de corrosión más elevada se observa en las capas superficiales de piezas de concreto sometidas alternativamente a sequedad y humedad. En el interior del concreto la renovación del oxígeno se dificulta por lo cual la hinchazón de la herrumbre puede estar limitada y no se observa ninguna fisuración aparente, tal fenómeno puede ser muy peligroso por debilitarse las propiedades del acero sin que 27

pueda ser observado. La penetración de los agentes agresivos depende directamente de la permeabilidad del concreto. En la fase de fraguado del concreto se desarrollan micro fisuras en las zonas de contacto entre los agregados y la pasta de cemento. Después bajo el efecto de las acciones y deformaciones de origen estructural, la fisuración se va ampliando y la permeabilidad a la humedad, al oxígeno y a los agentes agresivos aumenta. El recubrimiento contribuye a garantizar la durabilidad de la estructura a condición de que su espesor sea suficiente.

Abrasión y Erosión Los fenómenos de abrasión y erosión se encuentran esencialmente en las estructuras en contacto con intensa circulación de agua como en las pilasde puente y también en elementos estructurales con cargas mecánicas repetitivas como la calzada.

Corrosión del Acero Bajo la acción de agentes atmosféricos o de reactivos químicos, el acero se corroe, es decir, tiende a volver a su estado original en forma de óxidos, sulfuros, carbonatos, etc. sufriendo una deterioración de sus propiedades. Un acero ordinario dejado sin protección especial al aire libre, se cubre de una capa de óxido constituyendo lo que se llama herrumbre. Esta herrumbre posee un volumen muy superior al del acero que se forma (hasta 6 veces en algunos casos) y se va adhiriendo más y más con detrimento del material sano, jugando un papel muy principal el oxígeno y el agua. La polución atmosférica en sitios urbanos contribuye a la aceleración del proceso de corrosión. Los agentes agresivos más corrientes son el anhídrido sulfúrico (producto de las combustiones domésticas e industriales) y los cloruros de litio, calcio y magnesio. La temperatura juega un papel determinante en la aceleración del proceso químico de oxidación: por ejemplo. Un aumento de 10º C dobla la velocidad de reacción. Una atención particular debe observarse en obras situadas en atmósferas marinas, pues el proceso de corrosión se desarrolla en una delgada capa de electrolito 28

en la superficie del acero, debido a los cloruros marinos en solución, y esta capa no impide la difusión del oxígeno. La corrosión de las armaduras pasivas en obras de concreto armado resulta un proceso complejo en el cual intervienen a la vez factores químicos, físicos y mecánicos. La importante hinchazón resultante del paso del acero al estado de herrumbre produce un estallido del concreto de recubrimiento, mientras que la sección resistente de las armaduras disminuye. De hecho, la ductilidad y su resistencia a la fatiga son propiedades mucho más sensibles a la corrosión que su capacidad resistente, pudiendo producirse una disminución sustancial de su diámetro. La rata de corrosión más elevada se observa en las capas superficiales de piezas de concreto sometidas alternativamente a sequedad y humedad. En el interior del concreto la renovación del oxígeno se dificulta por lo cual la hinchazón de la herrumbre puede estar limitada y no se observa ninguna fisuración aparente, tal fenómeno puede ser muy peligroso por debilitarse las propiedades del acero sin que pueda ser observado. La penetración de los agentes agresivos depende directamente de la permeabilidad del concreto. En la fase de fraguado del concreto se desarrollan micro fisuras en las zonas de contacto entre los agregados y la pasta de cemento. Después bajo el efecto de las acciones y deformaciones de origen estructural, la fisuración se va ampliando y la permeabilidad a la humedad, al oxígeno y a los agentes agresivos aumenta. El recubrimiento contribuye a garantizar la durabilidad de la estructura a condición de que su espesor sea suficiente.

La Fatiga en Puentes Carreteros

Tanner, P. (1996). Las acciones debidas al tráfico carretero no inducen nunca variaciones de amplitud constante, sino ciclos de intensidad y frecuencia variables. Los puentes de concreto son más susceptibles de dañarse por fatiga cuando están sometidos a deformaciones fluctuantes, por degradación de la adherencia entre el concreto y las armaduras. Este deterioro se traduce en una degradación de la adherencia entre el concreto y el acero, con la aparición de fisuras que pueden afectar 29

la vida útil del puente por deformaciones irreversibles bajo los efectos de las cargas de servicio. La cuantía del daño depende de factores tales como el número e intensidad de los ciclos de carga, la variación de las cargas aplicadas y del grado de micro-fisuración. Las experiencias hechas hasta hoy en tableros de concreto no fisurados no muestran en general síntomas de fatiga importante.

Puentes de Sección Compuesta

Un caso particular lo constituyen los puentes mixtos, o sea, aquellos que están conformados por una losa de concreto armado apoyada sobre vigas de acero, constituyendo una estructura monolítica con respecto a las solicitaciones a flexión, esfuerzos cortantes y torsión. De hecho, cuando la conexión entre la losa y las vigas no ha sido correctamente ejecutada, se desarrollan fisuras en el concreto que rodea los conectores, debido a retracción y fluencia en la edad temprana del concreto o por la corrosión del conector. Cuando las fisuras no sobrepasan de 0,1 a 0,2 mm. de espesor no son preocupantes.

Juntas de Dilatación

Los puentes ya sean de concreto armado, de concreto pretensado o de acero sufren variaciones de temperatura las cuales afectan principalmente la longitud de la estructura, modificando la longitud del puente. También el tráfico puede provocar desplazamientos por efecto del frenado, rotaciones por efecto de las cargas sobre las vigas y en regiones sísmicas deben considerarse desplazamientos por efectos sísmicos. Cuando los puentes son pequeños (menores de 15), las variaciones de longitud por temperatura son mínimas y pueden ser despreciadas. Por el contrario, cuando las luces sobrepasan los 15 a 20 metros, es indispensable separar el tablero de los apoyos mediante una junta de dilatación, para garantizar la libre dilatación de la

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estructura. Se debe considerar una junta en cada extremo del puente e intermedias si las luces son isostáticas. Para evitar que partes de la estructura pueda estar sometidas a la acción del agua, las juntas deben ser estancas, no deben presentar brincos o saltos que puedan introducir efectos dinámicos en los elementos concurrentes y deben ser suaves al paso para confort de los usuarios de puente. Existe una gran variedad en tipos y diseños de juntas metálicas, las cuales no son objeto de este capítulo, pero si cabe mencionar que el primer elemento que se daña en un puente es invariablemente es la junta de dilatación.

Reparación de Puentes

Crespo, C (2013) Antes de realizar la reparación de un puente que presenta degradaciones en el concreto, es indispensable proceder primero a diagnosticar y determinar las causas. Es importante escoger el método de reparación y los materiales a utilizar, los cuales son función de la naturaleza de los desórdenes constatados. Tratamiento de Superficies Dañadas

Concreto y Armaduras

Crespo, C (2013) Es indispensable eliminar todas las partes de concreto que estén sueltas. Se trata de las partes dañadas, parcialmente sueltas, porosas, así como aquellas que presentan una apariencia sana pero que suenan huecas al golpe de martillo. La delimitación de las zonas a reparar no es fácil, es un problema de buscar los sitios donde el concreto que rodea a las cabillas sobre todo en las corroídas esté dañado, luego habría que escoger entre la simple extracción del concreto no adherido o la limpieza a fondo dejando los aceros al desnudo. Se puede establecer como regla general que el concreto bueno es aquel que no se puede retirar por medios manuales.

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Se aconseja limpiar completamente la periferia de las armaduras en una longitud suficiente hasta que aparezcan los extremos sanos, con una separación mínima entre las armaduras alrededor de su periferia y el soporte de concreto de 2.00 cms. mínimo. Los bordes de la zona a reparar deben estar francos y tallados casi perpendiculares, a fin de evitar que al añadir material nuevo quede de espesor muy delgado y termine por despegarse. Existen hoy en día una gran variedad de técnicas para eliminar el concreto degradado. Cuando el concreto a eliminar tiene un espesor grande o es casi total, la hidro-demolición es la técnica más eficaz y menos traumatizante para el soporte, pero es costosa y presenta ciertos riesgos para el personal por las altas presiones del agua (de 500 a 2.000 kg/cm2). El recurso de fracturar el concreto con martillos neumáticos o eléctricos es desaconsejable y poco recomendable, pues provoca a menudo la microfisuración del soporte. Cuando debe eliminarse concreto de la superficie, la limpieza con chorro de arena o agua a alta presión son técnicas que permiten obtener excelente soporte.

Preparación de la Base

Limpieza de la Superficie

Crespo, C (2013) La limpieza de la superficie es indispensable y varía según la técnica de preparación de superficie anteriormente empleada. Es necesario obtener una superficie limpia de polvo, eliminando los pequeños escombros dejados en el sitio y las grasas que puedan subsistir después de la eliminación del concreto dañado, etc. El método de limpieza debe ser compatible con el producto de reparación que será colocado posteriormente. En el caso más corriente la limpieza se realiza por lavado con agua bajo presión. Cuando los productos de reparación no pueden ser colocados sobre un soporte húmedo es importante eliminar el exceso de agua por aspiración o evaporación natural. 32

Humidificación de la Superficie

Después de la limpieza y salvo el caso donde el producto de reparación exija su aplicación al seco, se aconseja a menudo humedecer el paramento de concreto para facilitar la adherencia de los productos de restauración a base de agua. El objeto es evitar la desecación de la capa de reparación en contacto con la superficie de soporte disminuyendo su adherencia. La humidificación puede hacerse regando el agua con mangueras para que la zona a reparar quede suficientemente húmeda de agua pero sin saturación.

Protección y Reemplazo de Armaduras

Cuando se reparan estructuras de concreto armado con aceros que han comenzado el proceso de corrosión, es indispensable asegurar una protección a los aceros o remplazarlos por aceros nuevos si están gravemente corroídos. Los criterios para optar por una protección o una sustitución son difíciles de precisar y debe ser determinada de acuerdo a la extensión de la corrosión o a la pérdida de sección de las cabillas. Cuando las cabillas no presentan sino una ligera herrumbre, la reparación debe asegurar una protección durable de los aceros. En la mayor parte de los casos, su protección puede ser lograda por la aplicación de una capa de producto de reparación de espesor suficiente, siempre que el producto tenga una alcalinidad próxima a la del cemento y que su porosidad sea débil. Preferentemente, deben aplicarse dos capas de resinas epóxicas que contengan inhibidores de corrosión a base de sales de zinc (cromato de zinc). Cuando las cabillas presentan una herrumbre avanzada con graves trazas de corrosión, éstas deben ser desembarazadas de todo lo que pueda impedir su adherencia al concreto. Su limpieza es indispensable y puede ser realizada por chorro de arena o con cepillo metálico, según la amplitud del trabajo y dejando el acero completamente pulido. Si un porcentaje importante de la sección de acero ha 33

desaparecido por corrosión, es posible que sea necesario el reemplazo por cabillas nuevas. En este caso cuando las longitudes de recubrimiento son insuficientes, es necesario soldar las nuevas armaduras a las existentes que estén en buen estado. Reparación con vaciado de concreto En ciertos casos cuando la reparación a efectuar es grande, con espesores de 5 a 10 cms. o mayores, puede ocurrir que en lugar de una simple capa de concreto a añadir, sea necesario agregar una cantidad sustancial de material, para lo cual se hace indispensable hacerlo mediante vaciado del mortero o concreto en sitio. Para proceder a este tipo de reparación es necesario ejecutar un encofrado estanco alrededor del elemento en cuestión, encofrado el cual deberá tener no solo una parte abocinada para facilitar el vaciado, sino también se deberá evitarse la formación de bolsas de aire y la segregación del material vaciado. La vibración del concreto en este caso es indispensable.

Materiales de Reparación Existen en la actualidad una cantidad de productos de reparación que pueden agruparse en tres categorías: (a) productos a base de aglutinantes hidráulicas (cementos), (b) productos a base de resinas de síntesis, (c) productos mixtos a base de cementos y de polímeros orgánicos reactivos.

Productos Minerales

Son productos compatibles con los medios húmedos, y se presentan en forma de solución ó suspensión en agua: 1. Morteros de cemento, son utilizados como productos de inyección, fabricados a base de cementos especiales. 2. Morteros y pastas modificadas, son utilizados para tratamiento de superficies y para tapar grietas, son mezclas a base de aglutinantes hidráulicos.

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Productos Orgánicos

Son clasificados como productos orgánicos o sintéticos. Existen un gran número de productos, sub-productos y derivados de este tipo: 1. Resinas epóxicas, son productos de dos componentes, suministrados pre-dosificados para mezclarse en el momento de su empleo. 2. Resinas poliésteres, son productos en solución en un diluyente reactivo el cual se actuar con la ayuda de un acelerador. 3. Los poliuretanos, son productos mono o bi-componentes ávidos de humedad. Reaccionan casi instantáneamente con el agua, pudiendo lograrse todos los grados de dureza. También son utilizados por sus propiedades elásticas. 4.

Los acrílicos, se presentan en general como bi- o tricomponentes.

Siendo poco empleados en el tratamiento de fisuras, presentan el interés de hincharse en presencia del agua por lo cual pueden ser inyectados en fisuras filtrantes. 5. Los silicones son productos suministrados en forma de tubos y son mono-componentes. Reaccionan con la humedad ambiente y deben ser aplicados en seco. Son útiles para tapar hendijas y grietas. Refuerzo de Estructuras con Láminas Metálicas

Después de la 2ª guerra mundial han aparecido materiales adhesivos con propiedades adherentes importantes y de muy buena resistencia mecánica, los cuales son utilizables en el campo de la ingeniería civil para la reparación de estructuras. Este tipo de refuerzo consiste en arreglar insuficiencias locales en estructuras de concreto, con láminas o chapas de acero pegadas firmemente a la superficie del concreto donde existen fisuras y por lo tanto una disminución de la capacidad portante del elemento en cuestión. Su efectividad ha sido comprobada en ensayos de laboratorio, sin embargo esta es una técnica muy nueva la cual deberá esperar un tiempo prudencial antes de poder aplicarla en el país.

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Dimensionamiento del Refuerzo

Se han presentado numerosas soluciones analíticas a fin de determinar los esfuerzos a los cuales estará sometida la película de pegamento. La solución exacta del comportamiento elástico de los materiales es muy difícil de obtener, pero un conjunto de hipótesis simplificadas para obtener una solución aproximada si ha sido posible. En algunos casos particulares la sección de chapa necesaria ha sido superior al espesor normal de chapa la cual varía entre 3 y 5 mm. Por esta razón ha sido necesario recurrir al procedimiento de superponer varias chapas pegadas. A través de ensayos se ha podido demostrar que en caso de dos laminas superpuestas de igual sección, la más próxima al concreto absorbe 2/3 del esfuerzo. En el caso de tres láminas la más próxima absorbe la mitad y las otras dos se reparten la otra mitad.

Tecnología de la Operación de Colocación

El refuerzo por pegamento de armaduras externas se aplica principalmente a estructuras de concreto armado. Hay condiciones imperativas que deben ser logradas para un buen éxito en la operación de reparación o de refuerzo. La primera condición consiste en asegurar que la estructura es susceptible a recibir este tipo de refuerzo. El análisis del estado de la estructura, de los materiales en sitio es imprescindible, así como la seguridad que los paramentos de concreto pueden recibir la preparación de superficie necesaria para una adherencia eficaz. La cola o pegamento es en general una resina epóxica escogida por sus propiedades de adherencia entre el concreto y el acero. El tiempo de polimerización de las resinas epóxicas depende de la temperatura ambiente. Su escogencia depende también de las condiciones ulteriores de medio ambiente (natural o industrial). El acero de refuerzo estará constituido por chapas de acero correspondiendo a ciertas normas y características, siendo el espesor de 3 a 5 mm. Para garantizar la adherencia entre el acero y la cola, las chapas deben ser sometidas en fábrica a su 36

corte, a pre-ensamblaje, a rebatir las aristas y en fin a limpieza con chorro de arena. Debe asegurarse la protección de la cara visible contra la corrosión. Los dispositivos de presión para pegar las chapas deben ser estudiados cuidadosamente a fin de garantizar una presión suficiente durante toda la polimerización de la pega.

Corrosión en Estructuras y Puentes

En la vida diaria con frecuencia se considera a la corrosión de los metales como algo molesto que debemos prevenir y evitar sopena de tener que desechar nuestros utensilios o bien tener que limpiarlos o pintarlos frecuentemente para que puedan darnos servicio durante un poco más de tiempo. Se cuida sobre todo los objetos expuestos al medio ambiente, principalmente cuando este corresponde a un clima húmedo y cálido. Sin embargo, hay que aclarar que, la corrosión, no es un hecho trivial, sino que, a nivel mundial, viene a ser uno de los fenómenos más trascendentales en la economía de toda sociedad humana. La corrosión es un proceso electroquímico natural en el cual la energía ganada en la conversión del hierro en acero es liberada en forma de corriente directa. La combinación de los iones de hierro con el electrolito en el ánodo produce la corrosión de los productos que pueden llegar a ocupar 7 veces más volumen que el acero original. En estructuras de concreto reforzado, el electrolito es cloruro en agua y los ánodos del acero reforzado corroen. Generalmente, el deterioro en puentes de concreto y estructuras es causado por iones de cloruros que se presentan en muchas sustancias químicas. Los iones impregnan el concreto y eventualmente llegan hasta el acero reforzado, donde crean condiciones que provocan la corrosión del acero, que luego procede a arruinar el concreto. La corrosión se manifiesta de diferentes formas y en casi todos los sectores de la actividad humana.

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Está presente y debe ser controlada en áreas tan diversas como la medicina, en los trasplantes ortopédicos o en la odontología, en la construcción civil y en la prospección, exploración y distribución de petróleo, gas y sus derivados. Buscando disminuir los riesgos de deterioración de equipos o la interferencia de productos de corrosión en las reacciones, prácticamente todos los sectores, en algún momento, tienen la necesidad de seguir una especificación adecuada para los materiales. La experiencia demuestra que entre el 20 y el 25% de las pérdidas por corrosión podrían ser evitadas mediante la aplicación de las tecnologías conocidas en el campo de la protección contra la corrosión. La utilización de los recursos existentes podría solucionar los problemas en la mayor parte de los casos. El control de la corrosión es las estructuras de los puentes puede prevenir su prematura quiebra y aumentar su servicio útil; estos dos ítems harían ahorrar dinero y recursos naturales, y promover la seguridad pública. La realidad es que el inicio de la corrosión en las estructuras metálicas es observable con toda claridad y permite tomar medidas oportunas mientras que en las estructuras de concreto el fenómeno permanece encubierto y cuando se descubre el daño, muchas veces, ya es irreparable. En los puentes para la evaluación de los aspectos de cantidad de deterioro se utiliza notación en números y para gravedad de deterioro se toma notación de letras, estos dos aspectos con sus notaciones se pueden combinar con una matriz de orden de 3 x 3 que se señala a continuación, cuyos elementos simbólicos reúnen en si las dimensiones de la observación, generan la apreciación del grado de deterioro de la estructura y entre paréntesis la categoría de deterioro.

Categoría I de deterioro: Corresponde al estado de un puente que se encuentra en buenas condiciones, no precisa de reparación, pero si de un plan de mantenimiento integral.

Categoría II de deterioro:Corresponde al estado de un puente que presenta daños que ameritan reparación que no es urgente, además de un plan de mantenimiento integral. 38

Necesitan de practicarles una evaluación comprobatoria para dilucidar y establecer de manera definitiva el alcance de la importancia de los daños y hacer las recomendaciones pertinentes, de confirmarse la valuación especial se efectuaron oportunamente las necesarias reparaciones de la obra.

Categoría III de deterioro: Los puentes de esta categoría presentan daños graves y se han de reparar con carácter de emergencia de acuerdo al siguiente esquema metodológico: (a) Se debe hacer una evaluación de emergencia que especificará medidas inmediatas o un plan de emergencia para evitar el inminente colapso. (b) Se debe practicar una evaluación detallada comprobatoria de las capacidades y demandas de los diferentes elementos del puente. (c) De los resultados definitivos de la evaluación comprobatoria se procederá un hacer o no un Proyecto de Rehabilitación del Puente.

Río

Es una corriente natural de agua que fluye con continuidad. Posee un caudal determinado y desemboca en el mar, en un lago o en otro río, en cuyo caso se denomina afluente. La parte final de un río es su desembocadura. Las variaciones del caudal las define el régimen hidrológico, estas variaciones temporales se dan durante o después de las tormentas. En casos extremos se puede producir la crecida cuando el aporte de agua es mayor que la capacidad del río para evacuarla, desbordándose y cubriendo las zonas llanas próximas. El agua que circula bajo tierra (caudal basal) tarda mucho más en alimentar el caudal del río y puede llegar a él en días, semanas o meses después de la lluvia que generó la escorrentía. Los desbordamientos en los tramos bajos de las corrientes naturales donde la pendiente del cauce es pequeña y la capacidad de transporte de sedimentos es reducida, puede provocar inundaciones, las cuales pueden traer consecuencias socioeconómicas graves en la medida que afecten asentamientos 39

humanos, centros de producción agrícola o industrial e infraestructura vial. (Pineda, L 2011, p.12) Para controlar el nivel máximo dentro de la llanura de inundación, se deben colocar protecciones, entre las alternativas de obras de defensas fluviales se puede mencionar: Limpieza y rectificación del cauce, obras de canalización, obras de abovedamiento, entre otras. Suelo Se denomina suelo a la parte superficial de la corteza terrestre, biológicamente activa, que proviene de la desintegración o alteración física y química de las rocas y de los residuos de las actividades de seres vivos que se asientan sobre ella. Según Badillo. J. (2014) “Es común creencia la de que el suelo es un agregado de partículas orgánicas e inorgánicas, no sujetas a ninguna organización. Pero en realidad se trata de un conjunto con organización definida y propiedades que varían “vectorialmente”. En la dirección vertical generalmente sus propiedades cambian mucho más rápidamente que en la horizontal” (p13).Los suelos son sistemas complejos donde ocurren una vasta gama de procesos físicos y biológicos que se ven reflejados en la gran variedad de suelos existentes en la tierra. Son muchos los procesos que pueden contribuir a crear un suelo particular, algunos de estos son: la deposición eólica, sedimentación en cursos de agua, meteorización, y deposición de material orgánico.

Propiedades Geotécnicas del Suelo

Las propiedades geotécnicas del suelo juegan un papel importante en cualquier proyecto de construcción que involucre edificios, carreteras o estructuras de barro, como las presas y diques. Según Berry. P. (1993):”En general, el suelo es un material trifásico constituido por el esqueleto de partículas sólidas rodeado por espacio llenos de agua y aire. Para poder describir completamente las características de un depósito de suelo es necesario expresar la mezcla de sólidos, agua y aire en términos de algunas propiedades estándar” (p.38). Estos proyectos usan el suelo 40

como material de ingeniería en términos de su capacidad para llevar el peso y soportar las estructuras de apoyo. Las propiedades geotécnicas de los suelos involucran a las características físicas y químicas que componen el entorno de un suelo Características del Suelo

Las características que conforman un ambiente particular del suelo se originan en los tipos de rocas procedentes del mismo. Las formas del suelo como la meteorización de los efectos del viento y la lluvia, desgastan en formaciones rocosas existentes hasta el punto donde las partículas finas de minerales y fragmentos de roca permanecerán. Con el tiempo, el suelo, el agua, el aire y los materiales orgánicos de plantas y animales descompuestos se combinan para crear una estructura de suelo y una textura. Según González, L. (2004).

La cohesión también depende de los tipos de partículas que componen el suelo, que puede aparecer como partículas minerales de arena, limo, arcilla o una multa. Las propiedades geotécnicas de un medio ambiente tienen que ver con la estructura mecánica del suelo, que determina cómo se mueve cuando el peso adicional se aplica (p.49).

Granulometría de los Suelos

La granulometría se refiere a las proporciones relativas en que se encuentra las diferentes partículas minerales del suelo (grava, arena, limo y arcilla) expresada con base al peso seco del suelo (en porcentaje) después de la destrucción de los agregados. Según Lambe, W. (2013): “La granulometría estudia la distribución de las partículas que conforman un suelo según su tamaño, lo cual ofrece un criterio obvio para una clasificación descriptiva” (p.18). La variedad del tamaño de las partículas casi es limitada.

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Tipos de Suelos

Grava En geología y en construcción, se denomina grava a las rocas de tamaño comprendido entre 2 y 64 milímetros. Pueden ser producidas por el ser humano, en cuyo caso suele denominarse piedra partida o caliza, o resultado de procesos naturales, además, suele suceder que el desgaste natural producido por el movimiento en los lechos de ríos haya generado formas redondeadas, que se conoce como canto rodado. Existen también casos de gravas naturales que no son cantos rodados.

Arena

La arena es un conjunto de partículas de rocas disgregadas. En geología se denomina arena al material compuesto de partículas cuyo tamaño varía entre 0,063 y 2 milímetros (mm). Una partícula individual dentro de este rango es llamada grano de arena. Una roca consolidada y compuesta por estas partículas se denomina arenisca (o psamita).

Limo

El limo es un sedimento clástico incoherente transportado en suspensión por los ríos y por el viento, que se deposita en el lecho de los cursos de agua o sobre los terrenos que han sido inundados. Para que se clasifique como tal, el diámetro de las partículas de limo varía de 0,0039 mm a 0,0625 mm. Los suelos limosos suelen presentarse junto a los lechos de los ríos y son muy fértiles por la cantidad de minerales arrastrados por la corriente.

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Arcilla

La arcilla es un suelo o roca sedimentaria constituida por agregados de silicatos de aluminio hidratados, procedentes de la descomposición de rocas que contienen feldespato, como el granito. Presenta diversas coloraciones según las impurezas que contiene, desde el rojo anaranjado hasta el blanco cuando es pura. Físicamente se considera un coloide, de partículas extremadamente pequeñas y superficie lisa. El diámetro de las partículas de la arcilla es inferior a 0,002 mm. En la fracción textural arcilla puede haber partículas no minerales, los fitolitos. Químicamente es un silicato hidratado de alúmina, cuya fórmula es: Al2O3· 2SiO2 · H2O. Se caracteriza por adquirir plasticidad al ser mezclada con agua, y también sonoridad y dureza al calentarla por encima de 800 °C. La arcilla endurecida mediante la acción del fuego fue la primera cerámica elaborada por los seres humanos, y aún es uno de los materiales más baratos y de uso más amplio.

Materia Orgánica

La materia orgánica que contiene el suelo procede tanto de la descomposición de los seres vivos que mueren sobre ella, como de la actividad biológica de los organismos vivos que contiene: lombrices, insectos de todo tipo, microorganismos, entre otros. La descomposición de estos restos y residuos metabólicos da origen a lo que se denomina humus. En la composición del humus se encuentra un complejo de macromoléculas en estado coloidal constituido por proteínas, azúcares, ácidos orgánicos, minerales, entre otros, en constante estado de degradación y síntesis. El humus, por tanto, abarca un conjunto de sustancias de origen muy diverso, que desarrollan un papel de importancia capital en la fertilidad, conservación y presencia de vida en los suelos.

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Clasificación de los Suelos Según Lambe, W. (2013) “En el comienzo de la investigación de las propiedades de los suelos se creyó que las propiedades mecánicas dependían directamente de la distribución de las partículas constituyentes según su tamaño, al pasar de los años y con diversos estudios, se determinó que los suelos están constituidos de diversos fragmentos de partículas, por lo que fueron clasificados en distintos tipos de suelos” (p.34).

Suelos de Grano Grueso

Estos suelos están constituidos de partículas con textura granular compuestas de fragmentos de roca y mineral. De acuerdo al sistema de clasificación unificado estas partículas tienen un tamaño comprendido entre 75 y 0.075 mm, que corresponde al tamaño de la grava y arena. Aunque en su mayoría contienen partículas mayores a 0.075 mm también contienen material fino en pequeña cantidad, como conjunto estos suelos tienen mayor resistencia a la erosión. Debido al tamaño de las partículas y la forma granular que presentan estos suelos, fácilmente puede clasificarse los distintos tamaños de las partículas que lo constituyen mediante tamices con diferentes aberturas. A este análisis se lo llama: análisis granulométrico del suelo.

Suelos de Grano Fino

Los suelos finos están constituidos de partículas compuestas de fragmentos diminutos de roca, minerales y minerales de arcilla, con textura granular y en hojuelas. De acuerdo al sistema de clasificación unificado estas partículas tienen un tamaño inferior a 0.075 mm, que corresponden a la categoría del limo y la arcilla, por

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lo que toda fracción de suelo que pasa el tamiz Nro. 200 es considerado como suelo fino.

Patologías Estructurales

Se ha designado como Patología Estructural, el campo de la Ingeniería en Edificaciones que estudia los orígenes, formas manifiestas, consecuencias y mecanismos de ocurrencia de fallas y sistemas de daños en las estructuras. También es parte de ella el área de la Ingeniería que trata patologías, incluyendo sistemas, mecanismos, causas y orígenes de fallas en obras civiles, es decir estudia las partes que componen el diagnóstico del problema. Las patologías estructurales que se presentan en los puentes varían en intensidad e incidencia, provocando muchas veces altos gastos de reparación, En un aspecto similar, siempre existirán consideraciones estéticas y, a menudo, reducciones de la capacidad de resistencia, a veces conduciendo a una parcial o total falla estructural. Dado el constante aumento de situaciones de patología estructural, se ha investigado en esta área, no sólo en busca de la sistematización patológica, sino que también en el fomento de nuevos conceptos tecnológicos. Algunos nuevos conceptos, no tan difundidos sino hasta hace poco, son el rendimiento, durabilidad, entorno, conformidad, ciclo de vida útil y mantención.(Raina, 2003, p.23). Es posible definir el ciclo de vida material, como el período durante el cual sus características químicas y físicas permanecen sobre los límites mínimos especificados para su función. El ciclo de vida, puede ser extendido en forma significativa con un adecuado programa de mantención estructural. El estudio de la patología estructural involucra el análisis detallado del problema, describiendo sus causas, formas manifiestas, mecanismos de ocurrencia, mantención estructural y profilaxis. Con una correcta estimación del caso, es posible que el profesional involucrado pueda definir una de las cuatro medidas terapéuticas para un caso de condición patológica.

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Fenómeno de Fatiga

Mientras que un elemento de concreto puede estar seguro contra el colapso (estado límite último), deformaciones excesivas pueden presentarse debido al daño progresivo provocado por cargas de fatiga (Rao, 2004). Una de las consecuencias de estas deformaciones excesivas es el agrietamiento, el cual es uno de los más importantes límites de serviciabilidad considerados en el diseño de elementos de concreto reforzado. El crecimiento progresivo de la grieta bajo cargas cíclicas influye en el comportamiento del elemento, provocando cambios significativos en las propiedades mecánicas de los materiales que lo componen (resistencia, dureza, rigidez, etc.) que finalmente pueden llevarlo al colapso (Carpinteri, 2004), el daño progresivo por fatiga también es también indicado por la reducción de la pendiente de la curva esfuerzo deformación conforme se incrementa el número de ciclos de carga, además del micro agrietamiento, la carga de fatiga causa cambios en la estructura de poro de la pasta de cemento del concreto. Es importante hacer notar que en concreto reforzado el problema es todavía más complejo, ya que una vez que una grieta se ha abierto durante la carga de fatiga, la perdida de agregado puede impedir que la grieta se cierre, además, en este material heterogéneo, la interacción entre el concreto y el acero debe ser considerada.

Corrosión Principal Problema que afecta a los Puentes

El hormigón reforzado con barras de acero, usado en la construcción de puentes, es susceptible a la corrosión sobre todo en la "cubierta", que es la porción más alta del puente y que se usa como superficie de circulación. Las barras de acero que refuerzan al hormigón armado en la superficie de rodamiento del puente están expuestas a la acción de la sal utilizada como descongelante de la pista, ya que se filtra a través de las grietas del pavimento. 46

Por ello, la superficie de rodamiento tiene que ser reemplazada cada 20 ó 30 años. A medida que las barras de acero que refuerzan el hormigón se corroen, se dilatan, produciendo la ruptura de pedazos de hormigón que se disgregan de la superficie de rodamiento del puente. Esto ocasiona riesgos para el tránsito de vehículos y una tendencia a aumentar la exposición de los componentes subyacentes del puente a la sal esparcida en la pista, lo que produce más corrosión. El agua salada en el acero contenido tanto en la porción superior como en la inferior de la superficie de rodamiento, hace actuar a estos niveles, respectivamente, como los polos negativo y positivo de una batería. Este efecto de batería acelera la corrosión en la superficie de rodamiento del puente. Una de las soluciones que se han propuesto es reemplazar el acero en el hormigón armado de la porción superior de la superficie con barras de polímero reforzadas con fibra, con lo que se eliminaría uno de los polos y se cancela el efecto.

Ensayos no Destructivos para Determinar la Calidad de Soldadura en Estructuras de Acero

Corredor, G. (1977) Los ensayos no destructivos permiten controlar la calidad de las estructuras soldadas sin destruirlas ni alterar su capacidad de servicio. En la actualidad se dispone de una gran variedad de técnicas y aparatos de ensayo que permiten obtener información muy efectiva sobre la seguridad de las soldaduras. Las técnicas suelen ser más recomendables que los ensayos destructivos, particularmente cuando se trata de controlar unidades soldadas de gran tamaño y elevado costo, para el estudio solo citaremos tres tipos de ensayos:

Inspección Mediante LíquidoPenetrante

Con esta técnica se detectan defectos superficiales mediante el empleo de líquidos coloreados de gran fluidez. Estos líquidos penetran fácilmente en los 47

defectos superficiales, por una acción de capilaridad. La aplicación posterior de un revelador adecuado extrae el líquido coloreado de las cavidades en la que se encontraba, localizando el defecto y perfilando el contorno del mismo.

Corrientes Inducidas

Esta técnica utiliza la energía electromagnética para detectar discontinuidades en los depósitos de las soldaduras. Es un método efectivo para localizar porosidades, inclusiones de escorias, fisuras internas, externas y altas de fusión, en materiales férricos y no férricos.

Inspección Radiográfica

Es una técnica para determinar la calidad de la soldadura por medio de radiaciones capaces de penetrar a través de los materiales. Los rayos X ylos rayos gamma son dos tipos de radiaciones electromagnéticas utilizadas para penetrar materiales opacos. Situada una película sensible a la parte posterior de la soldadura se obtiene un registro permanente de la estructura interna de la misma.

Bases Legales

Constitución de la República Bolivariana de Venezuela (2000) Capítulo VII De los Derechos Económicos Artículo 117. Todas las personas tendrán derecho a disponer de bienes y servicios de calidad, así como a una información adecuada y no engañosa sobre el contenido y características de los productos y servicios que consumen, a la libertad de elección y a un trato equitativo y digno. La ley establecerá los mecanismos necesarios para garantizar esos derechos, las normas de control de calidad y cantidad de bienes y servicios, los 48

procedimientos de defensa del público consumidor, el resarcimiento de los daños ocasionados y las sanciones correspondientes por la violación de estos derechos.

Todos están en el derecho de adoptar las medidas necesarias para asegurar la calidad de sus productos, de igual manera conocer con claridad las características de estos proporcionando libertad en la elección. La ley indica los métodos necesarios para garantizar ese derecho, las normas de control de calidad y cantidad de bienes y servicios de igual manera proporcionar las sanciones y la indemnización de los problemas causados.

Norma COVENIN 1756-01 Edificaciones Sismoresistentes Esta norma venezolana establece los criterios y análisis de diseño para estructuras situadas en zonas donde pueden existir movimientos sísmicos. Especifica de qué manera se debe hacer el análisis y verificación sísmica de estabilidad. Esta norma se consideró como referencia obligada para determinar los parámetros sísmicos que fueron considerados en la construcción del Puente Rio Tonoro. Los movimientos del terreno les transmiten a las construcciones aceleraciones de que producen en las estructuras reacciones de “inercia”, según la masa y su distribución en la estructura. La fuerza total de inercia se considera igual al denominado “constante de base” el cual es un porcentaje del peso total de la construcción. La acción sísmica se caracteriza mediante espectros de diseño los cuales toman en cuenta la zonificación sísmica, los perfiles geotécnicos, el coeficiente de amortiguamiento y la ductilidad de la estructura.

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Norma COVENIN 1753-06 Estructuras de Concreto Armado para Edificaciones. Análisis y Diseño

Según esta norma se establece los requisitos mínimos para el proyecto y ejecución de cualquier estructura de concreto armado que se proyecte o construya en el territorio nacional, establece la generalidad de métodos y armaduras mínimas que se utilizan en el diseño de un muro de contención. La aplicación de esta norma permitió inferir con cierta certeza la resistencia del concreto desde el mismo momento en que se estaba recopilando en el sitio de estudio la información geométrica y patológica del puente permitiendo del puente permitiendo hacer inferencias respecto a la vulnerabilidad de la estructura incluso antes del análisis cuantitativo.

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CAPÍTULO III

MARCO METODOLÓGICO

Modalidad de la Investigación

La investigación se desarrolló dentro de la categoría de proyecto factible, ya que se concentró en el estudio que permite la solución de un problema de carácter práctico, que puede conceder beneficios en diferentes áreas o esferas del acontecer diario. Según el Manual de Trabajo de Grado del Instituto Universitario Politécnico Santiago Mariño (2015), el presente trabajo tuvo la modalidad de proyecto factible, el cual “Consiste en una propuesta de tipo un modelo funcional viable, o una solución posible a un problema de tipo práctico.” (p.7). Debido a esto, se emplea la siguiente investigación, donde se determinaron las condiciones de funcionabilidad debido al proceso de corrosión y fatiga por cargas del puente del Rio Tonoro. Durante la investigación se presentaron los diferentes procedimientos de inspección visual usados en la práctica con el fin de determinar la naturaleza y la magnitud de los problemas observados, identificando los miembros afectados por problemas como corrosión, fatiga y en algunos casos deformación por lo que se hizo indispensable realizar un recorrido de la estructura para así poder tener un registro lo más preciso posible de los diferentes daños que allí se pudieran presentar. También se consideró el uso de ensayos no destructivos los cuales brindaron ayuda para identificar las zonas en donde sería mucho más conveniente realizar otro tipo de investigación con un alcance diferente al aquí propuesto. Esta modalidad además sirvió para conocer que tipos de ensayos son más apropiados para poder determinar detalles adicionales como la influencia de los puntos de soldadura en uniones remachadas que pueden inducir a falla por fatiga como también ver de esta manera en 51

qué estado se encuentran cada uno de los elementos y conexiones que conforman la superestructura de un puente Rio Tonoro y así posteriormente poder generar propuestas de mejora con posibles soluciones a la problemática encontrada.

Diseño de la Investigación

El diseño de esta investigación fue de Campo, ya que es un análisis de las condiciones de funcionabilidad debido al proceso de corrosión y fatiga por cargas del Puente del Rio Tonoro. Según Arias, F (2012): “La investigación de campo es aquella que consiste en la recolección de datos directamente de los sujetos investigados, o de la realidad donde ocurren los hechos (datos primarios), sinmanipular o controlar variable alguna, es decir, el investigador obtiene la información, pero no altera las condiciones existentes. De allí su carácter de investigación no experimental” (p.31). De acuerdo a la cita anterior se tomó el diseño de campo, porque el estudio se realizó directamente en el Puente seleccionado para dicha evaluación,

a fin de

obtener información en tiempo real, recolectando los datos manera personal, objetiva y en el lugar y el período propicio, es decir durante el desarrollo de esta investigación, lo cual permitió el desarrollo de los objetivos específicos planteados y por ende la culminación exitosa de la investigación y plantear soluciones factibles a la problemática existente. Durante la investigación se utilizaron también datos secundarios, sobre todo los provenientes de fuentes bibliográficas, a partir de los cuales se elaboró el marco teórico. No obstante, son fueron los datos primarios obtenidos a través del diseño de campo, los esenciales para el logro de los objetivos y la solución del problema planteado.

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Tipo de Investigación

La investigación es de carácter descriptivo debido a que este tipo de exploración es la determinación de un hecho, cómo establecer su estructura. Comprende la descripción, registro, análisis e interpretación de la naturaleza actual y la composición o procesos de los fenómenos, el enfoque se hace sobre conclusiones dominantes o sobre personas, grupos o cosas que conducen o funcionan en el presente.Según Arias, F. (2012), la investigación descriptiva: “consiste en la caracterización de un hecho, fenómeno, individuo o grupo, con el fin de establecer su estructura o comportamiento” (p.24). El investigador se ocupó de la descripción de aquellos fenómenos que pudiesen generar afectación en cuanto a la funcionabilidad del Puente Rio Tonoro ubicado en Aguasay, Edo. Monagas. Desde el punto de vista cognoscitivo la finalidad del investigador fue describir y desde el punto de vista estadístico su propósito fue estimar parámetros que permitieron obtener información acerca de los procesos de corrosión y fatiga ocasionados por cargas en la estructura, para conocer así sus implicaciones para la comunidad de Aguasay basándose en hechos reales. Los parámetros a estimar se clasificaron de la siguiente manera (a) Tipología del puente y zonas de investigación preliminar para detectar fatiga y/o corrosión (b) Cargas variables en el tiempo (c) Patología estructural (d) Inspección Visual (e) Ensayos no destructivos (f) Información de primera categoría (g) Información histórica y actual del tránsito (h) Monitoreo de cargas, esfuerzos y deformaciones de servicio durante operación (i) Vida remanente a fatiga.

Unidad de Estudio

Es la unidad en la cual se necesita información, el individuo o conjunto de individuos de donde se obtiene el dato; corresponde a la entidad que va a ser objeto de medición y se refiere al que o quien es sujeto de interés en una investigación. Es 53

posible que la obtención de información pueda requerir pasos intermedios. Vela, A (2010). Expresa: “La unidad de estudio es única en un trabajo de investigación, se ajusta a las necesidades de la investigación, definiendo criterios de inclusión y exclusión” (p. 84). En la presente investigación estuvo constituida por el Puente Rio Tonoro. Técnicas de Recolección de Datos

La recolección de datos es de importancia significativa dentro de la investigación, esta debe estar bien estructurada y planificada, ya que de una adecuada recolección de datos dependerán los resultados. Se refiere al uso de una gran diversidad de técnicas y herramientas que pueden ser utilizadas por el analista para desarrollar los sistemas de información.Arias, F. (2012). “Se entiende por técnica, el procedimiento o forma particular de obtener datos o información”. (p.67). Con la técnica para la recolección de datos, se recopilará la información necesaria sobre el objeto bajo estudio, con observaciones del fenómeno se formaliza toda aquella información necesaria para la investigación, como observación de los procedimientos, actividades y técnicas que se realizan.

Observación Directa Es una técnica que consiste en observar atentamente el fenómeno tomar información y registrarla para su posterior análisis, la observación es un elemento fundamental de todo proceso investigativo; en ella se apoya el investigador para obtener el mayor número de datos. La observación directa según Sabino, C. (2009), “Es aquella a través de la cual se puedan conocer los hechos y situaciones de la realidad social.” (p.134). Permitió percibir los datos y toda la información necesaria mediante la indagación detenida, detallada e individual de todo medio objeto de estudio cuantificándose los datos fácilmente. Permitió obtener los daños estructurales del puente, para lo cual se usó como instrumento la cámara fotográfica.

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Revisión Documental Es una técnica de revisión y de registro de documentos que fundamentan el propósito de la investigación y permite el desarrollo del marco teórico y conceptual, que se inscribe en el tipo de investigación descriptiva, teoría fundamentada, pero que abordó todo paradigma investigativo (cuantitativo, cualitativo o multimétodo) por cuanto hace aportes al marco teórico y conceptual. La revisión documental según Alonzo, A (2012) en donde “se recurre a información escrita, ya sea bajo la forma de datos que pueden haber sido producto de mediciones hechas por otros, o como textos que en sí mismos constituyen los eventos del estudio” (p.31).Con esta técnica se aborda la contextualización, los antecedentes y las bases teóricas, mediante la revisión de informes, documentos, ordenanzas, normativas y herramientas escritas que guardan relación con la investigación.

Técnicas de Análisis de Datos

El análisis de los resultados como proceso implica el manejo de los datos que se han obtenido, reflejándolos en cuadros y gráficos, una vez dispuestos, se inicia su análisis tomando en cuenta las bases teóricas, cumpliendo así los objetivos propuestos. Según Hurtado, J. (2010) plantea que “las técnicas tienen que ver como los procedimientos utilizados para la recolección de datos, es decir, el cómo” (p. 147). Para hacer una interpretación de los datos obtenidos, se realizó un análisis estadístico, en vista que este sirvió como herramienta para agrupar, analizar e interpretar resultados obtenidos, así resumir y resaltar las informaciones útiles que refieran conclusiones sobre el tema en estudio, es decir sobre lascondiciones de funcionabilidad debido al proceso de corrosión y fatiga por cargas del puente del Rio Tonoro.

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Análisis de Contenido

El análisis de contenido se basa en la lectura (textual o visual) como instrumento de recogida de información, lectura que a diferencia de la lectura común debe realizarse siguiendo el método científico, es decir, debe ser, sistemática, objetiva, replicable, y valida. Alonzo, A (2012) sostiene que: “Es una técnica de investigación para la descripción objetiva, sistemática y cuantitativa del contenido manifiesto de la comunicación”(p.32). Es una técnica de interpretación de textos, ya sean escritos, grabados, pintados, filmados, u otra forma diferente donde puedan existir toda clase de registrosde datos, trascripción de entrevistas, discursos, protocolos de observación, documentos,videos, el denominador común de todos estos materiales es su capacidad para albergarun contenido que leído e interpretado adecuadamente. Este tipo de análisis permitió considerar los índices de deterioro en el puente de estudio.

Análisis Cualitativo

La investigación cualitativa no es tarea que se asocie a un momento dado en el desarrollo del estudio.

Más bien, resulta el fruto de todo el trabajo de

investigaciónAlonzo, A (2012) sostiene que: “Tienen como característica común referirse a sucesos complejos que tratan de ser descritos en su totalidad, en su medio natural. No hay consecuentemente, una abstracción de propiedades o variables para analizarlas mediante técnicas estadísticas apropiadas para su descripción y la determinación de correlaciones”(p.33). Implica la utilización y recogida de una gran variedad de materiales que describen la rutina y las situaciones problemáticas y los significados en la vida de las personas. Este tipo de análisis determinó, diferencias por simple observación de cualidades entre el objeto, sin que se realice ninguna operación numérica. De igual manera los mismos autores dicen: “el análisis cualitativo, como su nombre lo indica, 56

expresa solo el grado de diferencias entre un objeto empírico y otro. Con este análisis se contrastan los estudios físicos por simple observación de las cualidades que presentan dichos puentes, también guardará relación con la parte de escogencia de los materiales a proponer en el mantenimiento, por medio de las especificaciones existentes en las normas para el mantenimiento de puentes carreteros.

Análisis Cuantitativo

La metodología cuantitativa permite examinar los datos de maneras numéricas, específicamente en el campo de la estadística. Para que exista metodología cuantitativa se requiere que entre los elementos del problema de investigación que conforma el problema de investigación exista una relación cuya naturaleza sea lineal, es decir, que haya claridad entre los elementos de problema de investigación que conforma el problema. Alonzo, A (2012): “Usa la recolección de datos para probar hipótesis, con base en la medición numérica y el análisis estadístico, para establecer patrones de comportamiento y probar teorías”.(p.32).El propósito del análisis es aplicar un conjunto de estrategia y técnicas que le permitió al investigador obtener el conocimiento que estaba buscando a partir del adecuado tratamiento de los datos obtenidos.

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CAPÍTULO IV

RESULTADOS

Diagnosticar la situación actual del Puente del Rio Tonoro

El estudio de las fallas enfoca un estudio de la situación actual del Puente del Rio Tonoro y sus accesos, los daños observados en los componentes determinan de forma cualitativa, la condición funcional del mismo calificando su estado general como bueno, regular o malo. El resultado de la inspección, que refleja el estado actual de los sistemasque lo integran, requiere de diversas modalidades y técnicas de reparación y/o reacondicionamiento que se pueden clasificar en tres grandes grupos: Estructurales, Protección anticorrosiva y Trabajos Especiales. Ver figura 1

1 1

1

2 2

3

1. 2. 3.

Corrosión. Ruptura en las defensas del puente. Daños en la dilatación.

Figura 1.Puente sobre Rio Tonoro. Aguasay, Edo. Monagas. 2017

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La inspección de los pernos de anclaje reveló básicamente corrosión con diferentes severidades y en diferentes posiciones. Esta corrosión no sólo afecta al cuerpo de los pernos, sino también a los ángulos de soporte, a la placa de acero superior del anclaje y la pared externa de las torres. Adicionalmente, en algunos pernos se observó un relleno mediante soldadura entre la base de la proyección de estos y la plancha de anclaje superior. Aun cuando no todos los pernos y demás elementos presentan el mismo grado de severidad de corrosión, el proceso de acondicionamiento que a continuación se especifica deberá aplicarse a todos los pernos por igual. Por tal motivo, y dado que no hay trabajos especiales contemplados para estos elementos, el detalle de la posición o número del perno en la respectiva torre no es relevante. Su condición funcional es regular. El anclaje de los cables principales se realiza mediante la fijación de los alambres a barras que a su vez están embutidas en moles de concreto, de manera de producir un anclaje por gravedad. Para la reparación y acondicionamiento de elementos en estos anclajes, debe verse la sección como un todo, es decir, la estructura y construcciones en concreto, las estructuras de acero, los torones, los alambres, las poleas y las barras de ojo. En el interior del Anclaje, se produce un hábitat perfecto para los murciélagos, que deben haber estado presentes desde la inauguración del puente. Igualmente, existe presencia de agua (además de escombros) cuyo origen se desconoce, según se investigó en todas las fuentes posibles. Este ambiente de humedad en saturación, sumado al excremento de los murciélagos, ha producido deterioro en los alambres del cable principal y corrosión en algunas estructuras de acero. Se debe tener en cuenta que, al retirar el agua es posible que se descubra la fuente u origen de esta. En todo caso, el piso y las paredes interiores hasta los 4 metros de altura medidos desde el fondo de los anclajes deberán ser recubiertos con un producto para sellar y proteger al concreto.

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Sólo el efecto de la corrosión superficial, en especial en la zona de contacto con el polímero que la aísla del concreto debe ser considerado para el acondicionamiento. Estructuras del anclaje: Las partes metálicas de la estructura del anclaje presentan corrosión general. El puente de paso entre los lados oeste y este del anclaje norte tiene severos daños y puede ser reparado o reconstruido ó fabricado de nuevo, el cual deberá tener los mismos recubrimientos que se especifican para las estructuras de acero. Las torres presentan dos aspectos fundamentales para su acondicionamiento: la reposición de pernos y la protección anticorrosiva. En cuanto a la protección anticorrosiva, las torres presentan diferentes niveles de corrosión, siendo los más severos los que se encuentran a nivel del techo y en las vigas de riostra superior e inferior. Dado que la limpieza provocará la expulsión, desprendimiento o transporte por gravedad de óxido, cascarilla y otros residuos, debe tenerse en cuenta el orden de los trabajos para no duplicar acciones Vigas de Riostra: Esta inspección contemplo la supervisión de las torres corresponde al interior de la viga de riostra superior e inferior, observándose oxido, Tierra y cascarillas. Parte interna de las torres: En el interior de las torres la condición es regular, pues es evidente la presencia de corrosión en pernos, planchas y juntas. Paredes externas de las torres: Las paredes externas de las torres están en relativo buen estado, pues es evidente que existe corrosión solo en pocas zonas. Estas no están comprometidas estructuralmente. Pernos y remaches faltantes: En algunas posiciones de las torres hay falta de pernos, tuercas y remaches a lo largo y ancho de las mismas. Para ello es necesario realizar una inspección para dar con una numeración para su posterior ubicación y reemplazo. Ver figura 2 (Pagina Siguiente)

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4 3

1 2

5

1. 2. 3. 4. 5.

Junta de dilatación en mal estado (unión entre estructura metálica y concreto) Falta de mantenimiento en rodillos. Corrosión en nodo superior. Falta de remaches en viga. Corrosión en el cordón superior de la estructura.

Figura 2.Condiciones de deterioro Puente Rio Tonoro. Aguasay, Edo. Monagas. 2017

Analizar la Topografía de la Zona.

El ancho total del puente es de 16,60 mts, distribuido en cuatro trochas de 3,65 mts cada una, más dos aceras de 1,0 mts cada una. La altura libre en la parte más alta es de 57 mts, sobre el nivel aguas mínimas y 41 mts sobre aguas máximas.La longitud total del puente es de 1678,5 mts, , con un tramo principal de 712 mts entre torres. La longitud de los accesos y anclajes es de 406.5 mts Accesos: Las estructuras de los accesos están formadas por tramos en concreto postensado con sección transversal en cajón y apoyados sobre columnas de concreto armado de sección hexagonal. Los accesos postensados constan de dos tramos de 51 mts cada una en el acceso norte y de cuatro tramos de 51 mts cada uno en el Sur. La losa del tablero está postensada transversalmente. La sección de cajón tiene, además de los cables en las paredes laterales, un conjunto de cables internos a las paredes que se apoyan en un separador central como las cuerdas de un violín. Las fundaciones de estos tramos son zapatas de concreto armado y se apoyan directamente sobre roca sana en el fondo. 61

Torres metálicas: Las torres son de sección celular y de acero estructural, cada torre tiene una altura de 119,175 mts, medida desde sus bases y una altura de 140,58 mts medida desde el nivel cero del río.Las proyecciones horizontales de las dimensiones de las bases son de 5,35 mts por 4.25 mts. Cada torre consiste de dos columnas conectadas por dos vigas situadas una en el extremo superior y otra a nivel del tablero. Cada columna está fijada a la pila por medio de pernos de alta resistencia anclados. El deterioro de una estructura desnuda ya sea metálico como el puente o también el concreto armado, se origina básicamente por acciones del medio las cuales generan el fenómeno de corrosión. En consecuencia, en este caso se identificaron cuatro factores que pueden incidir en la activación del fenómeno especialmente en la estructura metálica ya que no se encontraron evidencias de corrosión en los estribos de concreto, estos son: La acción del oxígeno y el agua sobre la superficie metálica, estos dos elementos atmosféricos, son los más importantes en términos de la corrosión, el primero es el elemento oxidante por naturaleza. El segundo, puede estar en fase de vapor o en fase líquida, depositarse por condensación en la superficie, disolver elementos poluentes y llegar a ser un electrolito fuerte.Así mismo, la presencia de gases en la atmósfera, tales como gas carbónico (CO2), anhídrido sulfuroso (SO2) y amonio (NH3), los cuales se disolverán y depositarán en la superficie metálica, generando la oxidación del metal. En este caso específico, se generan ambientesagresivos por la presencia de SO2 y NH3 proveniente de las excretas humanas. El tiempo real de humectación, esto es el lapso de tiempo en el cual la superficie se mantiene mojada por efectos de la temperatura, humedad relativa, condensación, evaporación y lluvias.La velocidad y dirección del viento, afectan los bordes de las estructuras expuestos a vientos preferenciales; se corroen más rápido que las otras, ya que se crean diferencias de concentración de contaminantes en sus

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superficies. En este caso los vientos preferenciales tienen una dirección sur-este a nor-oeste, estando todas las caras sur de los elementos, del lado sur más expuestos. Todos los factores mencionados dependen de parámetros ambientales como son la temperatura, la humedad relativa, la velocidad del viento y las precipitaciones. La diferencia de temperatura entre el día y la noche y en consecuencia las diferencias de humedad relativa facilitan que haya un tiempo de humectación mayor en la superficie, que aunado a los agentes agresivos que se van disolviendo generan las pilas electroquímicas. Para hacer análisis del ambiente, se tomaron los parámetros meteorológicos de los dos años previos al estudio, con estos datos se obtuvo el tiempo de humectación, se aprecia una alta humedad 80,20% y un factor de humectación promedio 54, 60. Considerando que los datos ambientales son válidos en el puente por ser propios de la zona en estudio y porque las medidas realizadas "in situ" durante la evaluación arrojaron parámetros ambientales menos agresivos, se aplicó lo establecido en la norma ISO 9223, esto es de acuerdo al factor de humectación que corresponde al rango 30%-60% e infiriendo los menores contenidos de Cloruros P0 y de Sulfatos S0, se ubicó en la tabla del acero de la mencionada norma el tipo de ambiente, arrojando un ambiente de corrosividad media, lo cual ratifica la poca agresividad en el sitio. Sin embargo, durante los días de evaluación se detectaron las ráfagas ocasionales de viento 34 km/h, que, junto con la ubicación de la pasarela y la vegetación, se infiere que crearon condiciones favorables para la corrosión sobre todo en la zona sur del puente.

Determinar las Causas que Provocan la Inestabilidad del Puente del Rio Tonoro

Todos los elementos, sistemas y subsistemas del puente Angostura se ven amenazados por fenómenos que acortan la vida técnica de los mismos. Con Base en el diagnóstico realizado para conocer la situación actual del puente se puede mencionar aquellas variables perjudiciales para la estructura colgante. El primero de 63

ellos es la corrosión como fenómeno destructor que deteriora de una manera espontánea e indeseable un material metálico acabando con sus propiedades físicas y mecánicas. El ataque directo originado en la estructura del puente es producido por la acción que ejerce el medio ambiente sobre el material, mediante un mecanismo de tipo químico y electroquímico. Entre los tipos particulares de corrosión química, la oxidación de materiales metálicos con oxígeno, aire u otros gases activos a altas temperaturas, en la mayoría de los casos, el ataque se lleva acabo uniformemente sobre toda la superficie expuesta. La corrosión electroquímica es la corrosión más difundida en la naturaleza y está caracterizada por un mecanismo electroquímico, de transferencia de electrones, en presencia de la cual los materiales metálicos se corroen.

Aplicar Ensayos no Destructivos de Campo y Laboratorio

Los objetivos de los ensayos de carga no destructivos son cuantificar, de una manera científica, la capacidad de carga actual del puente y determinar la fracción de esta capacidad que puede usarse para establecer la evaluación general del puente. Prioritariamente, un ensayo de carga deberá ejecutarse en estructuras nuevas, previo a su habilitación pública, con el fin de evaluar su aptitud frente a las cargas de servicio y comprobar que su diseño y construcción se han realizado de forma satisfactoria. Las evaluaciones teóricas del puente pueden ser ajustadas posteriormente para reflejar los resultados del ensayo de carga. La selección del método de ensayo de carga depende de varios factores tales como el tipo de puente, disponibilidad de los detalles de diseño y construcción, condición del puente, resultados de la inspección y evaluación preliminar, disponibilidad de equipo y dinero, y objetivos del ensayo. Como se dijo anteriormente y de acuerdo al Manual para la Evaluación de Puentes a través de

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Ensayos de Carga, los ensayos de diagnóstico son recomendados si existe suficiente información disponible del puente. Este tipo de ensayo se realiza para verificar las suposiciones usadas en los cálculos y para establecer si la capacidad de carga del puente es mejor que la estimada por los valores de diseño. Los ensayos de diagnóstico no son apropiados cuando la magnitud de los esfuerzos, debidos a la carga muerta u otros esfuerzos permanentes, no puede ser estimada fidedignamente. Los ensayos de prueba pueden ser desarrollados si los detalles de construcción del puente. El primer paso en la ejecución del ensayo de carga es la instalación y control de la instrumentación a utilizar. El tiempo requerido para instalar la instrumentación depende del número de posiciones de medida y de la accesibilidad a las mismas, del tipo de instrumentos y de las condiciones ambientales. Generalmente, la instrumentación puede ser instalada sin cerrar el puente al tráfico. Después de que la instrumentación ha sido colocada en su lugar puede iniciarse el ensayo. El método preferido para desarrollar la prueba es cerrar el puente a todo el tráfico vehicular y peatonal mientras dure el experimento, usualmente de 1 a 4 horas. Si fuese necesario, el puente puede ser reabierto al tráfico entre posiciones o incrementos de carga sucesivos, pero la instrumentación deberá ser calibrada a cero antes y después de cada uno de esos eventos. Debido a los costos asociados al ensayo de carga y al cierre del puente, deben tomarse precauciones para asegurarse que durante la prueba se obtendrá información precisa y fiable. De esta manera, es importante monitorear el comportamiento del puente, evaluar su respuesta a posiciones de carga repetidas y considerar los cambios de temperatura durante el desarrollo del ensayo de carga. Al inicio del ensayo de carga y al final de cada incremento de carga se medirán los desplazamientos, deformaciones, rotaciones y anchos de fisuras. Se harán suficientes mediciones en todos los posibles puntos críticos para evaluar completamente la respuesta estructural del puente bajo cada incremento de carga.

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Durante el ensayo, los resultados obtenidos se compararán con los estimados (basados en cálculos previos) para detectar cualquier comportamiento inusual que pueda justificar cambios en los procedimientos de la prueba. La deformación y recuperación debidas a la carga y descarga, en puntos críticos, se monitorearán cuidadosamente después de cada incremento de carga con el fin de determinar el posible inicio de un comportamiento no lineal. Una vez que se observe un comportamiento no lineal significativo, el puente será descargado inmediatamente y se registrarán las mediciones para esta condición de descarga. Durante la prueba, se registrarán también las condiciones de temperatura y del ambiente. Al finalizar el ensayo de carga en campo y previo al uso de los resultados arrojados por el mismo es necesario valorar la fiabilidad de dichos resultados y comprender cualquier diferencia entre los efectos de carga medidos y los estimados. Así también, es importante evaluar los valores remanentes y los criterios de aceptación de resultados considerados para la prueba. Fiabilidad. Los factores que pueden contribuir a la fiabilidad de los resultados de la prueba son la experiencia del personal, el tipo y alcance de la instrumentación utilizada, la repetición de los resultados para el mismo caso de carga, las condiciones de temperatura y la compatibilidad de los efectos medidos con aquellos pronosticados por la teoría. Todos estos factores serán considerados en la aceptación general de los resultados de la prueba. Diferencias entre valores medidos y calculados. Para utilizar cabalmente los resultados del ensayo de carga, es importante ser capaz de explicar por qué el puente se comporta de forma distinta al modelo analítico usado en los cálculos preliminares.

Elaborar la Propuesta de Solución que Más se Adapta al Problema de Funcionabilidad

Las superficies de acero a ser pintadas o recubiertas deben ser objeto de preparación mediante procedimientos diversos que se eligen en función del tipo de 66

recubrimiento a aplicar, la adherencia, las condiciones del sitio, los costos y el tipo de mantenimiento que se estima a corto, mediano y largo plazo.Estas superficies deberán permanecer limpias y libres de contaminantes tales como cascarillas de laminación, óxido, polvo, suciedad, grasa, pinturas antiguas y otras materias nocivas. En caso de detectar su presencia en cantidades significativas, se procederá a su preparación de la siguiente manera:

SSPC-SP 1: Limpieza con Solvente. Cubre los métodos de remoción de grasa, aceite y otros contaminantes sobre la superficie. Comprende el uso de solventes, limpiadores alcalinos y detergentes. No remueve residuos salinos en zonas con corrosión general y picaduras. Es el paso inicial requerido para todos los demás procesos de limpieza, aunque no siempre se aplica ante limpieza por hidrojet, airjet o sandblasting.

SSPC-SP 2: Limpieza con Herramientas Manuales. Comprende el uso de herramientas no motorizadas para remover cascarillas, pintura con poca adherencia u óxido desprendible. Se define cascarilla como todo aquello que pueda ser removido con una navaja o cuchillo sin rayar el metal base.

SSPC-SP 3: Limpieza con Herramientas Motorizadas. Cubre el uso de herramientas mecánicas motorizadas (esmeril) para remover cascarillas, restos de pintura, óxido visible.

SSPC-SP 5 (NACE No 1): Limpieza a Metal Blanco.Comprende el uso de abrasivos que producen, a simple vista, una superficie libre de aceite, grasa, óxidos, recubrimientos, cascarillas o cualquier otra materia ajena al acero. Este método puede no retirar la sal embutida en las picaduras. Comprende el llamado “sandblasting” o limpieza por chorro de arena.

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SSPC-SP 6 (NACE No 3): Limpieza Abrasiva Comercial.Cubre el uso de abrasivos que producen, a simple vista, una superficie libre de aceite, grasa, óxidos, recubrimientos, cascarillas o cualquier otra materia ajena al acero, excepto que se permiten zonas manchadas limitadas a no más de un 33% de cada unidad de área establecida en 6400 mm2 (9 in2).

SSPC-SP 7 (NACE No 4): Limpieza Abrasiva Sin Chorro. Cubre los casos de limpieza con abrasivo (sin aplicar chorro o ráfaga) donde puede quedar algo de cascarilla y de óxido visible.

SSPC-SP 8: Decapado. Este método comprende el uso de reacciones químicas, electrolisis o ambas sumergiendo las piezas de acero en un tanque para lograr tal fin.

SSPC-SP 10 (NACE No 2): Limpieza a Metal Casi Blanco. Similar al SSPCSP 6, con la diferencia que sólo se permiten zonas manchadas en un máximo de 5% de la unidad de área ante una revisión aleatoria de la superficie limpiada.

SSPC-SP 11: Limpieza Mecánica a Metal Blanco. Cubre el uso de herramientas mecánicas motorizadas hasta dejar la superficie libre de cascarillas, óxidos, recubrimientos, aceite y grasa y dejar una rugosidad de al menos 25 micras.

SSPC-SP 12 (NACE No 5): Hidrojet de Alta y Ultra-alta Presión.Este método cubre el uso de agua a presión (llamada hidrojet) en dos rangos: alta presión entre 70 y 170 MPa (10000 a 25000 psi) y ultra-alta presión por encima de los 170 MPa (25000 psi). Por debajo de 70 MPa (10000 psi) el proceso se refiere como limpieza con agua.

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Método de limpieza Sugerido:En las especificaciones se establecerá el método considerado mínimo aceptable en función de la severidad y de la calidad necesaria. Sin embargo, por razones de costo, el uso de hidrojet puede resultar más económico y lograr calidades de limpieza superiores y esto queda a opción del contratista. Debe tenerse en cuenta que el tiempo entre la aplicación de la limpieza y la primera capa de recubrimiento es primordial para lograr la adherencia, dado que la formación de la capa de óxido (orín) sobre el acero está en función de la humedad. Por lo tanto, el secado del residuo de agua del hidrojet puede ser un problema. Como método alternativo se emplea el airjet, que se aplica en seco.

Condiciones de Seguridad: Además de las condiciones básicas de seguridad para el personal que opera equipos o que debe trabajar en estructuras elevadas o con necesidad de protección ante caídas, debe tenerse en cuenta que el retiro de algunos recubrimientos a base de Plomo u otros elementos, puede implicar el uso de otras protecciones para el sistema respiratorio.

Adherencia:La adherencia del recubrimiento aplicado en la primera capa, deberá cumplir con lo establecido en ASTM D3359, Método B, logrando las clases GT 0 o GT 1. Si se aplica el recubrimiento sobre pintura original (vieja), la adherencia debe ser superior entre el nuevo recubrimiento y el original al que existe entre el recubrimiento viejo y el metal base. Dado que no será posible y no es recomendable por razones técnicas, de costo y ambientales remover toda la pintura original y que la condición de metal blanco será complicada, se sugiere el empleo de recubrimientos cuya adherencia cumpla con lo indicado para una condición d limpieza no superior a SSPC-SP.

Aplicación:El método de aplicación del recubrimiento se establecerá según las características del producto y las condiciones de trabajo. Dada la geometría de la

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obra, se sugiere utilizar productos versátiles en el sentido que puedan ser aplicados con brocha, rodillo, pistola neumática convencional o airless spray.

Capas de recubrimiento a Aplicar: El número, tipo de producto por capa y espesor del recubrimiento a aplicar deberá decidirse según cada proceso y así se especifica. En términos generales, se establecen tres capas básicas: fondo, acabado y encapsulamiento, donde las características básicas para cada una serían la adherencia, la resistencia y la elasticidad. Existen productos que cumplen con estos tres requerimientos mínimos y lo que se especifica es el espesor de película seca por capa. Encapsulamiento:Dado

que

el

proceso

de

corrosión

se

presenta

fundamentalmente en las juntas, uniones, ubicaciones de pernos y remaches y en aquellas zonas donde no es posible que se logra adherencia de la película de fondo, es recomendación primordial que la etapa final consista en encapsular, sellar o blindar estas zonas para prevenir o reducir al mínimo la entrada de oxígeno y humedad.

Galvanizado en Frío:El producto a emplear para el galvanizado en frío de alambres, torones, cables, barras de ojo, ductos, entre otros.

Las torres presentan dos aspectos fundamentales para su acondicionamiento: la reposición de pernos y la protección anticorrosiva. Se tendrá que realizar los cómputos métricos para conocer cuántos pernos se deberá sustituir. En cuanto a la protección anticorrosiva, las torres presentan diferentes niveles de corrosión, siendo los más severos los que se encuentran a nivel del techo y en las vigas de riostra superior e inferior. Dado que la limpieza provocará la expulsión, desprendimiento o transporte por gravedad de óxido, cascarilla y otros residuos, debe tenerse en cuenta el orden de los trabajos para no duplicar acciones. En este sentido, se sugiere proceder en el siguiente orden: techos (junto a sillines superiores), interior de las vigas de riostra superior e inferior, interior de las torres, exterior de la viga de riostra superior, exterior de la viga de riostra inferior y, por último, el exterior de las torres. 70

CONCLUSIONES

Resulta de gran utilidad evaluar técnicamente las condiciones de funcionabilidad debido al proceso de corrosión y fatiga por cargas del puente Rio Tonoro a través de inspecciones periódicas que funjan como herramientas para establecer programas y estrategias de mantenimiento correctivo y predictivo que garanticen el debido funcionamiento y operatividad de la estructura. Durante el estudio realizado se definieron las siguientes etapas: 1. Se logró conocer las condiciones actuales de la estructura a través del diagnóstico realizado por el investigador, determinando que el efecto de la corrosión es detrimental para la vida remanente a fatiga de los elementos del puente Rio Tonoro. 2. Se identificaron todas las características generales del puente y la zona de su ubicación, las cuales ayudaron a entender su composición, facilitando asítanto la determinación de las causas que pudiesen comprometer a futuro la estabilidad del mismo comola evaluación de las acciones necesarias para determinar una aproximación al cálculo de la vida remanente a fatiga, teniendo en cuenta la normativa aplicada y vigente para la inspección visual, estudio de materiales y conteo de tránsito. 3. Se alcanzó identificar que los componentes en donde se generan lo mayores daños de corrosión, son los apoyos y los elementos de arriostramiento, debido a que son zonas de difícil evacuación de humedad. Es por esto que la metodología sugirió el uso de estándares de evaluación del daño por corrosión, para cuantificar el posible daño en dichas áreas. Las fallas predominantes observadas en el puente son el daño estructural por impacto y los asentamientos en los terraplenes de acceso, a la vez las juntas de dilatación cuyos daños más frecuentes son el impacto, la infiltración y la deficiencia estructural. En los apoyos se observan fallas por la falta de dispositivos en las juntas de dilatación para controlar el agua en el tablero. En las losas se observan daños por la infiltración ya que no se tiene drenes. 71

4. La aplicación de los ensayos no destructivos de campo permitió determinar que el comportamiento de cada uno de los elementos es muy diferente y depende de su localización dentro de la estructura y su grado de importancia dentro de la misma, aunque es usual que el periodo natural de la estructura tiene que crecer en algunos elementos más que en otros y mucho más cuando la afectación de la misma no es de forma individual sino que se presenta en cada uno de los elementos del puente aumentando este periodo natural a medida que aumenta el nivel de la corrosión de una forma significativa. La corrosión bajo tensión acelera la perdida de vida en fatiga, debido a la concentración de las tensiones en cada uno de estos elementos, esto puede acelerar la pérdida de capacidad. 5. Como parte del plan de mantenimiento que pudiera corregir las fallas presentes en la estructura se describió la importancia de mantener en vigilancia y observación cada uno de los elementos del puente para evitar asíel riesgo de colapso de la estructura, debido a mayores ciclos de carga que disminuyen la vida a fatiga. Esto permitió determinar la capacidad de solución general de la propuesta. Donde con diferentes escenarios, calidad y cantidad de información, la metodología puede sugerir una vida remanente de fatiga aproximada que se usará en las actividades de priorización del mantenimiento del puente Rio Tonoro.

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RECOMENDACIONES

1. Se sugiere garantizar la continuidad de los estudios diagnósticos realizados para poder responder a las necesidades de la comunidad de Rio Tonoro, brindándole una estructura segura y confiable. 2. Adicional a un estudio de vida remanente se sugiere evaluar la capacidad máxima de carga del puente, ante cargas estáticas. Garantizar un correcto diseño de detalles que minimice el riesgo de corrosión de la estructura metálica, al mismo tiempo facilitar la inspección, mantenimiento y de ser el caso la sustitución de ciertos elementos como apoyos, juntas, cables, anclajes, entre otros. 3. Se recomienda la adecuada impermeabilización de los tableros para evitar la entrada de agua en la estructura. El sistema de drenaje debe ser en función de la superficie de plataforma y del volumen a evacuar, dependiendo de la pendiente del tablero y sistemas de desagüe. En secciones cerradas y no visitables, se debe garantizar su completo sellado, mediante soldaduras u otro sistema, protegiendo la parte interna de eventuales filtraciones de agua. Considerando como principio básico para la consecución de una estructura durable lograr, en la medida de lo posible, el máximo aislamiento respecto al agua. Por ello, todas las medidas que promuevan una evacuación rápida del agua, de manera que esté en contacto con la estructura lo mínimo posible, redundan en la durabilidad de la estructura. 4. Es recomendable minimizar la extensión de las superficies de acero expuesta a la corrosión, reduciendo el número de irregularidades (superposiciones, bordes, esquinas), y disponiendo soldaduras continuas, en general (deberían emplearse soldaduras discontinuas y por puntos únicamente en caso de riesgo insignificante de corrosión). 5. Algunas de las reparaciones recomendadas son el refuerzo de la losa (sobre losa o utilización de materiales compuestos, como fibras de acero de alta resistencia y otros) o la reparación del concreto y mantenimiento general, la inyección de grietas, construcción o reparación de drenes. La limpieza y pintura de la estructura, el 73

remplazo de pernos, remaches y abrazaderas defectuosas, reparación de los componentes de acero y la reposición de elementos faltantes. Revisar el comportamiento sismo resistente y verificar los problemas de socavación en las pilas, al igual que la evaluación de la capacidad máxima de carga del puente, en los casos que haya lugar. Se sugiere el uso de Polímeros Reforzados con Fibra de Carbón (CFRP) como material para ayuda en el reforzamiento de puentes. 6. Para posteriores investigaciones de evaluación de por corrosión y fatiga, es necesario realizar una instrumentación más completa del puente, para obtener registros de esfuerzos vs ciclos de carga en tiempo real y ser comparados con los resultados en los mismos elementos que se han medido con ensayos de previos. Recomendando a suvez, realizar una estructura de costos (A.P.U) en donde se pueda tener conocimiento de los mismos en el plan de recuperación y mantenimiento del puente Rio Tonoro.

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REFERENCIAS

Álvarez, J (2008) Variables. Prentice Hall Hispanoamericana S.A Alonzo, A (2012)Técnicas de Análisis. [Documento en línea]. Disponible en: http://es.scribd.com/doc/84774712/analisis-tecnicas[Consulta: 2017, Julio 26] Arias, F. (2012). El proyecto de Investigación. Introducción a la metodología científica. 6ta Edición. Caracas: Episteme Badillo, J. (2014) Mecanica de los Suelos Tomo I. Fundamento de la mecánica de los suelos. Caracas: Editorial Limusa Berry, P. (1993) Análisis del Efecto de la Cohesión Aparente en la Capacidad Soportante de Cimentaciones Superficiales. Escuela Ingeniería en Construcción. Instituto Tecnológico de Costa Rica. Disponible: www.repositoriotec.tec.ac.cr/bitstream/handle/2238/6227/analisis_de_la_cohesi on_aparente_en_la_capacidad_soportante.pdf?sequence=1&isAllowed=y[Cons ulta: 2017, Marzo 3] Crespo, C (2013) “Análisis del deterioro estructural por fatiga y prognosis de un puente típico de concreto utilizando simulación MonteCarlo” Trabajo de grado presentado en el Instituto Mexicano del Transporte, por el M. C Constitución de la República Bolivariana de Venezuela. (2000, Marzo 24). Gaceta Oficial Extraordinaria de la República Bolivariana de Venezuela N° 5.453, Marzo, 2000 Corredor G. (1977) Ensayos de laboratorio en Mecanica de Suelos. Caracas, Venezuela. Fratelli, M. (1996) Suelos Muros y Fundaciones. Caracas: Editorial Saleciana. Fratelli, M. (2001) Estructuras sismoresistentes según la norma. 1756-98. Caracas: Editorial Saleciana. Grasses, J. (1969) Contribución al análisis sísmico de estructuras. Caracas: Acea. Gonzalez, L. (2004)Caracterización de la Materia Orgánica de los Suelos. Universidad de Sevilla, España. [Documento en Línea] Disponible: www.digital.csic.es/bitstream/10261/66313/4/Caracterizaci%C3%B3n%20de%2 0la%20materia%20org%C3%A1nica%20de%20suelos.pdf [Consulta: 2017, Junio 27] 75

Hurtado, J (2010) El proyecto de investigación. (6.ed) Caracas: QUIRON Instituto Universitario Politécnico “Santiago Mariño”. (2015). Manual de Trabajo Especial de Grado. Caracas, Venezuela Lambe, W. (2013) Mecánica de Suelos. Caracas: Editorial Limusa. Loyola, M (2008),Manual Integral para Diseño y Construcción. McGraw- Hill, Tercera edición.Instituto Universitario Politécnico Santiago Mariño (2015). Manual de Trabajo de Grado. División de Planificación, Desarrollo y Gestión de la Calidad. 5ta Edición. Caracas Molano, D (2014) “Evaluación de fatiga de puentes existentes en arco en acero que han sido rehabilitados y/o presentan problemas de corrosión” Trabajo de grado presentado en la Universidad Pontificia Universidad Javeriana Facultad De Ingeniería. Muñoz, E. (2012). Ingeniería de Puentes: Historia, tipología, inspección visual, inspección especial, socavación, vulnerabilidad sísmica, capacidad de carga, mantenimiento y rehabilitación. Pontificia Universidad Javeriana, Bogotá, Colombia. Pérez Y. (2000). Manual de Puentes, IUPSM extensión Puerto Ordaz. Pineda, L. (2011) Inundaciones Fluviales. Caracas: MET-MARM Raina (2003) Patologías de las Humedades Estructurales en la edificación. [Documento en línea] Disponible: www.coam.org/es/actualidad/agenda/agendacoam/patologias-humedades-estructurales-edificacion [Consulta: 2017, Noviembre 11] Ramos, E (2013) “Evaluación de puentes que han sido rehabilitados y/o presentan problemas de corrosión” Trabajo de grado presentado en la Universidad de Oriente Núcleo Anzoátegui. Rao (2004). Fallas en Estructuras de Concreto. Mantenimiento General de Obras. UNEFA. Maracay, Estado Aragua [Documento en Línea] Disponible: www.es.scribd.com/doc/34936082/Fallas-Estructuras-de-Concreto [Consulta: 2017, Julio 15] Rojas

G. (2009) Estructuras de Acero en construcción. Disponible: http://estructurasacero.blogspot.com/2007/06/ventajas-y-desventajas-del-usode-acero.html [Consulta: 2017, Julio 24]

Sabino, C. (2009). La Naturaleza de la Investigación. Caracas: BIOSFERA 76

Tanner, P. (1996). Los materiales también se cansan. La fatiga en los puentes mixtos. Puentes mixtos. Estado actual de su tecnología y análisis. Madrid, Colegio de ICCP, 515–542 Editorial Martinez Calzon. Vela, A (2010).Metodología de Investigación Científica. Caracas: PLUSCARTA

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