T_Inspección de puentes

PARTE IV. SOCAVACIÓN EN PUENTES
4.i
CAPITULO 4
INSPECCIÓN DE PUENTES PARA SOCAVACIÓN
4.
INSPECCIÓN DE PUENTES PARA SOCAVACIÓN ................................................................ 4.1
4.1.
Tipos de inspección................................................................................................................... 4.2
4.2.
Indicios de fallas ....................................................................................................................... 4.4
4.3.
Pasos de un programa de inspección......................................................................................... 4.6
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 4.1 Niveles de velocidad y profundidad del agua peligrosos para adultos. Barr Engineering
(1994).
.......................................................................................................................................... 4.2
Figura 4.2 Esquema ilustrando sobre el daño en la estructura. .................................................................. 4.3
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 4.1 Aspectos a inspeccionar en un puente con énfasis en socavación. Condiciones aguas arriba del
puente.
.............................................................................................................................................. 4.8
Tabla 4.2 Aspectos a inspeccionar en un puente con énfasis en socavación. Condiciones en el puente. .....
.............................................................................................................................................. 4.9
Tabla 4.3 Aspectos a inspeccionar en un puente con énfasis en socavación. Condiciones aguas abajo del
puente.
............................................................................................................................................ 4.10
4. INSPECCIÓN
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PARTE IV. SOCAVACIÓN EN PUENTES
4.
4.1
INSPECCIÓN DE PUENTES PARA SOCAVACIÓN
La inspección de puentes consiste en la determinación de sus condiciones actuales basándose
especialmente en el criterio humano. Esta evaluación se hace con base en observación directa del
puente y en el estudio de información existente. El análisis que se realiza es puramente
cualitativo y no requiere cálculos de profundidades de socavación pero si lleva a concluir si se
ameritan estudios más detallados.
Usualmente, los puentes críticos son los construidos en la antigüedad con historial de problemas
de socavación y cimentaciones superficiales. Los costos de la inspección se justifican por la
necesidad de garantizar la integridad del puente que puede debilitarse por factores como
socavación, sobrecargas, desgaste de materiales, movimientos sísmicos, etc., incluso antes de
cumplir su período de vida útil y sobre todo cuando ha estado expuesto a condiciones mas
severas que las asumidas en el diseño.
La inspección al igual que el monitoreo y la instrumentación de puentes hacen parte de un
programa de prevención. Estas actividades como tales no mejoran ni garantizan la estabilidad de
una estructura, pero si ayudan a detectar fallas a tiempo para prevenir problemas futuros.
Algunas de las limitaciones de un programa de inspección son:
•
•
•
•
•
•
•
•
•
La inspección mas común es la visual pero resulta altamente subjetiva.
Inspecciones objetivas requieren de personal y equipo especializado y costoso.
Dificultad en el acceso a los elementos a inspeccionar o instrumentar.
Imposibilidad de alcanzar a simple vista elementos bajo agua.
Necesidad de inspeccionar muchos puentes periódicamente.
Alta peligrosidad en condiciones de creciente.
Condiciones pobres de observación por altos niveles del agua y turbidez.
En la actualidad, muy pocos países cuentan con programas de inspección rutinaria de
elementos enterrados o bajo agua.
Necesidad de garantizar la seguridad durante la inspección requiriéndose chalecos
apropiados, equipo de comunicación, y eventualmente escaleras en los puentes aunque éstas
no son muy recomendadas por algunos inspectores pues tienden a acumular basuras y
desechos y su uso no es confiable durante crecientes.
La Figura 4.1 ilustra lo que se conoce como la regla del 9 en el sistema inglés de unidades y que
podría aplicarse como la regla del 1 en sistema métrico de unidades y que sirve para determinar
niveles de riesgo al hacer trabajos en ríos.
Los siguientes son los dos objetivos básicos al hacer la inspección de un puente:
4. INSPECCIÓN
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4.2
1) Registrar la condición presente del puente y de la corriente.
2) Identificar las condiciones que indiquen problemas potenciales con relación a socavación y
estabilidad de la corriente para tomar a tiempo las medidas correctivas y realizar evaluaciones
posteriores.
Figura 4.1 Niveles de velocidad y profundidad del agua peligrosos para adultos.
Barr Engineering (1994).
Para lograr estos objetivos, el inspector necesita recolectar información de campo y oficina y
entender la relación entre el puente, el cauce principal y las zonas de inundación.
Los accesos de la vía al puente son típicamente terraplenes que obstruyen el flujo en las zonas de
inundación. Este flujo sobre las bancas debe retornar al cauce principal a través del puente y
puede sobrepasar los accesos al puente. Si el flujo total es forzado a pasar a través de la abertura
se establecen zonas de turbulencia y habrá probablemente socavación por contracción. Además,
las pilas y los estribos también son obstáculos para el paso de crecientes lo que induce a
socavación local debido a la turbulencia alrededor de las estructuras. Si por el contrario, parte del
agua se evacua por encima del puente o los accesos, la socavación disminuye al mermar el caudal
que pasa a través de la abertura del puente. El flujo de agua después de pasar por el puente se
expande nuevamente hacia las zonas de inundación creando nuevas áreas de turbulencia y de
socavación aguas abajo. El ingeniero encargado de la inspección debe estar en condiciones de
entender esta y otras dinámicas del flujo de agua en la zona de un puente.
4.1. Tipos de inspección
La inspección de puentes puede ser de varios tipos según la magnitud y el objetivo que se
busque: inventario, rutinaria, daños, profunda, parcial y bajo agua, Federal Highway
Administration, DP-98, 1995.
4. INSPECCIÓN
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4.3
• Inventario
Tiene como objetivo recoger información básica del puente e indica el tipo, frecuencia y
elementos a inspeccionar.
Un inventario incluye información sobre:
• Tipo y localización del puente.
• Geometría del puente
• Dimensiones del puente
• Fecha de construcción
• Tipo y frecuencia de inspecciones requeridas
• Localización de los miembros a ser inspeccionados
• Procedimientos de inspección a usarse
• Equipos de inspección a usarse
• Fechas de inspecciones previas
• Reportes de inspecciones previas
• Realizaciones a partir de inspecciones previas
• Inspección rutinaria
La inspección rutinaria se hace usualmente cada dos años para detectar anomalías. Puentes que
pueden requerir inspección mas frecuente presentan alguna de las siguientes características:
• Puentes recién construidos o rehabilitados
• Puente muy largos
• Puentes sometidos a sobrecargas
• Puentes con pequeñas aberturas tanto vertical como horizontalmente
• Diseños no convencionales
• Inspección por daños
Busca verificar el comportamiento después de terremotos, crecientes u otros eventos extremos.
Todo daño debe ser referenciado claramente en el conjunto de la estructura e individualmente.
Figura 4.2 Esquema ilustrando sobre el daño en la estructura.
4. INSPECCIÓN
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4.4
• Inspección profunda
La inspección profunda se hace para puentes con fallas estructurales, que requieran inspección
bajo agua, o con características especiales por su localización, importancia o diseño.
• Inspección parcial
La inspección parcial busca obtener información sobre alguno de los elementos que conforman la
estructura
• Inspecciones bajo agua
La inspección bajo agua se puede clasificar en dos tipos así:
• Aguas superficiales: si el río se puede vadear
• Aguas profundas: se requiere de buzos profesionales, o equipo operado a control remoto o de
otras técnicas destructivas o no destructivas de inspección
Este tipo de inspección no es muy frecuente. Algunos países reportan inspección con buzos cada
5 años o 10 años y eventualmente lo hacen con equipo sumergible operado a control remoto. La
inspección bajo agua se requiere especialmente cuando se sospechen daños causados por
embarcaciones o en casos de puentes en ríos regulados por presas.
El buceo exige que se suministre información sobre profundidad del agua, altitud, altura de las
mareas, temperatura, accesibilidad, tiempo, condiciones ambientales, experiencia y capacidad del
personal y tipo de estructura.
Existen tres niveles de inspección bajo agua los que incluyen la inspección de la subestructura y
del lecho del cauce.
Nivel I: inspección visual o táctil del 100% de los elementos con mínima remoción de vegetación
o algas. Se suelen usar elementos mínimos de sondeo como martillos o raspadores.
Nivel II: inspección detallada de áreas deterioradas o dañadas lo que incluye limpieza de zonas
cubiertas por algas en zonas específicas o en un porcentaje de la superficie de la estructura.
Nivel III: inspección altamente detallada utilizando técnicas destructivas o no destructivas, que
pueden incluir pruebas de ultrasonido o toma de muestras de materiales in-situ para determinar
deterioro de los elementos o pérdida de espesor.
4.2. Indicios de fallas
La siguiente es una lista de posibles aspectos que lleven a detectar fallas desde el punto de vista
hidráulico en un puente.
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4.5
• Deformaciones de la superestructura
• Asentamientos que pueden detectarse visualmente o por nivelaciones periódicas, o instalando
inclinómetros u otras técnicas mas sofisticadas.
• Apoyos desnivelados.
• Socavación visible en pilas y estribos.
• Grietas en el puente.
• Elementos cimentados por encima de las profundidades estimadas de socavación.
• Puentes con obras de prevención desde el final de la construcción
• Obstrucciones al cauce en la zona del puente por ramas, vegetación, desechos que llevan a
reducir la sección hidráulica y a que se presenten concentraciones de flujo eventualmente
peligrosas.
• Formaciones de lecho que según su paso en la zona de un puente pueden dejar al descubierto la
cimentación o dejarlo sepultado.
• Puentes con pobre mantenimiento.
• Puentes mal orientados, en curvas o sesgados al flujo.
• Puentes con reducida capacidad hidráulica lo cual se presenta especialmente cuando se quiere
reducir costos de construcción. Este es el caso de puentes con contracción tanto vertical como
horizontal.
• Puentes con múltiples pilas muy cercanas y cimentadas superficialmente.
• Múltiples puentes en una misma zona lo que ocasiona patrones de flujo muy complejos.
• Puentes construidos en cauces aluviales, inestables y fácilmente erosionables.
•
Clasificación de los puentes
Como resultado de la inspección, un puente se puede clasificar de alguna de las siguientes
formas:
• Puentes con bajo riesgo de falla por socavación.
• Puentes con potencial de falla por socavación.
• Puentes críticos por socavación.
• Puentes con cimentaciones desconocidas.
• Puente estable por socavación.
Si se quiere, a cada una de las anteriores clasificaciones se le puede asignar un código numérico o
alfabético lo que facilita la priorización de estructuras a monitorear, instrumentar, proteger o
reparar.
•
Que hacer?
Algunas de las medidas a tomar una vez se detecten problemas en un puente son:
• Cerrar o restringir la operación del puente hasta que se repara.
• Realizar estudios para detectar la causa del problema.
• Reparar el puente.
• Colocar instrumentación para hacerle seguimiento al puente.
• Disminuir las cargas sobre el puente.
• Incrementar la frecuencia para monitorear visualmente el deterioro del puente.
• Reemplazar el puente.
4. INSPECCIÓN
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4.6
4.3. Pasos de un programa de inspección
La siguiente es una guía para inspectores de puentes encargados de la tarea de evaluar la
estructura para calificar su situación y el daño potencial por socavación.
a) Revisión de información de oficina
Esta revisión debe hacerse con anterioridad a la visita de campo e incluye la determinación de los
siguientes aspectos:
· Existencia de evaluaciones previas de socavación en el puente.
· Si el puente es crítico con relación a socavación, existencia de un plan de acción para el
monitoreo del puente y/o la instalación de medidas de control.
· Resultados de la comparación de secciones transversales del cauce tomadas durante
inspecciones sucesivas que revelen si el cauce es estable, si existe tendencia hacia la agradación o
degradación, movimientos laterales, huecos de socavación en pilas o estribos.
· Equipo necesario a usarse durante la inspección de campo. Debe determinarse si existen
condiciones especiales que requieren el uso de equipo no convencional para hacer las
inspecciones de superficie y bajo agua (canoa, buzos, medidores electrónicos para determinar el
perfil del lecho y huecos de socavación).
· Existencia de esquemas o fotos que indiquen direcciones cambiantes del curso de agua en las
proximidades del puente.
· Tipo de fundación del puente (zapatas corridas, pilas, cajones). Hay evidencia de que la
fundación es susceptible a socavación?
· Presencia de situaciones especiales que deben ser observadas (daños en las protecciones,
ángulo de ataque del flujo sobre el puente, problema de basuras, etc).
b) Inspección de campo
Deben ser evaluadas las condiciones de la sección del puente, la subestructura, el cauce de agua,
la existencia de medidas de protección y de medidas de control.
El inspector debe tomar secciones transversales de la corriente anotando la localización y
condición de las laderas del cauce, los huecos de socavación, la posición del lecho firme no
socavable y que no presenta suelos blandos producto del relleno posterior a la ocurrencia de la
socavación una vez que la creciente haya pasado. Las Tabla 4.1,Tabla 4.2 Tabla 4.3 resumen los
aspectos a considerar durante la inspección de campo.
4. INSPECCIÓN
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4.7
c) Inspección bajo agua
La inspección bajo agua es una actividad bastante especializada y está por fuera del alcance de
una inspección de rutina. Sin embargo, las actividades más importantes de la inspección de un
puente para detectar daño real o potencial por socavación es la determinación de las elevaciones
del lecho del cauce con relación a las estructuras de cimentación, y el real estado de éstas.
Cuando las condiciones sean tales que el fondo del cauce no se pueda medir con miras y jalones
se debe disponer de otros medios como uso de equipos de detección electrónica de la socavación,
(Ver Capítulo 8 de la Parte IV sobre Instrumentación para Puentes), o empleo de buceadores.
El equipo de buceo necesario depende de si la inspección es en aguas superficiales o profundas y
puede incluir: casco, máscara, vestido de buceo, cinturón de lastre, aletas, cuchillo, guantes de
caucho o metálicos, cuerda para contacto con la superficie. Debe disponerse además de un bote y
de suficiente personal auxiliar. La inspección bajo agua debe realizarse con buceadores
profesionales y experimentados en trabajos bajo altas condiciones de turbulencia. El buceador
debe ser perfectamente informado sobre los componentes del puente que debe inspeccionar y
sobre los objetivos de su trabajo por lo que debe suministrársele toda la información que pueda
serle de utilidad.
El buceador inspector debe chequear entre otros los siguientes aspectos:
• Estado de las estructuras y de los materiales por debajo de la línea del agua buscando cualquier
signo de deterioro o daño por abrasión, colisión de objetos flotantes, grietas, etc.
• Estado de materiales o estructuras de protección existentes.
• Movimientos o grado de deterioro de las pilas y estribos.
• Posición y magnitud de huecos de socavación próximos a las estructuras. Si es posible, debe
tratar de detectar la posición de la roca.
• Grado de exposición al agua de las estructuras de cimentación indicando dimensiones y la
ubicación del lugar en que pila y zapata se unen.
• Elevación de la cimentación y del lecho del río con relación a la superficie del agua.
d) Reporte de la inspección
Todos los hallazgos deben ser pronta y apropiadamente comunicados al personal que trabaja en
la dependencia a cargo del puente. El reporte de la inspección debe incluir fotos ilustrando
detalles del puente, esquemas resaltando miembros con problemas y dimensiones claves y de ser
posible videos indicando la localización y tamaño de los daños y las condiciones del cauce hacia
aguas arriba y aguas abajo. Los reporte de inspección deben incluir miembros en buen y mal
estado para evitar dudas sobre algún elemento faltante por auscultar y también sugerir medidas
de reparación.
Ejemplos de formatos para realizar inspección y evaluación a un puente se incluyen en los
ANEXOS.
4. INSPECCIÓN
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PARTE IV. SOCAVACIÓN EN PUENTES
Tabla 4.1
4.8
Aspectos a inspeccionar en un puente con énfasis en socavación. Condiciones aguas
arriba del puente.
Bancas
Cauce principal
Condiciones aguas arriba del puente
Estables
Inestables
Existencia de vegetación natural Hay erosión en las bancas,
como
árboles,
medidas
de deslizamiento de laderas,
estabilización
como
diques,
daño en las medidas de
gaviones,
enrocado,
estabilización, etc.
revestimientos, etc.
· Abierto y despejado con buenas condiciones de flujo, o
meándrico o entrenzado, con el cauce principal formando un
ángulo con relación a la orientación del puente.
· Agradación o degradación del cauce.
Laderas o
zonas de inundación
· Evidencia de movimiento del cauce con respecto al puente.
· Evidencia de flujo significativo.
· Modelos de flujo. El agua sobrepasa la carretera y regresa
al cauce principal aguas abajo del puente? o, toda el agua se
concentra para pasar por la abertura del puente?
· Existencia y eficacia de estructuras de alivio.
· Extensión de la zona de inundación y obstrucción del flujo
que se aproxima al puente y a sus accesos.
Basuras
Otros aspectos
4. INSPECCIÓN
· Evidencia de sobrepaso de las vías (basura, erosión de las
laderas del terraplén, daño del enrocado o revestimiento).
Extensión de la acumulación de basuras y desechos hacia
aguas arriba.
Existencia de tributarios aguas arriba, puentes, presas, y otras
características que pueden afectar las condiciones de flujo en
el puente.
(Realice esquemas y tome fotos)
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Tabla 4.2
4.9
Aspectos a inspeccionar en un puente con énfasis en socavación. Condiciones en el
puente.
Condiciones en el puente
Subestructura
Superestructura
Protección del cauce
medidas de control
Cauce
4. INSPECCIÓN
· Evidencia de movimiento de pilas y estribos: movimiento
rotacional (chequeo con relación a la línea de plomada);
asentamiento (chequeo de discontinuidades en las líneas de la
subestructura y superestructura, en los rieles del puente,
chequeo de existencia de gritas y descascaramiento);
movimiento en los asientos del puente, desgaste de zapatas.
· Daño de las medidas de control que protegen las
fundaciones (enrocado, tablestacados, muros guía, etc.).
· Cambios en la elevación del lecho del cauce cerca a las
fundaciones (exposición de elementos enterrados).
· Cambios en la sección transversal del lecho del río en la
zona del puente, incluyendo la localización y posición de
huecos de socavación.
· Evidencia de sobrepaso del puente. Está la superestructura
anclada a la subestructura de forma que se prevengan
desplazamientos durante crecientes?
· Evidencia de obstrucción al paso del flujo. La
superestructura colecta basuras o por el contrario tiene una
sección amplia?
· Diseño. Es la superestructura vulnerable a falla en el evento
de movimientos de la fundación (p.e. luces simples y diseño
no adecuado para transferencia de cargas).
y · Enrocado. Está el enrocado efectivamente protegiendo todo
el talud hasta el lecho del río, está deteriorado o ha sido
removido? Está intacto el enrocado de las pilas o ha sido
removido y reemplazado por material de transporte? Hay
muestras de enrocado aguas abajo del puente?
· Muros encauzadores. Están en su sitio o han sido dañados
por erosión o socavación?
· Cauce y lecho. Está la corriente del cauce atacando pilas y
estribos a cierto ángulo? Hay evidencia de erosión y
socavación? Ha cambiado la sección transversal desde la
ultima medición?
· El curso de agua luce pequeño en relación con la corriente
y la zona de inundación?
· Hay barras, islas, vegetación y basuras que bloqueen el
flujo y lo concentren en una sección del puente y/o hacen que
ataque las estructuras?
· Están las estructuras coleccionando basuras que bloqueen
el flujo? Los accesos de la vía son usualmente sobrepasados?
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Tabla 4.3
4.10
Aspectos a inspeccionar en un puente con énfasis en socavación. Condiciones aguas
abajo del puente.
Condiciones aguas abajo del puente
Bancas
Cauce principal
Zonas de inundación
Otros aspectos
4. INSPECCIÓN
Estables
Inestables
Existencia de vegetación Erosión en las bancas,
natural, árboles, medidas de deslizamiento de laderas,
estabilización como diques, daño en las medidas de
gaviones, enrocado,
estabilización, etc.
revestimientos, etc.
· Abierto y despejado con buenas condiciones de flujo, o
meándrico o entrenzado con islas, barras, escombros, cercas
que retrasen y obstruyan el flujo.
· Agradación o degradación del cauce.
· Evidencia de movimiento del cauce con respecto al puente.
· Son claras y despejadas de forma que el flujo contraído en
el puente retorne suavemente al cauce natural? o existen
diques, árboles, basuras u otro tipo de obstrucciones?
· Evidencia de socavación y erosión debido a la turbulencia
aguas abajo.
Existencia de presas, puentes, confluencias con más grandes
corrientes que puedan causar efectos de remanso o tirantes de
aguas más bajos a la salida del puente en estudio.
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