ESTADO Y DAÑOS TIPICOS DE LOS PUENTES DE LA RED VIAL NACIONAL, BASADOS EN INSPECCIONES VISUALES

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ESTADO Y DAÑOS TIPICOS DE LOS PUENTES DE LA RED VIAL

NACIONAL, BASADOS EN INSPECCIONES VISUALES

STATE EVALUATION AND TYPICAL DAMAGES OF BRIDGES OF THE

COLOMBIAN NATIONAL ROADWAY NET, BASED ON VISUAL

INSPECTION

Por/By Edgar Eduardo Muñoz Díaz , Rafael Hernández y Edgar Valbuena Reyes

RESUMEN

En este artículo se presenta la cantidad, evolución y tipificación de los daños, basados en inspecciones visuales y auscultaciones profundas realizadas por el Instituto Nacional de Vías desde el año de 1996. Los daños principales detectados son causados en general por insuficiencia estructural (falta de capacidad de carga), descomposición, corrosión, infiltración y socavación. En los puentes de concreto (vigas, losa, pilas, estribos, etc) se han encontrado grietas estructurales de cortante, flexión, tensión pura, torsión y aplastamiento. También se presentan grietas no estructurales que tiene que ver con la calidad y durabilidad del concreto, producidas por carbonatación (baja de pH), contracción por secado, por temperatura y de tipo plástica además de asentamiento plástico. En los puentes de acero se observó corrosión generalizada de elementos principales, uniones soldadas inadecuadas, uniones pernadas incompletas (falta de pernos), problemas de fatiga, grietas en soldaduras, etc. Además la mayoría de los puentes de la red vial nacional tienen daños en las juntas de dilatación, producidas por impactos, descomposición y asentamientos en los terraplenes de acceso.

Palabras claves: Inspección visual, daños típicos, grietas, socavación, corrosión, descomposición.

ABSTRACT

This article presents the amount, evolution and classification of damages, based on visual inspections and deep analyses made by the Colombian Government’s Roads Institute since 1996. The major damages that have been detected are caused by structural insufficiency (lack of load capacity), decomposition, corrosion, infiltration and undermining. In concrete bridges (girders, plates, piers, abutments, etc) shear, flexion, pure bending, torsion and squashing structural cracks have been found. There are also non structural cracks that are related with concrete quality and durability produced by pH reduction, shrinkage, plastic deformation, plastic contraction, and plastic settlement. In steel bridges was observed corrosion in the principal elements, joints without enough welding, joints without fasteners, fatigue problems and welding cracks, etc. In addition many of the Bridges in the national roadway net have damages in the expansion joints produced by impact, decomposition and approach settlements.

Keywords: Visual inspection, typical damages, cracks, scour, corrosion and decomposition.

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1 INTRODUCCION

En el año de 1996 el Instituto Nacional de Vías (Invias) implementó el Sistema de Administración de Puentes de Colombia (Sipucol), con el objeto de mejorar y complementar la gestión técnica y administrativa de las labores de inventario, mantenimiento, inspección y rehabilitación de los puentes. El Sipucol esta conformado por los módulos de Inventario, inspección principal, inspección especial, inspección rutinaria y capacidad de carga. El módulo de Inspección principal consiste en una inspección visual para la evaluación de cada uno de los componentes del puente, donde se identificó el estado de la estructura, los tipos de daños y las reparaciones necesarias. La inspección especial se basa en auscultaciones profundas de la estructura que incluyen ensayos especializados de patología realizados en campo y en laboratorio. Con el objeto de mantener la calidad de los puentes, el Sipucol tiene los siguientes objetivos:

♦ Predicción de necesidades de mantenimiento y de los fondos requeridos. ♦ Elaboración de listados de puentes por prioridades de rehabilitación. ♦ Identificación de puentes con restricciones o limitaciones de servicio.

♦ Búsqueda de la mejor alternativa para rehabilitación de cada puente desde el punto de vista técnico y de costo-beneficio.

♦ Cuantificación de los costos de inversión por puente. Identificación de las obras de mantenimiento menor.

♦ Determinación de la capacidad de carga de los puentes y sus restricciones.

2 MODULO DE INSPECCIÓN PRINCIPAL

Tiene por objeto realizar para cada puente, una inspección visual de cada uno de los componentes principales (superficie, barandas, bordillos, andenes, vigas, losa, pilas, estribos, apoyos, armaduras) que hacen parte de la estructura y dar una calificación basada en una escala cualitativa previamente definida (Instituto Nacional de Vías, et.al, 1996b). En la figura 1 se presenta un resumen de las etapas necesarias para una inspección principal de acuerdo con los criterios de el Sipucol y se incluye el equipo necesario, definición de los componentes, escala de calificación y los tipos de daños.

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(a) Recopilación de informaciones existentes (inspecciones anteriores, inventario, reparaciones,

antecedentes, etc) (b) Visita al puente

Figura 1. Etapas de la inspección principal

El número de puentes de la red vial nacional son aproximadamente 2000, información basada en los resultados del modulo de inventario del Sipucol, de los cuales el 65,6% tienen superestructura en concreto reforzado, el 19.8% en concreto preesforzado y los restantes son de sección mixta (acero y concreto) y ladrillo (véase Figura 2). Con base en la estadística obtenida del módulo de inventario se concluye, que el concreto ha sido el material mas usado para la construcción de los puentes de la red vial nacional. De acuerdo con la información suministrada por el Invias y después de una evaluación estadística de los resultados de las inspecciones de todos los puentes de la red vial nacional, se encontró (de acuerdo a las inspecciones realizadas en los años 2001 y 2002) que el 70% de las estructuras está en buen estado (calificaciones 0, 1, 2), el 21% en condiciones regulares con daños significativos(calificación 3) y el 9% restante con daños graves o con riesgo de colapso (calificación 4 y 5) que requieren reparación urgente e inmediata. En la Figura 3, se observa la evolución del estado de los puentes en las dos(2) inspecciones realizadas por la Entidad (1996-1997 y 2001-2002), donde se evidencia una mejoría en la durabilidad y una disminución de los daños, gracias a las labores de seguimiento(inspección rutinaria), mantenimiento y rehabilitación emprendidas por el Invias.

Se registra:

- La condición general del puente y sus componentes - El tipo y extensión del daño - La necesidad de reparaciones y/o inspecciones especiales - La necesidad de mantenimiento y/o limpieza. Componentes Funcionales

1. Superficie del puente 2. Juntas de expansión 3. Andenes y bordillos 4. Barandas 5. Conos/taludes Otros elementos Estructurales 6. Aletas 7. Estribos 8. Pilas 9. Apoyos 10. Losa 11. Vigas/largueros /diafragmas 12 1 1 15 . Elementos de arco 3. Cables, pendolones, etc 4. Elementos de armadura

. Cauce

Escala de calificación 0. Sin daño o con daño

insignificante.

1. Daño pequeño, pero no se requiere reparación. 2.Existe daño, el componente funciona como se diseño. 3. Daño significativo, se requiere pronta reparación. 4. Daño grave, se necesita inmediata reparación. Tipos de daño 10. Daño estructural. 15. Vibración excesiva. 20. Impacto 30. Asentamiento o movimiento 40. Erosión y socavación 50. Corrosión acero estructural

55. Falta de remaches y/o pernos

60. Daño del concreto / corrosión refuerzo 65. Daño del concreto y

acero expuesto 5. Daño extremo, falla

total o riesgo de falla total del componente.

70. Descomposición 80. Infiltración 90. Otro BASE DE DATOS Necesidad de reparaciones y mantenimiento

Calificación del puente y año de la próxima inspección. Equipo mínimo: Cámara, carpeta, chaleco reflector, grietómetro, binoculares, cita, cepillo, cinturón de seguridad, etc. Necesidad de Inspección especial. 3

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Figura 2. Distribución de los materiales principales de la superestructura Fuente: Base de datos de Sipucol – Invias

0. Sin daño o con daño insignificante.

1. Daño pequeño, pero no se requiere reparación.

2.Existe daño, el componente funciona como se diseño.

3. Daño significativo, se requiere pronta reparación. 4. Daño grave, se necesita inmediata reparación.

5. Daño extremo, falla total o riesgo de falla total del componente.

Estado de los puentes de la Red Vial Nacional de Colombia.

0.0% 10.0% 20.0% 30.0% 40.0% 50.0% 60.0% 0 1 2 3 4 5 ?

Calificación basada en inspección principal

Inspecciones en 2001-2002 (N.puentes 2297) Inspecciones en 1996-1998(N.puentes 2008)

Figura 3 Estado de los puentes. Fuente: Base de datos de Sipucol - INVIAS

3 RESULTADOS

En el segundo periodo de inspecciones realizadas durante los años 2001-2002, se observa que el porcentaje de los puentes con calificaciones de 3, 4 y 5 disminuyeron en un 10%, y el número de puentes con calificación de 2 o menos aumentaron en un 9% (Instituto Nacional de Vías, et.al,1996a), lo que comprueba la gestión del sistema de administración implementado. Con el objeto de evaluar el comportamiento de cada uno de los componentes principales de los puentes, se presentan a continuación sus daños típicos más frecuentes, las reparaciones recomendadas, el estado y la necesidad de inspecciones especiales(estudios de patología, capacidad de carga, evaluación de la socavación mediante estudio hidráulico e hidrológico y otros).

3.1 Superficie del puente

En los puentes con superficie de rodadura en asfalto se han encontrado desconches y baches generalizados en la carpeta y además fisuras típicas de cocodrilo. En los puentes de carpeta de rodadura en concreto, hay descomposición del material por el empozamiento del agua combinado con la insuficiente capacidad estructural del pavimento(Ver Foto 1). Todo debido al desnivel y al mal manejo de las aguas de escorrentía sobre los tableros (Inadecuado bombeo y falta de drenes)

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(Ver Foto 3). Los principales daños encontrados en las inspecciones, en resumen corresponden a la falta de capacidad estructural relacionado con el aumento de las carga por eje de tráfico. Los ingenieros inspectores han recomendado la revisión del diseño de la carpeta de rodadura, mediante inspecciones especiales, lo cual se observa en la Tabla 1.

Tabla 1 Resumen del estado de la superficie de los puentes

1996-1997 2001-2002 Daño estructural 18,2% 19,1% Vibración 0,0% 0,3% Impacto 0,9% 1,8% Asentamiento 10,8% 9,3% Erosión y socavación 0,7% 0,3% Corrosión acero estructural 0,2% 0,1% Daño concreto/corrosión refuerzo 0,0% 0,3% Daño del concreto y acero expuesto 0,3% 0,9%

Descomposición 29,0% 39,4%

Infiltración 10,4% 2,0%

Tipos de Daños

Otros 29,4% 26,6%

Cambio de Pavimento Asfáltico 47,0% 34,6% Cambio de Pavimento de Concreto 5,0% 2,1%

Tratamiento Superficial 29,0% 32,7% Reparación de pavimento 13,0% 22,0% Reparaciones _recom7 endadas Otra 6,0% 8,6% Bueno (0-1-2) 84,3% 91,0% Regular (3) 11,4% 6,6% Malo (4-5) 2,7% 2,1% Estado Desconocido ? 1,6% 0,4%

Porcentaje de recomendación de inspección especial 24,2% 30,4%

Foto 1 Carpeta de concreto descompuesta.

Foto 2 Falla de losa y carpeta de rodadura

Foto 3 Carpeta descompuesta, grietas de cocodrilo.

3.2 Juntas de expansión

A la mayoría de las juntas de dilatación de los puentes de la Red Vial Nacional, se les ha encontrado daños principales, debidos fundamentalmente a infiltración y la falta de diseño estructural para soportar las solicitaciones incluyendo el impacto y probables desniveles. Además se ha detectado problemas de descomposición del concreto aledaño(ver Foto 5) y al desprendimiento por impacto de los elementos de la junta. También daño interno y afectación del concreto de la losa, vigas y apoyos de los puentes.

La mayoría de las juntas de acero, tienen ángulos y platinas corroídos y totalmente fracturados. Hay asentamientos en los terraplenes de acceso y desnivel con el tablero(ver Foto 4 y Foto 6), que producen impactos altos y daño estructural de las juntas. Se ha observado pérdida de la placa de acero, debido a uniones entre la platina y los ángulos inadecuados. (puntos de soldaduras intermitentes), lo cual genera aumento de fatiga y posterior falla estructural. Insuficiente

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capacidad estructural de las juntas para asumir su función de absorber los desplazamientos horizontales y verticales. De acuerdo con los diferentes periodos de inspección, se observa en la Tabla 2, que el daño de las juntas de expansión ha aumentado de un 14% a un 21%, lo cual debe ser objeto de investigación para buscar soluciones más optimas.

Tabla 2 Resumen del estado de las juntas de expansión

1996-1997 2001-2002

Daño estructural 23,4% 11,4%

Impacto 16,9% 13,3%

Asentamiento 2,3% 0,9%

Corrosión acero estructural 0,1% 0,1% Daño concreto/corrosión

refuerzo 0,0% 0,2%

Daño del concreto y acero

expuesto 0,0% 0,4% Descomposición 8,2% 6,5% Infiltración 32,2% 41,0% Tipos de Daños Otros 16,9% 26,1% Reparación de junta 33,0% 23,9% Cambio de junta de acero 9,0% 18,5% Cambio a junta de goma

asfáltica 41,0% 31,3%

Reparaciones recomendadas _{Otra 17,0%}_26,3%

Bueno (0-1-2) 68,1% 65,0%

Regular (3) 17,8% 14,3%

Malo (4-5) 13,6% 5,1%

Estado

Desconocido ? 0,4% 15,6%

Porcentaje de recomendación de inspección especial

23,7% 18,8%

Foto 4. Desnivel y descomposición en junta dentada. Puente Dos Ríos

Foto 5. Daño en junta entre losa de aproximación y tablero.

Foto 6 Desnivel y descomposición en juntas.

Puente de los Ángeles

3.3 Andenes y Bordillos:

Los andenes de concreto reforzado ha presentado descomposición y aceros expuestos (Ver Foto 7 y Foto 8 Falta de andenes y pintura en bordillos. Puente la Pizarra. Además huecos por falla estructural que afectan la seguridad vial. La causa principal del deterioro es el impacto y la falta mantenimiento general, lo cual se observa en la Tabla 3.

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Tabla 3 Resumen del estado de los andenes y bordillos 1996-1997 2001-2002 Daño estructural 2,1% 2,7% Vibración 0,5% 0,0% Impacto 25,4% 13,6% Asentamiento 3,6% 0,5%

Corrosión acero estructural 1,0% 0,1% Daño concreto/corrosión refuerzo 3,1% 7,0% Daño del concreto y acero

expuesto 15,5% 8,0%

Tipos de Daños

Otros 46,6% 63,1%

Cambio de anden o bordillo 64,0% 14,3%

Reparación de concreto 9,0% 16,1%

Reparaciones recomendadas Otra 27,0% 69,7% Bueno (0-1-2) 93,3% 96,8%

Regular (3) 3,2% 2,0%

Malo (4-5) 2,9% 0,6%

Estado

Porcentaje de recomendación de inspección

especial 29,7% 27,5%

Foto 7 Impacto, descomposición y pérdida de

recubrimiento del concreto en el bordillo. Foto 8 Falta de andenes y pintura en bordillos. _{Puente la Pizarra}

3.4 Barandas

Algunos de los puentes no tienen barandas y es necesaria su construcción urgente, para evitar problemas de seguridad vial, tanto para los peatones como para los vehículos (Ver Foto 9). Los tipos de daños principales en la barandas, son debidos al impacto (Ver Foto 10 y Foto 11) y una inadecuada señalización. De acuerdo con las labores de inspección en diferente épocas, se aprecia una mejora en el estado de las barandas, producida por el aumento de las labores de mantenimiento y rehabilitación.(Ver Tabla 4).

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Tabla 4 Resumen del estado de las barandas 1996-1997 2001-2002 Daño estructural 0,8% 0,9% Vibración 0,0% 0,1% Impacto 31,2% 27,1% Asentamiento 0,1% 0,1%

Corrosión acero estructural 0,9% 4,0% Daño concreto/corrosión

refuerzo

0,4% 1,9%

Daño del concreto y acero expuesto 2,5% 2,6% Descomposición 0,0% 1,3% Infiltración 0,1% 0,1% Tipos de Daños Otros 63,9% 61,8% Reparación de barandas de concreto 26,0% 23,6% Reparación de barandas de acero 9,0% 13,3% Cambio de baranda de concreto 36,0% 8,7%

Cambio de baranda de acero 22,0% 14,5% Reparaciones _recomendadas Otra 6,0% 39,9% Bueno (0-1-2) 62,5% 76,3% Regular (3) 14,8% 12,1% Malo (4-5) 22,3% 11,0% Estado Desconocido ? 0,4% 0,6% Porcentaje de recomendación de inspección especial 17,5% 23,0%

Foto 9. Falta de Barandas. Puente Tomas Castrillón (Cauca)

Foto 10. Barandas inestables por impacto. Puente Coello (Tolima)

Foto 11 Barandas de concreto destruida por impacto. Puente

Cañada Profunda No. 1.

3.5 Conos y Taludes:

Se han detectado problemas de erosión en los taludes(conos), por falta del control de las aguas de escorrentía, que provienen principalmente de las vía, mediante la construcción de cunetas o disipadores de energía (Foto 12 y Foto 13). Por la inestabilidad de los conos y taludes, debidos a la erosión, se observan asentamientos en las aletas y en los accesos del puente. Deslizamientos aledaños, que pueden afectar la seguridad del puente. Acumulación de basuras en los taludes aledaños afectan su estado y conservación.

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Tabla 5 Resumen del estado de los conos y taludes 1996-1997 2001-2002 Daño estructural 0,4% 0,2% Impacto 0,9% 0,2% Asentamiento 4,8% 6,8% Erosión y socavación 70,3% 63,0% Infiltración 7,9% 3,1% Tipos de Daños Otros 15,7% 26,8% Rellenar 13,6% 22,4% Reparación de elementos de protección 6,0% 3,3%

Protección de conos de derrame 19,6% 9,5%

Construcción de cunetas 48,7% 37,0% Reparaciones recomendadas Otra 12,1% 27,8% Bueno (0-1-2) 93,4% 94,9% Regular (3) 5,5% 4,4% Malo (4-5) 0,9% 0,5% Estado Desconocido ? 0,2% 0,2%

19,1% 25,9%

Foto 12. Falta de manejo de aguas de escorrentía. Puente Río Sucio (Cauca)

Foto 13. Erosión en el talud cerca al estribo, por manejo inadecuado de aguas.

3.6 Aletas

En las aletas se han encontrado grietas a flexión y a cortante por insuficiente capacidad de carga y por el efecto que produce el asentimiento (Foto 14). Movimiento y desplomes por problemas de socavación del cauce o erosión producida por la inestabilidad de los taludes aledaños (Foto 15). Algunas aletas son utilizadas inadecuadamente, para soportar las carga de una ampliación o de una pasarela peatonal, para lo cual no están diseñadas estructuralmente.

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Tabla 6 Resumen del estado de las aletas 1996-1997 2001-2002 Daño estructural 11,8% 12,5% Impacto 0,7% 1,3% Asentamiento 30,6% 21,2% Erosión y socavación 27,1% 10,0% Daño concreto/corrosión refuerzo 0,7% 2,2%

Daño del concreto y acero expuesto 9,0% 2,9%

Tipos de Daños

Otros 12,5% 15,8%

Reparación de concreto 15,4% 19,2% Encamizado de concreto para

protección

6,6% 3,5%

Encamizado como reforzamiento estructural

28,6% 3,8%

Cambio total de la estructura 19,8% 11,1% Cambio parcial de la estructura 11,0% 2,0% Reparaciones _recomendadas Otra 18,7% 60,4% Bueno (0-1-2) 94,0% 96,6% Regular (3) 2,9% 2,0% Malo (4-5) 2,3% 1,1% Estado Desconocido ? 0,8% 0,3% Porcentaje de recomendación de inspección

especial

25,1% 28,3%

Foto 14. Grietas por falta de capacidad de carga de las aletas.

Puente Venecia (Boyacá).

Foto 15 Deterioro e infiltración del concreto y erosión de las aletas

Foto 16 Problemas en junta de construcción.

3.7 Estribos:

En los estribos se ha detectado grietas a flexión y a cortante por falta de capacidad de carga y por asentimientos. Socavación de la cimentación y posterior daño estructural del estribo (Ver Foto Foto 18 y Foto 19). Detallado estructural inadecuado para resistir las cargas sísmicas y los efectos de deslizamiento. Descascaramiento y descomposición del concreto cerca de los apoyos, por dispositivos inadecuados. Fisuras en los pedestales y fractura de los topes sísmicos. Fisuración por ingreso de cloruros y corrosión del refuerzo, en zonas costeras con ambiente agresivo. Infiltración por las juntas, afectan la durabilidad del concreto aledaño a los apoyos.

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Tabla 7 Resumen del estado de los estribos 1996-1997 2001-2002 Daño estructural 9,8% 9,7% Impacto 1,0% 1,1% Asentamiento 16,1% 5,6% Erosión y socavación 19,5% 7,0%

Daño concreto/corrosión refuerzo 2,0% 3,3% Daño del concreto y acero expuesto 8,8% 2,9%

Tipos de Daños

Otros 21,5% 8,5%

Reparación de concreto 32,1% 30,5% Encamizado de concreto para protección 13,4% 3,9% Encamizado como reforzamiento

estructural

24,1% 3,1%

Cambio total de la estructura 4,5% 0,9%

Cambio parcial de la estructura 2,7% 1,5% Reparaciones _recomendadas Nivelación 23,2% 60,1% Bueno (0-1-2) 92,9% 96,4% Regular (3) 3,8% 2,1% Malo (4-5) 1,5% 0,7% Estado Desconocido ? 1,8% 0,8%

Foto 17. Grieta horizontal en la mitad de la altura del estribo.

Puente la Chatana.

Foto 18. Grietas por falta de capacidad de carga

Foto 19 Problemas de capacidad de carga e infiltración.

3.8 Pilas

Pilotes descubiertos con descomposición del concreto y con fisuras longitudinales estructurales, en puentes sobre el mar(zona costera), afectados por la corrosión generada por la baja de pH y alto contenido de cloruros.(Foto 22). Fractura de pilas centrales de puentes en arco a media altura por esfuerzos de tensión, corrosión y acero expuesto. Fisura de cortante y flexión en vigas cabezales de las pilas. Fisuras verticales ocasionadas por impactos producidos por las rocas. Desplome por asentamientos. Corrosión generalizada en pilas de concreto, por alta concentración de humedad, vegetación y musgo(Foto 20) .Corrosión local en columnas de acero de la pila con pérdida de área. Infiltración generalizada por las juntas (Foto 20).

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Tabla 8 Resumen del estado de las pilas 1996-1997 2001-2002 Daño estructural 14,1% 9,9% Vibración 1,4% 0,0% Impacto 9,9% 5,0% Asentamiento 9,9% 3,1% Erosión y socavación 15,5% 5,3% Corrosión acero estructural 0,0% 2,3%

Daño concreto/corrosión refuerzo 4,2% 11,8% Daño del concreto y acero

expuesto 12,7% 11,8% Descomposición 5,6% 3,1% Infiltración 5,6% 37,0% Tipos de Daños Otros 21,1% 10,7% Reparación de concreto 46,5% 48,5% Encamizado de concreto para

protección

16,3% 1,5%

Encamizado como reforzamiento estructural

7,0% 4,4%

Cambio total de la estructura 2,3% 0,0%

Cambio parcial de la estructura 7,0% 0,7%

Nivelación 2,3% 2,9% Repara ciones re comend adas Otra 18,6% 41,9% Bueno (0-1-2) 93,6% 94,2% Regular (3) 3,9% 3,4% Malo (4-5) 0,8% 1,6% Estado Desconocido ? 1,7% 0,8%

31,5% 23,6%

Foto 20. Alta concentración de humedad Puente Caima

(Tolima)

Foto 21. Infiltración y problemas de desechos flotantes

que aumenta socavación local

Foto 22 Corrosión, fisuras longitudinales. Viaducto El

Morro (Nariño).

3.9 Apoyos

Deterioro, deformación y excesiva distorsión de apoyos de neopreno (Foto 24). Apoyos de acero tipo móvil sin lubricar y sin mantenimiento adecuado (Foto 23). Longitud de apoyo insuficiente e inadecuada, que no cumple con las especificaciones símicas. Desconches de bajo de los apoyos por falla por aplastamiento de concreto(Foto 26). Apoyos de balancín sin una correcta verticalidad. Corrosión generalizada y falta de mantenimiento para su correcto funcionamiento (Foto 25 y Foto 27). Falta de anclajes o tornillos en apoyos de acero móviles.

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Tabla 9 Resumen del estado de los apoyos 1996-1997 2001-2002 Daño estructural 32,3% 25,5% Vibración 0,0% 0,4% Impacto 3,8% 4,5% Asentamiento 4,7% 2,5%

Corrosión acero estructural 12,3% 11,0%

Falta Remaches 0,4% 0,5%

Daño concreto/corrosión refuerzo 4,7% 4,2%

Descomposición 8,1% 4,0% Infiltración 5,1% 19,2% Tipos de Daños Otros 6,4% 15,4% Cambio de apoyos 20,7% 12,4% Corrección de la posición 4,1% 3,1% Reparación de concreto 49,0% 43,7%

Reparaciones recomendadas Otra 26,2% 40,8%

Bueno (0-1-2) 90,7% 95,4%

Regular (3) 6,0% 3,2%

Malo (4-5) 1,5% 0,8%

Estado

Foto 23. Apoyos sin lubricar. Puente Icel Mocoa (Putumayo)

Foto 24. Deterioro de apoyos de neopreno. Puente Río Timpio

(Cauca)

Foto 25 Corrosión y deterioro del apoyo. Puente Dos Ríos

Foto 26 Aplastamiento del concreto del estribo. Foto 27 Corrosión generalizada por falta de _{mantenimiento}

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3.10 Losa

Grietas en el concreto de la losa causadas por corrosión. Acero principal corroído, el cual se expande internamente y genera grietas. Fracturación del concreto en la parte de la losa en voladizo, debida principalmente a infiltración. Fisuras por flexión primaria y secundaria. Grietas por retracción y fraguado. Concretos carbonatados, huecos y fallas de la losa por falta de capacidad estructural (Foto 28 y Foto 29). Descomposición del concreto de las losas en voladizo, producida por infiltración excesiva debida a la falta e inadecuada construcción de drenes. (Foto 30). El daños principales son causados por la infiltración y regular calidad del concreto.

Tabla 10 Resumen del estado de las losas

1996-1997 2001-2002

Vibración 0,1% 0,2%

Impacto 0,5% 1,0%

Erosión y socavación 0,3% 0,1% Corrosión acero estructural 0,5% 0,2% Daño concreto/corrosión refuerzo 4,6% 7,7%

Descomposición 0,4% 1,1% Infiltración 73,2% 62,0% Tipos de Daños Otros 1,8% 4,6% Refuerzo (Sobrelosa) 0,7% 0,7% Reparación de concreto 15,7% 23,0% Cambio de losa 2,2% 2,2%

Inyección de grietas con epoxi/resina 0,5% 2,0% Reparación de drenes 78,2% 69,3% Reparaciones _recomendadas Otra 2,5% 2,8% Bueno (0-1-2) 88,4% 92,5% Regular (3) 7,1% 5,4% Malo (4-5) 1,3% 0,9% Estado Desconocido ? 3,2% 1,2%

Foto 28. Falla de losa por insuficiencia estructural

Foto 29. Acero expuesto y recubrimiento insuficiente. Calidad

regular del concreto

Foto 30 Infiltración por deficiencia en la construcción de los drenes

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3.11 Vigas, Largueros y Diafragmas

En vigas principales se encontraron grietas por cortante, tensión, flexión y torsión, causadas por la insuficiente capacidad de cargas y el aumento de las cargas reales de tráfico.(ver Foto 34 y Foto 33). Hay grietas especialmente de cortante con espesores mayores de 0.60 mm, las cuales se consideran peligrosas para la seguridad del puente, ya que representan esfuerzos altos. Riostras con fisuras y con detallado estructural y de construcción inadecuados.

Falta de adherencia entre el concreto y el acero de refuerzo, debido al mal detallado estructural(falta de ganchos y traslapos mal ubicados). Acero principal expuesto por falta de recubrimiento(Foto 32 y Foto 35). Corrosión y descomposición del acero y/o concreto, por problemas de infiltración y ambientes agresivos. Corrosión del acero por problemas de baja de pH (carbonatación) y alto contenido de cloruros, que produce perdida de la sección .(Ver Foto 31).El daño estructural es el más frecuente en las vigas de concreto reforzado y preesfrozado l, por lo que se recomendó un estudio de capacidad de carga de la superestructura de los puentes y estudios de patología.(Ver Tabla 11).

Tabla 11 Resumen del estado de las vigas, largueros y diafragmas

1996-1997 2001-2002

Impacto 2,3% 1,7%

Corrosión acero estructural 6,3% 6,8% Daño concreto/corrosión refuerzo 9,3% 11,4%

Tipos de Daños

Otros 3,2% 7,6%

Reparación de concreto 67,1% 57,6% Refuerzo de viga de concreto 10,2% 6,6% Cambio de viga de concreto 0,7% 0,2% Inyección de grietas con epoxi/resina 1,4% 19,0% Reparación de componentes de acero 2,3% 2,1%

Pintura de acero 5,8% 5,5%

Cambio de viga de acero 0,5% 0,5% Refuerzo de viga de acero 1,2% 0,2% Cambio de viga de concreto prefabricado 0,5% 0,0%

Repara ciones re comend adas Otros 10,4% 8,4% Bueno (0-1-2) 83,9% 84,2% Regular (3) 11,0% 12,0% Malo (4-5) 2,5% 3,1% Estado Desconocido ? 2,7% 0,7%

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Foto 31. Corrosión por baja de pH y cloruros.

Puente el Piñal

Foto 32 Acero expuesto y corroído en un diafragma y descomposición del concreto.

Puente Río Robles.

Foto 33 Grieta a flexión en viga transversal de acero en un puente

de armadura a través.

Foto 34 Grieta a cortante en viga principal de concreto reforzado. Espesor de la grieta mayor a

0.6mm

Foto 35 Acero principal expuesto. Falta recubrimiento y hormigueros en el concreto

3.12 Elementos de arco

En los puentes de arcos de concreto simple, se ha encontrado fisuras transversales y longitudinales, por deficiencia en la capacidad a tensión del arco(ver Foto 37). Infiltraciones en exceso que generan desintegración del material y afecta la durabilidad. (Foto 36). Para los puentes en acero, existen problemas de detallado estructural especialmente en las uniones soldadas y con pernos. Vibración excesiva, por problemas de rigidez. Además insuficiencia en las uniones arco-pendolón y pendolón – viga de rigidez. Problemas de estabilidad lateral. Se han recomendado inspecciones especiales y estudios de capacidad de carga para los puentes en arco especialmente los de acero, de los cuales hay antecedentes de colapso (Muñoz, Edgar, 2002).

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Tabla 12 Resumen del estado de los elementos de arco 1996-1997 2001-2002 Daño estructural 23,3% 18,6% Vibración 0,0% 7,0% Impacto 0,0% 2,3% Asentamiento 10,0% 7,0%

Corrosión acero estructural 6,7% 9,3% Daño concreto/corrosión refuerzo 6,7% 2,3% Daño del concrero y acero expuesto 10,0% 11,6%

Tipos de Daños

Otros 16,7% 20,9%

Reemplazar pernos o remaches defectuosos

8,3% 0,0%

Pintura de acero 0,0% 10,7% Reparación de concreto 16,7% 32,1%

Reparaciones recomendadas _{Otra 75,0%}_57,1%

Bueno (0-1-2) 82,1% 78,1%

Regular (3) 10,4% 13,5%

Malo (4-5) 1,9% 6,3%

Estado

Foto 36. Manchas del concreto producidas por infiltraciones.

Puente Guamitos

Foto 37. Fisuras en la estructura de arco

Foto 38 Fisura en pantalla de refuerzo construida para cortar la

luz de la viga superior. Puente Piedra Campana (Boyaca)

3.13 Cables, pendolones y torres

En puentes colgantes se ha observado falta de remaches en la unión de las vigas con el pendolón y corrosión generalizada en elementos de acero Platinas afectadas por el pandeo y el inadecuado detallado estructural. Aumento del fenómenos de fatiga por soldaduras intermitentes, en uniones principales. Corrosión generalizada, por falta de mantenimiento. (Foto 39). Rotura de hilos en los cables principales (catenaria y pendolones). (Foto 40).

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Tabla 13 Resumen del estado de los cables, pendolones y torres

1996-1997 2001-2002

Impacto 20,0% 10,5%

Daño concreto/corrosión refuerzo 13,3% 10,5%

Tipos de Daños

Otros 20,0% 21,1%

Reemplazo de pernos y/o remaches defectuosos 0,0% 0,0% Reparación de componentes de acero 10,0% 7,1%

Reparaciones recomendadas Otra 80,0% 57,1%

Bueno (0-1-2) 76,9% 72,7%

Regular (3) 11,5% 11,4%

Malo (4-5) 5,8% 13,6%

Estado

Foto 39. Corrosión, Puente Tadó(Chocó)

Foto 40 Platinas dobladas, cables afectando platinas. Puente Argelino

Duran Quintero

Foto 41 Catenaria principal con falla en alambres.

3.14 Elementos de armadura

En puentes de armadura de paso a través, superior e inferior, se encontró una corrosión generalizada en elementos principales (Foto 42 ,Foto 45 y Foto 47), especialmente en los cordones inferiores. Soldaduras con defectos y socavados en elementos sometidos a tensión. Problemas de pandeo local y general, en elementos no compactos. Fisuras por cortante y flexión en vigas ensambladas, de tableros de sección mixta. Deficiencia en el detallado de las uniones, evidenciando problemas de vibración y fatiga (Foto 43 y Foto 45). Elementos de armadura golpeados y oxidados, especialmente el cordón superior que tiene amplia responsabilidad estructural con relación a la estabilidad. En particular los daños típicos de este componente han aumentado, como se observa en la Tabla 14, lo que representa la necesidad de aumentar la inversión por parte del Estado para la conservación, mantenimiento y rehabilitación de estos tipos de puentes. Igualmente hay antecedentes de la falla y colapso de este tipo de puentes en Colombia. (Muñoz, Edgar, 2002).

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Tabla 14 Resumen del estado de los elementos de la armadura

1996-1997 2001-2002

Impacto 27,6% 17,4%

Tipos de Daños

Otros 11,8% 5,4%

Remplazo de pernos y/o remaches defectuosos

17,5% 9,3%

Reparación de componentes de acero 19,3% 24,0%

Reposición de elementos faltantes o dañados 5,3% 16,0% Reparaciones recomendadas Otra 38,6% 17,3% Bueno (0-1-2) 63,0% 70,7% Regular (3) 28,9% 18,7% Malo (4-5) 4,6% 9,3% Estado Desconocido ? 3,5% 1,3%

Foto 42. Corrosión generalizada en

remaches. Puente El pescado Foto 43. Falta de pernos, problemas de vibraciones y fatiga

Foto 44 Oxidación de elementos estructurales. Puente Aguacaliente

Foto 45 Corrosión y falta de pernos en el cordón inferior.

Puente Dos Ríos

Foto 46 Problemas de corrosión, perdida de sección de cordón

inferior de acero.

Foto 47 Problemas de corrosión en cordón inferior

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3.15 Cauce

Diversos puentes de la red Vial Nacional han fallado por problemas de socavación, ya que no tuvo en cuanta en su etapa de diseño un estudio hidráulico, hidrológico y de socavación. Por tal motivo la cimentación no contempló las probables profundidades de socavación de acuerdo con las características del cauce y de la cuenca. Por este motivo en las inspecciones realizadas, se ha encontrado insuficiente área hidráulica(Luz del puente) y galibos.

Además asentamientos y desplomes tanto de pilas, estribos y aletas. Inestabilidad de los terraplenes de acceso. Estructuras hidráulicas dañadas y mal localizadas produciendo obstrucción y aumento de la socavación local (Foto 50). Pilotes descubiertos por socavación local (Foto 49). Colmatación y sedimentación del cauce, que disminuye el galibo y aumenta el riesgo de submergencia (Foto 51). Márgenes aguas arriba inestables, acompañadas con obras complementarias (gaviones) y con la probabilidad de afectar la estabilidad de los puentes.

Tabla 15 Resumen del estado de los elementos relacionados con el cauce

1996-1997 2001-2002 Daño estructural 0,6% 0,4% Asentamiento 0,8% 0,5% Erosión y socavación 75,5% 70,3% Tipos de Daños Otros 23,0% 28,5% Renivelar 5,0% 4,9% Reencauzamiento (Rectificación) 39,7% 31,5% Protección del cauce 14,1% 12,6%

Gaviones 6,9% 11,0% Reparaciones recomendadas Otra 34,2% 40,0% Bueno (0-1-2) 85,6% 90,7% Regular (3) 10,2% 7,5% Malo (4-5) 3,1% 1,0% Estado Desconocido ? 1,0% 0,8%

13,0% 19,3%

Foto 48. Colapso del Puente Unete (Casanare) por problemas de socavación general y local

Foto 49. Socavación local en estribos. Puente Río El Águila

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Foto 50. Socavación local en estribos. Foto 51. Colmatación y sedimentación con posibilidad de submergencia

4 CONCLUSIONES

Con base en el estudio y la evaluación estadística de las inspecciones, se encontró que los componentes con mayores daños, son las juntas de dilatación (Malo 21%-2002-2003), las vigas y losas de concreto reforzado (Malo 5% - 1996 y1997), los elementos de armaduras (Malo 11%-2002-2003) y las cimentaciones (cauce) por los problemas de socavación (Malo 11% - 1996 y1997). Se observa que los daños más frecuentes están relacionados por deficiencias en la durabilidad y calidad del concreto, ya que se detectaron problemas frecuentes de descomposición, infiltración, corrosión producida por baja de pH, hormigueros, aceros expuestos y grietas no estructurales. Por otro lado a las vigas de concreto, generalmente se les ha detectado grietas de cortante y flexión, generadas por la insuficiencia estructural (falta de capacidad de carga) y por el aumento de las carga vehiculares (sobrepesos). Por último es claro que los daños y deficiencias, han disminuido, gracias a las labores del INVIAS, dando apoyo y continuidad a las inspecciones, el mantenimiento y la rehabilitación. En las inspecciones realizas en los años 2001-2002, se recomendaron estudios especializados (inspecciones especiales) al 15% de los Puentes de la Red Vial Nacional, ya que se requiere profundizar y aclarar el tipo de daño mediante ensayos destructivos y no destructivos, y evaluar las diferentes alternativas de reparación. Para mejorar el estado de los puentes, se recomienda para trabajos futuros investigar en los siguientes temas básicos:

• Durabilidad de los concretos,

• Metodologías modernas de inspecciones visuales,

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

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

• Estudios especializados de socavación. 5 REFERENCIAS

Instituto Nacional de Vías y Directorado de Carreteras de Dinamarca (1996a). “Manual de inspección principal de Puentes”, Bogotá, Colombia.

(22)

Instituto Nacional de Vías) y Directorado de Carreteras de Dinamarca(1996b). “Manual de inspección especial de Puentes”, Bogotá, Colombia.

Instituto Nacional de Vías y Directorado de Carreteras de Dinamarca(1996c). “Base de datos - SIPUCOL - 1996”, Bogotá, Colombia.

Instituto Nacional de Vías y Directorado de Carreteras de Dinamarca(2001). “Base de datos - SIPUCOL - 2001”, Bogotá, Colombia.

Muñoz, Edgar Eduardo(2002), “Causa del colapso de algunos puentes en Colombia”, VII Congreso Latinoamericano de Patología de la construcción, Yucantan, México.

6 AGRADECIMIENTOS

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

Edgar Eduardo Muñoz Diaz

Ingeniero Civil, Magíster en Ciencias de la Ingeniería

Jefe de la sección de estructuras del Departamento de Ingeniería Civil Grupo de estructuras

Pontificia Universidad Javeriana Bogotá D.C. Colombia

Civil Engineer, M.Sc.

Structural chief of Department of civil Engineering, Structural group

Pontificia Universidad Javeriana Bogota D.C., Colombia

edgar.munoz@javeriana.edu.co

Rafael Hernández Ingeniero Civil. Grupo de estructuras

Pontificia Universidad Javeriana Bogotá D.C. Colombia Civil Engineer Structural group Bogota D.C., Colombia rafael.hernández@javeriana.edu.co Edgar Valbuena Ingeniero Civil. Joven investigador Grupo de estructuras

Pontificia Universidad Javeriana Bogotá D.C. Colombia

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Civil Engineer Young Researcher Structural group

Bogota D.C., Colombia

Edgar.valbuena@javeriana.edu.co

Luz Marina Trujillo

Ingeniero Civil, Magíster en Ciencias de la Ingeniería Instituto Nacional de Vías

Bogotá D.C. Colombia Civil Engineer, M.Sc. National Roads Institute Bogota D.C., Colombia Ltrujillo@Invias.gov.co Libardo Santacruz

Ingeniero Civil, Magíster en Ciencias de la Ingeniería Instituto Nacional de Vías

Bogotá D.C. Colombia Civil Engineer, M.Sc. National Roads Institute Bogota D.C., Colombia

Lsantacruz@Invias.gov.co