Fallas Estructurales En Puentes 1i4i12

UNIVERSIDAD PERUANA LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL

PUENTES Y OBRAS DE ARTE TEMA: “FALLAS ESTRUCTURALES EN PUENTES” ALUMNO: PONCE ALIAGA DAVID JUNIOR DOCENTE: ING. J. HUGO SILVA IPANAQUE X CICLO

LIMA, FEBRERO DEL 2016

Dedicatoria A Dios por permitirme tener la fuerza para terminar mi carrea. A mis padres por su esfuerzo en concederme La oportunidad de estudiar y por su constante Apoyo a lo largo de mi vida.

ÍNDICE CONTENIDO

I. II.

III.

IV. V.

INTRODUCCIÓN MARCO TEÓRICO 2.1 FALLAS EN PUENTES – FUNCIÓN ESTRUCTURAL 2.2 TIPOS DE FALLAS EN PUENTES 2.3 CLASIFICACIÓN DE PUENTES 03 EJEMPLOS NACIONALES O INTERNACIONALES 3.1 PUENTE ENTRE CAÑETE Y CHINCHA-TOPARÁ (PERU) 3.2 PUENTE SUNSHINE SKYWAY – (FLORIDA, EE.UU.) 3.3 PUENTE DE PLATA – (EE.UU.) CONCLUSIONES RECOMENDACIONES

FALLAS ESTRUCTURALES EN PUENTES I.

INTRODUCCIÓN

PÁG.

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En la construcción de una carretera o de una vía férrea se presentan ciertos obstáculos que han de ser salvados por una estructura segura y económica denominado puente, el cual debe soportar el tránsito de vehículos o de otro tipo sobre el cruce. Estas deben diseñarse estéticamente, se modo que armonicen y enriquezcan la belleza de sus alrededores. Los obstáculos pueden ser variados y presenta condiciones que obligan a usar diferentes tipos de estructuras. El más fuerte obstáculo lo constituyen las corrientes de agua que atraviesan el trazado de una vía, en donde se necesita una estructura tal, que la abertura que ella deja sea suficiente para permitir el cruce del agua en una crecida, sin que afecte la propia estructura ni sobrepase la altura de la rasante obstruyendo la circulación por la vía. A lo largo de este capítulo haremos un énfasis en los aspectos para determinar el tipo de puente, los procesos de construcción y los aspectos generales para la elección y diseño de puentes.

La presencia de fallas estructurales en la ingeniería civil data de hace miles de años, seguramente desde las primeras obras hechas por el hombre y antes de que se pudiera definir una rama especializada para el estudio de éstas. Es muy frecuente encontrar una infinidad de estas fallas que por ser de muy poco impacto visual o estructural no se les analiza y profundiza en su estudio. Además, uno de los mayores inconvenientes que existen para el desarrollo de este tipo de actividad (elaboración de peritajes estructurales) es la muy escasa información y la poca bibliografía que existe para el ejercicio de la misma, así como la acentuada escasez de expertos estructurales debidamente capacitados para efectuar los peritajes.

II.

MARCO TEÓRICO

Conocimientos previos.

Fuerza: Se denomina fuerza a cada una de las acciones mecánicas que se producen entre los cuerpos. Una fuerza se caracteriza por:   

Su punto de aplicación sobre el cuerpo. Su dirección o línea de acción. Su sentido, que puede ser cualquiera de los dos opuestos que define de



acción. Su magnitud que indica la intensidad de las mismas.

Las fuerzas que pueden actuar sobre un cuerpo se clasifican en fuerzas de volumen y fuerzas de superficie. Compresión: Las deformación provocadas por la compresión son de sentido contrario a las producidas por tracción, hay un acortamiento en al dirección de las aplicación de la carga y un ensanchamiento perpendicular a esta dirección, esto debido a que la cantidad de masa del cuerpo no varía. Las solicitaciones normales son aquellas fuerzas que actúan de forma perpendicular a la sección: por lo tanto, la compresión es una solicitación normal a la sección ya que en las estructuras de compresión dominante la forma de la estructura coincide con el camino de las cargas hacia los apoyos. De esta forma, las solicitaciones actúan de forma perpendicular provocando que las secciones tiendan a acercarse y apretarse.

Tracción o tensión:

En el cálculo de estructuras e ingeniería se denomina tracción al esfuerzo interno a que está sometido un cuerpo por la aplicación de dos fuerzas que actúan en sentido opuesto, y tienden a estirarlo. Lógicamente, se considera que las tensiones que tiene cualquier sección perpendicular a dichas fuerzas son normales a esa sección, y poseen sentidos opuestos a las fuerzas que intentan alargar el cuerpo. 2.1 FALLAS EN PUENTES – FUNCIÓN ESTRUCTURAL Las fallas en puentes se presentan por diferentes eventos y la gravedad de la falla depende de la tipología estructural que presente, según el obstáculo a sortear por el mismo, de los materiales, el destino (vial, ferroviario, peatonal o canal), etc. Como dijimos los puentes se construyen para sortear obstáculos, como ser valles, ríos, quebradas, etc. Las fallas en puentes pueden ser debido a eventos sísmicos, crecidas en ríos, explosiones, choques debido a trafico vial o barcos, etc. La función estructural de un puente se puede dividir de 3 maneras; puentes colgantes resisten a tracción, los puentes en viga resisten a flexión y los puentes en arco resisten a compresión. También se puede ampliar la topología de puentes realizando una combinación de estas funciones estructurales. La función estructural de cada puente presenta diferentes particularidades los cuales resultan ser puntos vulnerables que pueden transformarse en fallas en puentes. Por ejemplo, un puente en arco que trabaja a compresión, los puntos vulnerables son los estribos, los puntos de apoyos de la estructura de arco.

Función estructural

Puente en arco

Puente viga

2.2 TIPOS DE FALLAS EN PUENTES

El uso continuo de los puentes, los factores climáticos, los movimientos de asentamiento o sísmicos y la antigüedad de las estructuras, son algunas de las causas de las fallas en estas construcciones, las cuales requieren de un mantenimiento periódico y programado. • Grietas y fisuras: Estas fallas se pueden presentar por incremento de las cargas, el uso de materiales de mala calidad, inestabilidad elástica o pandeo, hormigón mal vibrado y

mal

curado,

hormigonado

durante

temperaturas

ambiente

extremas,

deslizamiento del terreno, fallas en las cimentaciones, temperaturas extremas o enraizamiento de árboles y arbustos.

• Deterioros en hormigón y fábricas:

Estas fallas pueden aparecer en forma de coqueras, desprendimientos y nidos de grava. Pueden ser causadas por ausencia o pérdida de recubrimiento en las armaduras, impermeabilización incorrecta o faltante, ejecución de hormigonado con temperaturas ambiente extremas, vibrado insuficiente del hormigón, lavado de juntas entre ladrillos por filtraciones, contaminación de áridos, depósitos de sales de deshielos y efectos por presencias de microorganismos.

• Muros y estribos con deslizamientos: Este tipo de fallas pueden ser originadas por soluciones estructurales mal ejecutadas, como juntas, empotramientos y apoyos, incremento notable de cargas, enraizamiento de árboles, terreno mal compactado y deslizamiento de tierra.

• Desgaste en los apoyos para puentes:

Los apoyos de neopreno pueden verse afectados por un mal dimensionamiento de los mismos o por un exceso o falta de reacción vertical.

• Desgaste de las juntas de expansión: Pueden originarse en su dimensionamiento incorrecto, impactos de las máquinas quita nieve y desgaste o ausencia del material de la junta.

2.3 CLASIFICACIÓN DE PUENTES

Los puentes son estructuras que los seres humanos han ido construyendo a lo largo de los tiempos para superar las diferentes barreras naturales con las que se han encontrado y poder transportar así sus mercancías, permitir la circulación de las gentes y trasladar sustancias de un sitio a otro. Dependiendo el uso que se les dé, algunos de ellos reciben nombres particulares, como acueductos, cuando se emplean para la conducción del agua, viaductos, si soportan el paso de carreteras y vías férreas, y pasarelas, están destinados exclusivamente a la circulación de personas. Las características de los puentes están ligadas a las de los materiales con los que se construyen: 

Los puentes de madera,

aunque son rápidos de construir y de bajo coste, son poco resistentes y duraderos, ya que son muy sensibles a los agentes atmosféricos, como la lluvia y el viento, por lo que requieren un mantenimiento continuado y costoso. Su bajo coste (debido a la abundancia de madera, sobre todo en la antigüedad) y la facilidad para labrar la madera pueden explicar que los primeros puentes construidos fueran de madera. 

Los puentes de piedra,

de los que los romanos fueron grandes constructores, son tremendamente resistentes, compactos y duraderos, aunque en la actualidad su construcción es muy costosa. Los cuidados necesarios para su mantenimiento son escasos, ya que resisten muy bien los agentes climáticos. Desde el hombre consiguió dominar la técnica del arco este tipo de puentes dominó durante siglos. Sólo la revolución industrial con las nacientes técnicas de construcción con hierro pudo amortiguar este dominio.



Los puentes metálicos

son muy versátiles, permiten diseños de grandes luces, se construyen con rapidez, pero son caros de construir y además están sometidos a la acción corrosiva, tanto de los agentes atmosféricos como de los gases y humos de las fábricas y ciudades, lo que supone un mantenimiento caro. El primer puente metálico fue construido en hierro en Coolbrookdale (Inglaterra). 

Los puentes de hormigón armado

son de montaje rápido, ya que iten en muchas ocasiones elementos prefabricados, son resistentes, permiten superar luces mayores que los puentes de piedra, aunque menores que los de hierro, y tienen unos gastos de mantenimiento muy escasos, ya que son muy resistentes a la acción de los agentes atmosféricos Básicamente, las formas que adoptan los puentes son tres, que, por otra parte, están directamente relacionadas con los esfuerzos que soportan sus elementos constructivos. Estas configuraciones son: 

Puentes de viga.

Están formados fundamentalmente por elementos horizontales que se apoyan en sus extremos sobre soportes o pilares. Mientras que la fuerza que se transmite a través de los pilares es vertical y hacia abajo y, por lo tanto, éstos se ven sometidos a esfuerzos de compresión, las vigas o elementos horizontales tienden a flexionarse como consecuencia de las cargas que soportan. El esfuerzo de flexión supone una compresión en la zona superior de las vigas y una tracción en la inferior.



Puentes de arco.

Están constituidos básicamente por una sección curvada hacia arriba que se apoya en unos soportes o estribos y que abarca una luz o espacio vacío. En ciertas ocasiones el arco es el que soporta el tablero (arco bajo tablero) del puente sobre el que se circula, mediante una serie de soportes auxiliares, mientras que en otras de él es del que pende el tablero (arco sobre tablero) mediante la utilización de tirantes. La sección curvada del puente está siempre sometida a esfuerzos de compresión, igual que los soportes, tanto del arco como los auxiliares que sustentan el tablero. Los tirantes soportan esfuerzos de tracción. 

Puentes colgantes.

Están formados por un tablero por el que se circula, que pende, mediante un gran número de tirantes, de dos grandes cables que forman sendas catenarias y que están anclados en los extremos del puente y sujetos por grandes torres de hormigón o acero. Con excepción de las torres o pilares que soportan los grandes cables portantes y que están sometidos a esfuerzos de compresión, los demás elementos del puente, es decir, cables y tirantes, están sometidos a esfuerzos de tracción. Como cualquier clasificación, ésta no pretende ser más que una aproximación torpe de la comprensión humana a la diversidad, en este caso de los puentes.

III.

03 EJEMPLOS NACIONALES O INTERNACIONALES

PUENTE ENTRE CAÑETE Y CHINCHA-TOPARÁ (PERU) Fue inaugurado en el 2011 por el ex presidente Alan García.

FOTO N°1: Falla en puente entre cañete y chincha-topará

FOTO N°2

Si bien aún no se han establecido eficientemente las causas del colapso del puente Topará, en el límite entre Cañete y Chincha, todo apunta a que se debió a fallas estructurales. Sobre todo luego de que el Ministerio de Transportes y Comunicaciones (MTC) informara que no se había registrado un exceso de peso, pues las balanzas que operan en esa red vial funcionan de manera regular.

PUENTE SUNSHINE SKYWAY – (FLORIDA, EE.UU.)

Las fallas en puentes ocasionadas en Sunshine Skyway causo el colapso de la estructura el 9 de mayo de 1980. La falla en el puente fue causada por un barco carguero “SS Venture Summit” al chocar con unas de las pilas del puente durante una tormenta. El tramo del puente de más 1200 metros (3937 pies) se precipito sobre la bahía de Tampa.

FOTO N°3 : Fallas en Puente sunshine skyway

PUENTE DE PLATA – (EE.UU.)

El 15 de diciembre de 1977, el puente de plata se derrumbó mientras se llenó con el tráfico de la hora pico, lo que resulto en la muerte de 46 personas. La investigación de los restos señalo que la fallas en puentes se debió a un defecto o fisura de una cadena de suspensión con un ancho de fisura de 2,54 mm (0,10 pulgada). También se señaló que la carga del puente era superior a la carga con que se diseñó el puente. El nuevo puente que se construyó sustituyendo al anterior se nombró “Puente de Plata conmemorativo”.

FOTO N°4 : Fallas en Puentes - Puente de Plata

IV.

CONCLUSIONES

En conclusión el estudiante de ingeniería civil debe tener curiosidad de detenerse en las obras de construcción para observar los procesos constructivos para irse empapando en lo que será su ejercicio profesional. Todo buen profesional de la ingeniería estructural debe poseer sólidos conocimientos sobre los materiales usados en las obras, esto unido al buen juicio y la virtud de poder balancear correctamente la estética, las formas estructurales, las técnicas constructivas. El reto futuro de la ingeniería estructural consistirá en la determinación de las propiedades básicas de los materiales de construcción tradicional y el desarrollo de nuevos materiales más económicos, más livianos y más duraderos. Esto se hará considerando la estructura molecular de los cuerpos y otros métodos sofisticados de medición. El campo de la ingeniería estructural está estrechamente ligado a la comparación sistemática de los resultados de los modelos analíticos con los experimentales sometidos a los efectos de los efectos naturales como eventos meteorológicos y sismológicos. La ingeniería sísmica debe llamar nuestra atención ya que nuestro país se encuentra dentro de la zona insular sísmica que abarca todo el caribe y Centroamérica. La ingeniería sísmica tiene entre otras las siguientes funciones: 

Identificar las áreas en las cuales se considere más probable la ocurrencia

 

de un sismo importante, en un plazo corto de tiempo; Seleccionar los parámetros o indicadores que resulten más confiables. Contar con los medios adecuados para medirlos u observarlos

 

sistemáticamente durante lapsos de tiempo que suelen ser de varios años. Que las estructuras no sufran daños bajo la acción de sismos menores. Que las estructuras resistan sismos moderados, con algunos daños



económicamente reparables en elementos no estructurales Que las estructuras resistan sismos intensos sin colapsar, aunque con daños estructurales importantes

V. 

RECOMENDACIONES Tener siempre o la mayoría de veces un control y una supervisión, es decir llevar un control semanal laboral en que se especifique que actividades hay por realizar así mismo minimizar la probabilidad de ocurrencia de una falla estructural catastrófica del puente, a través de la implementación de un sistema en línea de alertas y detección de sobreesfuerzos que permitan



detener el equipo antes de un esfuerzo excesivo. El ingeniero encargado debe profundizar sus conocimientos sobre el comportamiento de los materiales con los cuales se construyen las obras



como tenemos en puentes. No descuidar las acciones de seguridad y prevención