Comportamiento de puentes en Mexico

ESTADO FSICO Y FALLAS QUE SE HAN PRESENTADO EN PUENTES MEXICANOS

Hugo HERNNDEZ-BARRIOS Universidad Michoacana de San Nicols de Hidalgo, UMSNH, CU, Edificio de posgrado en Ingeniera Civil. [email protected]/[email protected] Morelia, Michoacn, Mxico. Wilfrido MARTNEZ MOLINA Universidad Michoacana de San Nicols de Hidalgo UMSNH, CU, Departamento de Materiales, FIC. [email protected] Morelia, Michoacn, Mxico.

Carlos ARCE-LEN Facultad de Estudios Superiores Acatln, UNAM. Unidad de Investigacin Multidisciplinaria. [email protected] Av. Alcanfores y San Juan Totoltepec, Santa Cruz Acatln, Naucalpan, 53150, Estado de Mxico, Mxico.

Resumen

En este trabajo se describen los tipos de fallas estructurales ms comunes que se han presentado en los puentes mexicanos ante eventos naturales y debido al incremento de la carga viva que sobre ellos circulan.

Se describe el estado fsico de los puentes carreteros que se encuentran en la carretera libre de peaje en Mxico. Se clasifican segn sus propiedades geomtricas, estructurales y materiales. Se reporta el tipo de agrietamiento que estos presentan y el nivel de dao asociado. Pese a que ms del 60% de los puentes ubicados en zonas potencialmente ssmicas y que se construyeron antes de 1970, un bajo porcentaje de ellos han fallado estructuralmente ante eventos ssmicos. En este trabajo se describen los tipos de falla que estos presentaron. La principal causa de daos y colapso de los puentes mexicanos se debe a los efectos de hidrolgicos ya que en los ltimos diez aos se han colapsado ms de 50 puentes debido a diversos tipos de socavacin. En este trabajo se muestra el tipo de socavacin ms comn que se ha presentado y el tipo de pila que tenan estos puentes. Otro aspecto importante pero un poco menos comn es el efecto elico sobre los puentes flexibles. En este trabajo se describe el tipo de falla y la magnitud de la carga elica que pudo haber colapsado el puente San Cristbal en 2004 y los tipos de falla en los tirantes de algunos puentes ubicados en zonas de fuertes vientos.

Abstract

The most common types of structural failures that have occurred in Mexican bridges due to natural events and increased live load circulating on them are described in this paper.

This work contains a description of the physical state of the highway bridges that are on some freeways in Mexico. They are classified by their geometric, structural and material properties. The type of cracking that these present and the level of associated damage are also reported. Despite the fact that over 60% of the bridges were built in seismic zones and before 1970, a small percentage of them have failed structurally to seismic events -the nature of these failures is described. The main source of damage and collapse of Mexican bridges lies on the effects of hydrological events; in the last ten years more than 50 bridges have collapsed because of different types of scour. The most common type of scour present in those fallen bridges, and their type of columns are reported in this work. Another important aspect, though common to a lesser degree, is the effect of wind on flexible bridges. Thus, the fault type and magnitude of wind load that could have collapsed the San Cristobal Bridge in 2004 and the types of failure on the suspension cables of some bridges located in high wind areas are described in this paper.

Palabras Clave: Fallas en Puentes, agrietamiento, socavacin, efectos ssmicos, efectos elicos.

Keywords: Bridge Failure, cracking, scour, seismic effects, wind effects.

Hernndez-Barrios H., et al. Estado Fsico y fallas ..

2

Introduccin La Repblica Mexicana se encuentra en una configuracin geogrfica en la que se presentan fuertes vientos huracanados durante los meses de mayo a diciembre de cada ao. Estas rfagas de viento pueden producir inestabilidad elica de algunos puentes flexibles y como consecuencia de los cambios hidrolgicos aumenta el nivel del agua en los ros y causes producindose problemas de socavacin o disminucin del rea hidrulica generando golpeteo y arrastre de cuerpos. Por otro lado la Repblica Mexicana tambin se encuentra en una zona potencialmente ssmica, principalmente en la zona de la brecha de Gurrero, en la costa del Pacfico (Figura 1).

Figura 1. Condicin ssmica y elica de Mxico.

Esta Tabla 1 muestra el monto total en Millones de Pesos mexicanos (MDP) utilizado en la conservacin y reconstruccin de puentes carreteros por el gobierno mexicano (Heredia, 2014).

Tabla 1. Inversin en la infraestructura de puentes.

Periodo Monto Total MDP Nmero de puentes

Reconstruccin Conservacin 2001-2002 322.6 175 --- 2002-2003 337.6 116 --- 2003-2004 213.7 93 --- 2004-2005 188.5 48 --- 2005-2006 212.9 62 --- 2006-2007 244.8 39 4584 2007-2008 480.5 78 8322 2008-2009 567.5 101 6984 2009-2010 809.8 88 7288 2010-2011 714.4 64 6890 2011-2012 905.5 62 7745

En la Tabla 1 se puede ver que el gobierno mexicano cada vez invierte ms en la reconstruccin y conservacin de los puentes carreteros. Mxico cuenta con un patrimonio vial que se clasifica segn el orden del gobierno que las administra en: Red Carretera Federal, Red Alimentadora o Estatal y la Red Rural. La Red Carretera Federal est a cargo de la Secretara de Comunicaciones y Transportes (SCT), mientras que los caminos de la Red Alimentadora son responsabilidad de los gobiernos de los Estados. Los caminos rurales y estatales, as como las brechas mejoradas tambin estn a cargo de los estados. La red carretera nacional tiene una extensin de 374,262 km de los cuales 49,102 km pertenecen a la Red Federal; 80,774 km a las redes de jurisdiccin estatal y 244,386 km a caminos rurales y brechas mejoradas. En este trabajo se realiz un anlisis estadstico basado en los informes del Sistema de Puentes en Mxico, SIPUMEX (2011), para determinar las caractersticas de 1,970 puentes ubicados en la red carretera libre de peaje de los estados que pertenecen a la zona de la costa del Pacfico, como son: Chiapas, Colima, Guerrero, Jalisco, Michoacn y Oaxaca. En la Tabla 2 se resume el nmero de puentes carreteros y peatonales que existen en estos estados.

Tabla 2. Nmero de puentes ubicados en los estados de la costa del Pacfico.

Nmero de puentes carreteros

Chiapas Colima Guerrero Jalisco Michoacn Oaxaca

361 83 388 257 448 433

Nmero de puentes peatonales

Chiapas Colima Guerrero Jalisco Michoacn Oaxaca

55 13 28 12 63 27

Nmero total de puentes

416 96 416 269 511 460

En la Figura 2 se muestra la relacin entre el nmero de puentes y su periodo de construccin para los 6 estados de la Repblica antes mencionados. Se puede observar que en el periodo de 1950 a 1960 fue donde se construy la mayor cantidad de puentes (491 puentes), seguido de 1950 a 1960 con 477, y de 1980 a 1990 con 311 puentes.

En la Figura 3 se relaciona el nmero de puentes con las cargas vivas para las que fueron diseados.


3

Figura 2. Nmero de puentes segn su periodo de construccin.

Se puede observar que las cargas vivas de diseo ms utilizadas en los estados corresponden a camiones HS-20 con 595 puentes y HS-15 con 405 puentes.

Figura 3. Carga de diseo de los puentes analizados.

El Sistema de Puentes en Mxico, SIPUMEX, califica a los puentes con una calificacin de 0 a 5 en funcin del dao que presenten, el valor numrico corresponde a la siguiente descripcin:

0: Sin dao o dao insignificante. 1: Dao pequeo pero no es necesaria la reparacin, excepto mantenimiento menor. 2: Algn dao, reparacin necesaria cuando se presente la ocasin. El componente funciona como se dise. 3: Dao significativo, reparacin necesaria muy pronto. 4: Dao grave, reparacin necesaria inmediatamente. 5: Dao extremo, falla total del componente. En la Tabla 3 se relaciona el nmero de puentes en los estados de la costa del Pacfico con su calificacin segn el sistema SIPUMEX. Se puede observar que el 46.24% de los puentes estn clasificado como 2; el 29.04% como 1, el 18.83% como 3, el 4.62% como 4, el 1.22% como 0 y el 0.05% como 5.

En forma general, se puede ver que de los 1,970 puentes que se encuentran en la zona potencialmente ssmica de la costa del Pacfico mexicano, ms del 70% de ellos se

construyeron antes de 1970, es decir, con especificaciones de diseo que posteriormente sufrieron cambios en sus expresiones de diseo por haberse observado deficiencias en ellas, adems un gran nmero de estos puentes fueron diseados con cargas vivas que en los ltimos aos han sido completamente rebasadas en las carreteras nacionales. En cuanto a su clasificacin segn el dao que presentan el 46% de los puentes presentan algn dao y necesitan reparacin.

Tabla 3. Nmero de puentes y su calificacin segn el dao.

Estado Calificacin del puente

0 1 2 3 4 5 Chiapas 1 79 220 42 19 -- Colima 16 18 24 15 42 --

Guerrero 7 157 145 60 19 -- Jalisco -- 156 75 22 4 --

Michoacn -- 102 213 114 19 -- Oaxaca -- 60 234 118 20 1 Total 24 257 911 371 91 1

% 1.22 29.04 46.24 18.33 4.62 0.05

Incremento de las cargas vivas Debido a que la gran mayora de los puentes carreteros de la red carretera libre de peaje, fueron diseados con cargas vivas ms pequeas que las que actualmente transitan sobre ellos, se han producido algunos daos por flexin y cortante en las losas y estribos de algunos puentes (Figura 4).

Figura 4. Incremento de carga viva en el puente Palo Alto.

Carga automvil Carga H 20

Carga HS 15 Carga T3 S3

Es difcil establecer el nmero de puentes que se han colapsado debido al incremento de la carga viva de


4

diseo, ya que cada organismo gubernamental tiene control sobre un tipo de camino. Sin embargo, existe evidencia de ello. En la Figura 5 se muestra la falla del puente Tamata, producida el 12 de octubre de 2013, debido al paso de in vehculo con mayor peso que el de diseo. En Frias (2010), se reporta el caso de otro puente colapsado debido al paso de un vehculo de 200 toneladas de peso.

Figura 5. Colapso de puentes debido al incremento de carga.

Colapso del puente Tamata.

Colapso debido al paso de un vehculo de 200 t.

Efectos elicos en puentes de Mxico En aos recientes en Mxico se han construido algunos puentes que pueden ser considerados como flexibles. La gran mayora de estos puentes no son calculados elicamente en Mxico, su diseo se realiza en laboratorios y por empresas extrajeras. Lo anterior genera poco conocimiento por los diseadores e investigadores mexicanos, de este tipo de estructuras ante cargas elicas. En los puentes vehiculares diseados para cubrir grandes claros, como los atirantados, suspendidos y algunos formados por dovelas, la accin del viento sobre ellos puede generar grandes vibraciones que pueden inducir inestabilidad estructural e incluso el colapso.

En Mxico, la lista de algunos puentes atirantados est formada por: (1) El Puente Mezcala, en Guerrero, con un claro atirantado (CA) de 300 m y un claro total (CT) de 882 m; (2) El Puente Coatzacoalcos II en Veracruz, con un CA de 288 m y un CT de 1170 m; (3) El Puente Tampico en Tamaulipas, con un CA de 350 m; (4) El Puente Barranca del Zapote, (5) El Puente Barranca del Can y

(6) El Puente Quetzalapa, estos ltimos ubicados en Guerrero; (7) El Puente Grijalva I en Tabasco; (8) El Puente Papaloapan en la carretera Tinaja-Coatzacoalcos; (9) El Puente Baluarte en la autopista Mazatln-Durango, con CA de 520 m; (10) El Puente Viaducto de la Unidad en Monterrey N L, con un CA de 252 m, (12) los cuatro viaductos atirantados que cruzan la Avenida Zaragoza, DF, y (13) Puente el Carrizo en la autopista Durango-Mazatln, formado por un tramo atirantado de 300m y un tramo en voladizo de 134.3m.

En Mxico, posiblemente el caso ms reciente del colapso de un puente durante su etapa constructiva es la del primer puente San Cristbal que se present el 24 de octubre de 2004 (Figura 6). El puente San Cristbal se ubica en la carretera que comunica la ciudad de Tuxtla Gutirrez, Chiapas con San Cristbal de las Casas, en el Estado de Chiapas.

Figura 6. Colapso del primer Puente San Cristbal.

La causa verdadera del colapso del primer puente San Cristbal parece confusa, algunos ingenieros aseguran que la causa de la falla fue un sismo de magnitud 5 que se present un da antes del colaps, sin embargo el informe oficial (LaViolette, 2007) indica que la principal causa del colapso fue la falla de los conectores de cortante, los cuales fueron inadecuadamente diseados y con escasa soldadura en el patn superior.

Otro caso de un puente con problemas de vibracin debido a la accin del viento, es el Puente Grijalva I (Figura 7) en Tabasco, que presenta grandes problemas


5

por fatiga debido a las rfagas de viento sobre los tirantes (Samayoa , et al., 2006).

Figura 7. Puente Grijalva I, con problemas de vibracin en sus tirantes.

Efectos ssmicos en puentes de Mxico Los principales daos en puentes carreteros se han presentaron durante la ocurrencia algunos sismos en la zona de subduccin de las costas del Pacifico al sur de la repblica mexicana. En realidad se puede considerar que los daos en puentes debidos a cargas ssmicas son pocos, los estados ms afectados son Colima, Michoacn, Jalisco y Guerrero.

Sismo de Manzanillo, 1995

El sismo de Manzanillo ocurri el 9 de octubre de 1995, se produjo entre los lmites costeros de los estados de Colima y Jalisco, con una profundidad cercana a los 20 km y una magnitud calculada de Mw= 8.0. Se observaron daos en algunos puentes construidos en la carretera costera del pacifico, entre las ciudades de Lzaro Crdenas en Michoacn y Puerto Vallarta en Jalisco. Los puentes afectados fueron construidos a principios de los 70. A pesar de los daos observados, ninguna estructura se colaps ni tampoco fue necesaria la interrupcin del trnsito. Los daos consistieron bsicamente de grietas en elementos estructurales y en terraplenes de acceso, as como asentamientos diferenciales; algunas juntas de calzada fueron daadas.

En la Tabla 4 se presenta el resumen de los daos observados; se puede observar que los puentes ms afectados corresponden al puente Cihuatln y al puente Coahuayana.

Sismo de Manzanillo, 1997

El sismo de Manzanillo del 11 de enero de 1997, con magnitud 6.5, dao los siguientes puentes de la carretera Playa Azul-Manzanillo: La Colorada, La Manzanilla II, Maruata II, Nexpa, La Chuta I y el Fallado (Frias, 2007). En

la Figura 8 se muestran algunas de las fallas producidas en estos puentes.

Tabla 4. Puentes afectados por el sismo de Manzanillo, 1995

Puente

Long. del

Puente (m)

No. de claros Daos observados

Melaque-Puerto Vallarta

Canoas 72 2 Falla en la pila central y en un estibo

Purificacin 295 9 Fallas en topes laterales en un estribo Careyes 20 1 Asentamiento en un acceso

Careyitos 32 2 Grietas en el alero de un estribo y en la unin del alero y el cuerpo de otro estribo

Chamela principal 46 2

Prdida de recubrimiento en la unin de las trabes y diafragmas extremos del claro central

Toro 2 93 5 Agrietamiento en la corona, aumento de la separacin entre losa y acceso

Ro Ameca sin/inf 4 Grietas en un diafragma de la superestructura; juntas cerradas en su parte superior

Ing. Manuel L. sin/inf 17 Falla en topes laterales

Guadalajara-Barra de Navidad

San Patricio 11 1

Agrietamiento en un alero de estribo, accesos con asentamientos y grietas

Jaluco 2 32 3 Grietas en algunos pilotes y coronas, desalineamiento de tramos

Jaluco 2 42 4 Grietas en algunos pilotes y coronas; acceso con grietas y asentamientos diferenciales

Manzanillo-Melaque

Cihuatln 420 14

Desplazamiento lateral de los tramos 11 y 12, aguas arriba; asentamiento diferencial en el lado aguas arriba de la pila 12; destruccin de las juntas de calzada sobre las pilas 10, 11 y 12, y fallas de los topes laterales.

El Rincn 420 sin/inf Agrietamiento de un alero El sin/inf 14 Grietas en topes laterales

Lm. Michoacn-Colima

Coahuayana 390 13

Asentamientos en accesos; agrietamiento entre pila y cabezal del estribo del lado de Cihuatln, desprendimiento de juntas de calzada y fallas en los topes ssmicos

Sismos del 12 marzo y del 20 de abril de 2000

El sismo del 12 de marzo de Mw =4.1 y el del 20 de abril de 2000 con Mw=4.4, produjeron daos en el puente La Pigua, ubicado en el Km 3+079 de la carretera Villa


6

Hermosa-Ciudad del Carmen (Frias, 2007). En la Figura 9 se muestra el colapso de la pila 5 y de los tramos 4-5 y 5-6 de la superestructura.

Figura 8. Fallas producidas por el sismo de Manzanillo, 1997.

Desplazamiento lateral de la superestructura puente la Colorada puente Maruata II

Desplazamiento transversal del puente La Manzanilla II

Figura 9. Colapso de la pila 5 y fractura del caballete 6, puente La Pigua

Sismo de Tecomn, 2003

El sismo de Tecomn (EERI, 2006) se present en las costas de Colima el da 21 de enero de 2003, con una magnitud de Mw= 7. El sismo se gener en la zona de subduccin del pacifico, en la brecha producida por las rupturas de los sismos de 1973 de Michoacn-Colima (M

7.6) y Manzanillo (M 8). Los daos que se produjeron se describen a continuacin.

Puente Coahuayana

El puente Coahuayana se encuentra localizado en la carretera Playa Azul-Manzanillo en el estado de Colima, fue construido en 1963 pero tuvo trabajos de reconstruccin en el ao de 2002. Cuenta con 13 claros simplemente apoyados de igual longitud de 31 m con una longitud total de 401.2 m. En este caso las vigas fueron reforzadas utilizando torones externos. Durante el sismo de 1995 el puente sufri algunos daos: topes laterales daados, asentamientos de los accesos, agrietamientos entre la pila y el cabezal de los estribos, y el desprendimiento de las juntas en la calzada. Cuando ocurri el sismo de 2003 se estaba llevando a cabo el reforzamiento en la subestructura que inclua la colocacin de pilotes adicionales en la cimentacin de las pilas y la ampliacin y encamisado de las zapatas debido a problemas de hundimientos y socavacin. Estos problemas haban estado presentes desde su construccin pero se agravaron durante el sismo de 1985 y el de 1995.

Figura 10. Daos en el puente Coahuayana durante el sismo de Tecomn, 2003.

Segn la referencia EERI (2006) los daos ocasionados en el 2003 se debieron a problemas constructivos, como uniones deficientes entre la zapata y los pilotes. En cuatro de los claros intermedios se presentaron desplazamientos laterales de hasta 15 cm y los topes ssmicos se daaron pero evitaron el colapso de la superestructura. Las reparaciones ms importantes


7

consistieron en una recimentacin de algunas pilas en 1998 y 2002. La Figura 10 muestra algunos daos en el puente Coahuayana debidos al sismo de Tecomn en 2003.

Puente Nexpa

El puente Nexpa se localiza en la carretera Playa Azul-Manzanillo en el estado de Michoacn. El puente fue construido en el ao de 1975 pero en 1997 fue sometido a trabajos de reconstruccin. Tiene 7 claros simplemente apoyados, rectos y sin esviajamiento, los cuales tienen una seccin transversal de la superestructura compuesta por un sistema de losa y 4 vigas de concreto presforzado. La Figura 11 muestra los daos producidos en el puente Nexpa.

Figura 11. Daos en el puente Nexpa durante el sismo de Tecomn, 2003.

Puente Las Adjuntas

El puente Las Adjuntas est ubicado en el 319+200 del tramo Tecomn-Manzanillo de la carretera Playa Azul a Manzanillo. Es un puente de concreto reforzado con una superestructura compuesta por losa y vigas, las pilas estn construidas a base de columnas cuadradas con un diafragma intermedio. En la Figura 12 puede observarse el problema de socavacin de las pilas.

Figura 12. Problemas de socavacin del puente Las Adjuntas

En la Figura 13 se observa que la placa de neopreno del apoyo extremo est mal colocada.

Figura 13. Placa de neopreno del apoyo extremo.

Puente Barranca del Muerto

El puente Barranca del Muerto est localizado en el 26+600 km de la carretera Colima-Guadalajara. Es una estructura compuesta por dos claros de 30 y 45 m de longitud con trabes de concreto presforzado de 2 m de peralte; el ancho total de la superestructura es de 9.10 m. Cuenta con una pila tipo muro que medida con una altura de 26.70 m, su seccin transversal es cuadrada con las esquinas semicirculares, adems est aligerada internamente por medio de nueve huecos circulares de 72 cm. La Figura 14 muestra la deflexin de las trabes.

Figura 14. Deflexin de las trabes del puente Barranca del Muerto.

Puente Cihuatln

El puente Cihuatln su ubica en el 43+400 de la carretera Manzanillo-Barra de Navidad. El puente present algunos daos en sus topes ssmicos durante la ocurrencia del sismo de 2003 (Figura 15).

Figura 15. Daos en topes ssmicos del puente Cihuatln.

Otros puentes

Existen otro tipo de puentes que durante la revisin posterior al sismo de Tecomn presentaron algunos


8

daos, sin embargo, no se sabe si los daos ya existan con anterioridad y el sismo solamente acrecent el problema. El puente La Grulla ubicado en la carretera Colima-Manzanillo consta de una estructura de concreto reforzado con la superestructura compuesta de cuatro tramos de una seccin cajn apoyados en pilas circulares y cabezales. El acero de la seccin en los estribos est expuesto y posiblemente se deba a problemas constructivos, donde adems se observaron algunas grietas inclinadas como consecuencia de asentamientos diferenciales en los accesos del puente. El puente La Lupita, ubicado en la misma carretera, present grietas inclinadas en las secciones extremas de las vigas, se presume que las grietas existan desde hace tiempo pero que la longitud y anchura se increment con el sismo de 2003. Existen otros dos puentes localizados en la carretera Aeropuerto-Colima. Los daos observados corresponden a grietas de los topes laterales, los puentes fueron construidos en el ao de 1999 y presentan esencialmente la falla de los topes ssmicos y grietas diagonales en algunas columnas, no obstante tambin fueron detectadas deficiencias constructivas en la unin viga-pila y sus apoyos de neopreno.

Algunos puentes de la zona conurbada de la ciudad de Colima tambin presentaron fallas en sus topes laterales. El puente Carlos de la Madrid present daos debido a la falta de topes ssmicos como el desfase de las vigas. En este puente el movimiento del suelo se poda observar en la base de las columnas y se encontraron daos por el choque entre las vigas y el apoyo de los estribos como consecuencia de la poca holgura entre ambos. Los puentes Gonzalo de Sandoval y el puente Central de Autobuses ubicados sobre el libramiento oriente de Colima, igualmente presentaron falla de los topes ssmicos y asentamientos en los estribos. La falta de holgura tambin ocasion daos en algunos puentes peatonales, que por lo general estn compuestos por dos vigas de concreto reforzado apoyados sobre pilas de concreto reforzado.

Sismo de Guerrero, 2014

El da 18 de abril de 2014 a las 9:27 AM se present un sismo con magnitud 7.2 con epicentro estimado a 40 km del sur de Petatln, Gro. El nmero de rplicas hasta las 14:00 hr del mismo da super la cifra de 75, la mayor de stas con una magnitud de 4.8. Hasta las 18:00 hr la cifra haba alcanzado 105 rplicas. Los puentes: Las Tortugas y

el Cuajilote, ubicados en la carretera Acapulco-Zihuatanejo, km 111 y 114, respectivamente, sufrieron daos estructurales.

Puente Las Tortugas

El puente Las Tortugas sufri un desplazamiento transversal el viernes 18 de abril de 2014. El SIPUMEX haba calificado a este puente con el nmero 2, lo cual indicaba que exista algn tipo de dao y que la reparacin era necesaria cuando se presentara la ocasin. No obstante, el puente funcionaba adecuadamente. El tipo de dao o trabajo de reparacin no se especific. En la Figura 16 se observa un desplazamiento de 35 cm longitudinalmente y de 40 cm transversalmente.

Figura 16. Dao en puente las Tortugas.

Puente El Cuajilote

El puente El Cuajilote fue cerrado al paso de vehculos pesados como consecuencia de la separacin excesiva de las juntas de la superestructura. El puente presentaba dao debido al paso de la tormenta tropical Manuel en septiembre de 2013. El SIPUMEX haba calificado a este puente con el nmero 3, lo cual indicaba que se tena un dao significativo y que la reparacin era necesaria lo ms pronto posible. El desalineamiento horizontal de la superficie del puente fue de hasta 50 cm de separacin (Figura 17).

Fallas por socavacin El impacto de huracanes y de tormentas tropicales trae consigo un incremento en los niveles mximos de aguas


9

extraordinarias en la mayora de los ros y causes de varios estados de Mxico, principalmente aquellos que se encuentran prximos a las costas del Pacfico y del Golfo de Mxico. La principal falla de los puentes carreteros debido a este fenmeno es la socavacin de la cimentacin, la licuacin de suelos granulares y la reduccin de reas hidrulicas por depsitos de arrastre.

Figura 17. Dao en puente las Cuajilite.

Se presentan desniveles verticales entre la rasante del puente y la del terrapln de acceso e inclusive la prdida total de terrapln. Este problema se observa en cruces con suelos blandos en los que frecuentemente el puente se desplanta en cimientos profundos (pilotes o cilindros) y los terraplenes de acceso se apoyan en zapatas. El agua socava la parte baja del terrapln erosionando la base ocasionando derrumbes. Con el aumento del tirante del agua se reduce el galibo vertical libre para el paso de cuerpos por lo que el arrastre de cuerpos como rboles y otros materiales, golpean la parte lateral de la superestructura arrastrndola y desplazndola. Tambin generan problemas locales en las vigas de los puentes.

En la Figura 18 se muestra la relacin entre el nmero de puentes que se socavaron y el ao en el que se reahabilitaron. Se observa que la cantidad de puentes rehabilitados por el fenmeno de socavacin cada vez es mayor. Los puentes con un alto problema de socavacin son los puentes que cruzan ros y canales, puentes que en sus pilas y estribos estn sobre una cimentacin directa y los puentes que fueron construidos entre 1940 y 1979.

Figura 18. Relacin del nmero de puentes socavados con el ao de rehabilitacin.

En la Figura 19 se muestra el nmero de puentes socavados en las pilas y el tipo de cimentacin que tenan. En dicha figura las claves a las que hace referencia son: 10 cimentacin directa, 20 pilotes de concreto, 21 pilotes de acero, 30 cilindros de cimentacin, 91 no aplicable y 92 desconocido.

Figura 19. Relacin del nmero de puentes socavados y el tipo de cimentacin en las pilas.

En la Figura 20 se muestra la relacin entre el nmero de puentes socavados y el tipo el tipo de cimentacin que tenan los estribos. En dicha Figura las claves son las mismas que en la Figura 19.

Figura 20. Relacin del nmero de puentes socavados y el tipo de cimentacin de los estribos.

20 18 16 22

29

05

101520253035

2005 2006 2007 2008 2009

N d

e pu

ente

s soc

avad

os

Ao de rehabilitacin

44

6 1 8

43

3 0

10

20

30

40

50

10 20 21 30 91 92

N d

e pu

ente

s

Nmero de clave

85

8 1 7 2 2 0

20

40

60

80

100

10 20 21 30 90 92

N d

e pu

ente

s

Nmero de clave


10

En Mxico es difcil establecer estadsticas de daos debido a que son diversos organismos gubernamentales las que controlan las diversas redes carreteras. Sin embargo en la Tabla 5 se muestra el tipo de dao que se produjo en 17 puentes en 1998.

Tabla 5. Principales puentes daados por socavacin en 1998.

Puente

Tipo de dao predominante

Longitud colapsada

(m)

Corte En

terrapln de acceso

Colapsado

Las Hermanas x Los patos x San Isidro x 62 San Diego x 72 Urbina x 38 Pijijiapan x 111 Echegaray x 46 Margaritas x 95 El Bobo x Las arenas x 23 Novillero x 87 El Viejo x San Nicols x 88 Bonanza x 48 Cintalapa x 46 Vado Ancho x 62 El despoblado x x

Total 5 12 778

El paso del Huracn Stan (Figura 21) y Wilma en 2005 da 16 puentes, cuyos nombres y caractersticas del dao se muestran en la Tabla 6.

Tabla 6. Principales puentes daados por socavacin en 2005.

Puente

Tipo de dao predominante

Corte En

terrapln de acceso

Colapsado

El Rosario I x Ocuilapa I x Los patos x San Isidro x San Diego x Urbina x San Nicols x Cintalapa I x Cintalapa II x Bonanza x Vado Ancho x Huixtla x Tepuzapa x Huehuetan x Tiplilli x Coatan x

Total 12 4

Figura 21.Fallas de algunos puentes debidos al paso del Huracn Stan, 2005.

En 2013 el Huracn Manuel e Ingrid produjeren el dao y colapso de 9 puentes carreteros (Tabla 7).

Tabla 7. Puentes daados debido a socavacin, Huracn Manuel e Ingrid (2013).

Estado Puente Dao Guerrero Del canal Colapso total Guerrero Petaquillas Colapso total Guerrero Papagayo I Colapso de

superestructura Guerrero Omitln Colapso de dos

claros Guerrero Coyuca I Colapso total Guerrero Barra Vieja Las Lomas Colapso total Jalisco Contla Colapso total Michoacn Bejuco II Colapso total Oaxaca Tecomaxtlahuaca Colapso por

asentamiento

Conclusiones El gobierno de Mxico cada vez invierte ms recursos econmicos en la reparacin y rehabilitacin de los puentes que forman parte de su sistema carretero. La razn principal es que la mayora de los puentes fueron construidos en la dcada de los 70, con las deficiencias de los cdigos de diseo de esos aos, adems de que recientemente se han incrementado las cargas vivas que pasan por ellos, y que son mayores a las que fueron contempladas en su diseo, lo anterior ha producido daos por cortante y flexin en algunos de los elementos estructurales del puente incluso han sido causa de colapso. Aun cuando gran porcentaje de los puentes tienen escasa longitud de asiento, falta de topes ssmicos y sus pilas no fueron diseadas por ductilidad, el nmero de puentes que han sufrido alguna falla debido a los


11

efectos ssmicos son pocos. Los efectos debido a las rfagas de viento sobre puentes flexibles, son subestimados en al diseo de algunos puentes, produciendo problemas de inestabilidad aeroelstica e incluso el colapso, aunque tambin en menor proporcin. Los efectos del cambio climtico en los ltimos aos, han generado un incremento en el tirante de los ros y arroyos que cruzan algunos puentes, este incremento aunado a problemas de cimentacin y escases de estudios hidrolgicos, han dado lugar a problemas de socavacin, golpeteo y arrastre de rboles y otros cuerpos que han terminado por daar o colapsar ms de 50 puentes en los ltimos diez aos.

Agradecimientos Se agradecen a la Universidad Michoacana de San Nicols de Hidalgo, quin por medio de la Coordinacin de Investigacin Cientfica, apoy en la realizacin de este trabajo. De igual forma, se agradece a la Direccin General de Apoyo al Personal Acadmico (DGAPA) de la UNAM por el apoyo brindado a travs del proyecto PAPIIT IT101513 Riesgo Ssmico del Municipio de Naucalpan.

Referencias Heredia R. C., (2014). Evaluacin de la socavacin local y medidas de

proteccin en pilas y estribos para el puente paso de la Virgen, mediante modelos fsicos y el empleo de software especializado, Tesis de Maestra en el rea de las Vas Terrestres, UMSNH.

SCT (2013). Diagnostico Nacional, Incidencias en las autopistas de cuota y la red Federal libre de peaje derivadas de los huracanes Manuel e Ingrid, Secretara de Comunicaciones y Trasportes.

SCT (1986-2007). Reportes de daos en puentes en las carreteras nacionales, Reporte Tcnico de la Direccin General de Servicios Tcnicos, Mxico.

SCT (2011) Sistema de Puentes Mexicanos (SIPUMEX). Reporte del ao 2011 de la Direccin General de Conservacin de Carreteras (DGCC), Secretara de Comunicaciones y Trasportes.

EERI, Earthquake Engineering Research Institute (EERI) y la Sociedad Mexicana de Ingeniera Ssmica (SMIS). (2006). El sismo de Tecomn, Mxico del 21 de enero de 2003. Informe de la SMIS y el EERI dentro de la serie aprendiendo de los sismos.

Samayoa O. D., Balankin A., Carrin V. F., Lpez L. V., (2006). Anlisis de Confiabilidad y Riesgo de puentes atirantados, IMT, SCT, publicacin 301.

Frias A. R., (2007). Rehabilitacin y refuerzo de puentes en Mxico, Primer Congreso Internacional de Diseo de Puentes, UMSNH.

Frias A. R., (2010). Mantenimiento y Conservacin de Puentes, Secretara de Comunicaciones y Trasportes, SCT, Mxico.

LaViolette M., (2007). Bridge Construction practices using incremental launching, AASHTO, Highway Subcommittee on Bridge and Structures

ResumenAbstractPalabras Clave: Fallas en Puentes, agrietamiento, socavacin, efectos ssmicos, efectos elicos.Keywords: Bridge Failure, cracking, scour, seismic effects, wind effects.IntroduccinIncremento de las cargas vivasEfectos elicos en puentes de MxicoEfectos ssmicos en puentes de MxicoFallas por socavacinConclusionesAgradecimientos

Referencias

Documents

Comportamiento de puentes en Mexico