Daños en Puentes

8/19/2019 Daños en Puentes

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Sociedad Mexicana de Ingeniería EstructuralSociedad Mexicana de Ingeniería Estructural

DAÑOS OBSERVADOS EN PUENTES DURANTE EL PASO DEL HURACÁN STAN

Darío Rivera Vargas1, Alonso Echavarría Luna1 y Miguel Ángel Pacheco Martínez1

RESUMEN

El paso del huracán Stan por el sur del territorio nacional tuvo un fuerte impacto en los daños considerablesque sufrieron un número importante de puentes, dejando incomunicados a varios poblados. En este trabajo se

describen las observaciones realizadas en algunos puentes del sur de Chiapas con el objeto de identificar las principales variables que dieron lugar a sus mecanismos de daño ante el tránsito de avenidas extraordinarias.

Las lecciones aprendidas de estas observaciones permitieron hacer una evaluación superficial de los criterios

para el análisis y diseño estructural de puentes, a fin de reducir su vulnerabilidad ante este fenómenohidrometeorológico.

ABSTRACT

The entrance of the hurricane Stan by the national territory south had a strong impact in the considerable

damages that suffered an important number of bridges, leaving isolated to several towns. In this paper theobservations carried out in some bridges from Chiapas south are described, in order to identifying the main

variables that gave place to their damage mechanisms by the traffic of extraordinary avenues. The learned

lessons of these observations allowed to make a superficial evaluation of the approaches for the analysis and

structural design of bridges, in order to reduce their vulnerability versus this hydrometeorology phenomena.

INTRODUCCIÓN

ANTECEDENTES

Los puentes son obras singulares, costosas y vitales para mantener el transporte. A menudo es el punto

estratégico de una vía de comunicación. En un estudio estadístico de Smith (1976) sobre las principales fallas

de 143 puentes en todo el mundo, resultó que la causa principal por la que colapsan la mayoría de los puentesse debe al tránsito de avenidas (teniendo como problema principal la socavación); en menor medida se

atribuye a materiales o ejecución defectuosa, sobrecarga e impacto de embarcaciones, procedimiento

constructivo inadecuado y por sismos; mientras que en casos poco predominantes se encuentran las fallasasociadas a un diseño inadecuado, viento, fatiga y corrosión (figura 1). En México no existe un registro

detallado sobre la falla de puentes por el paso de avenidas pero se tienen casos específicos que han

evidenciado este tipo de fallas, tal como se muestra en la tabla 1.

Los puentes que sufren severos daños en la estructura ante el paso de grandes avenidas se atribuye en la

mayoría de las veces a problemas de socavación, en donde, al superar la profundidad de la cimentación, laestructura entra en un entorno de inestabilidad que lleva a producir el volteo de los puentes. También, se

puede dar el caso en que los puentes permanezcan de pie, pero sus terraplenes de acceso (approach) fallen,

dando lugar a la interrupción del tránsito vehicular, debido a que dichos terraplenes no estaban protegidos de

manera adecuada ante los efectos de erosión y socavación (Mansen y Kuroiwa, 2004). Estos efectos cobranmayor importancia durante el paso de avenidas a consecuencia de que los ríos incrementan el nivel del agua y

la magnitud de las velocidades, por lo que esto da como resultado que dichos ríos requieran de un ancho y una

profundidad mayor al que tienen, incluso llegan al desbordamiento; esto explica en parte, que algunos puentes

1 Centro Nacional de Prevención de Desastres (CENAPRED), Secretaría de Gobernación, Av. Delfín

Madrigal No. 665, Col. Pedregal de Santo Domingo, C.P. 04360 México, D.F., Teléfono: (55)54246100;

[email protected]


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XV Congreso Nacional de Ingeniería Estructural Puerto Vallarta, Jalisco, 2006

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se dañen solamente en sus extremos. Ahora bien, los puentes que no llegan a sufrir daño alguno se puedeatribuir a que la cuenca que drena el río es pequeña, con amplia cobertura vegetal que protege al suelo contra

la erosión, así como de disponer de suficiente área hidráulica para que fluya el gasto máximo de la tormenta

más intensa.

Figura 1 Estadística de fallas en puentes, realizada por Smith en 1976

Tabla 1. Algunas evidencias de puentes que han fallado en México por el tránsito de avenidas

Año Puente Estado1981 Badiraguato Tabasco1987 Teapa Sinaloa1987 Los Achotes Sinaloa1987 Juluchuca Guerrero1993 Piaxtla Guerrero1996 Juquiaqui Guerrero

La complejidad en el estudio de la socavación en puentes es grande por la cantidad y tipo de elementos

participantes; es claro, que debe tratarse con un enfoque multidisciplinario de tres ramas básicas de laingeniería civil: hidráulica, mecánica de suelos y estructuras. Las bases para el análisis y revisión de los

efectos de la socavación son tratados por la hidráulica, las condiciones de suelos en el cauce y subsuelo son

estudiadas por la mecánica de suelos, posteriormente la rama de estructuras engloba todos los conocimientos

generados anteriormente para realizar el análisis de la estructura (Sánchez, 1997).

OBJETIVO Y ALCANCE

El objetivo de llevar a cabo una inspección cualitativa de varios puentes en el sur de Chiapas (17 puentes)

radicó en identificar las principales variables que dieron lugar a sus mecanismos de daño en la subestructura y

superestructura durante el paso de grandes avenidas que se generaron por el huracán Stan, además de deduciralgunas implicaciones sobre los criterios para el análisis y diseño estructural de puentes ante este fenómeno

hidrometeorológico, a fin de mejorar su desempeño estructural y garantizar su funcionalidad en aquellos puentes que se ubican en puntos estratégicos de una vía de comunicación. Cabe señalar que en este trabajo no

se profundiza sobre las causas que dieron lugar al origen de las avenidas extraordinarias que se presentaron, ni

sobre el comportamiento hidráulico de las mismas, las cuales ameritan un estudio más amplio por expertos en

riesgos hidrometeorológicos.

CARACTERÍSTICAS GENERALES DEL HURACÁN STAN

El 1º de octubre en el Océano Atlántico se formó la depresión número 20, que se desarrolló rápidamente entormenta tropical y, luego, en el huracán Stan, cuya humedad se conjunto a la ya concentrada en Chiapas. Así,

1% 3% 3% 3%8%

8%

10%

15%

49%

CORROSIÓN FATIGAVIENTO DISEÑO INADECUADOSISMOS PROCEDIMIENTO CONSTRUCTIVO INADECUADO

SOBRECARGA E IMPACTO DE EMBARCACIONES MATERIALES O EJECUCIÓN DEFECTUOSATR NSITODEAVENIDAS


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en las regiones Istmo-Costa, Soconusco, Sierra y Frailesca ocurrieron lluvias torrenciales de carácterextraordinario durante cuatro días. En Pijijiapan, en el transcurso de 24 horas se alcanzó los 457 mm y, en el

Soconusco, se registraron precipitaciones del orden de 600 mm a 700 mm en un lapso de 72 horas. Esa

cantidad de lluvia representa más del doble de la precipitación media en todo el mes de octubre y casi latercera parte de la media anual de la región. Fue una gran cantidad de agua, tan sólo en el Soconusco, cayó el

equivalente a la precipitación del Distrito Federal, en dos años. Cabe mencionar que, en los municipios de la

costa afectados por el huracán Stan, la lluvia promedio fue de hasta 88 % más que la registrada en 1998.

Stan golpeó a Chiapas durante cuatro días. En la mañana del 4 de octubre, los cauces de los grandes ríos de la

Costa comenzaron a ser insuficientes para contener los cientos de miles de metros cúbicos de agua que provenían de la Sierra y las partes altas de la llanura costera. El torrente provocó el desbordamiento de 98

ríos, que afectaron a 800 localidades de 41 municipios, obligaron a la evacuación y traslado de 92 mil personas a refugios temporales, y, de acuerdo con el informe más reciente de la Fiscalía General del Estado,

provocaron el fallecimiento de 82 personas. Por el cierre de caminos, alrededor de 700 mil personas, en 34

cabeceras municipales, quedaron parcial o totalmente aisladas y sufrieron incomunicación, problemas deabasto o algún tipo de afectación (Gobierno de Chiapas, 2005).

CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DE LA REGIÓN DE ESTUDIO

UBICACIÓN Y ELEVACIONES PRINCIPALES

Los estudios de campo realizados para este trabajo, se desarrollaron en la zona del Soconusco, que es una

región del estado de Chiapas, ubicada en el extremo sur del estado, con límites con la República de

Guatemala, así como con las regiones Costa, Sierra y Fraylesca de Chiapas, y con el litoral al Océano

Pacífico. Los municipios que albergan esta región son: Tapachula, Cacahoatán, Tuxtla Chico, Unión Juárez,Suchiate, Huehuetán, Escuintla, Acapetagua, Pueblo Nuevo Solistahuacán y Villa Comaltitlán. Las

elevaciones de los cerros principales en la zona del Soconusco se describen en la tabla 2.

Tabla 2. Elevaciones principales en la zona del Soconusco

Cerro Elevación sobre el nivel del mar(m)

Tochmay 2680Siete Orejas 2680Las Tenazas 1960

Caballete 1940Chespal Viejo 1840San Cristóbal 1700

GEOLOGÍA

En la zona sureste existen rocas andesíticas y conglomerados, que por las condiciones climatológicas que

imperan en la región propician que los materiales cristalinos se encuentren fuertemente intemperizados,dejando en la zona montañosa una capa de material altamente susceptible a la erosión. En su conjunto estos

factores (lluvias intensas, pendientes fuertes, rocas graníticas) aumentan también el riesgo de derrumbes ydeslizamientos (ocurridos en forma extrema en octubre de 2005), proporcionando la enorme cantidad de

sedimentos que llegaron hasta la planicie.

Al observar el tipo de materiales térreos que quedó al descubierto (figura 2), se puede apreciar que las zonas

bajas de la cuenca hidrológica se han conformado históricamente, desde el punto de vista geológico, por la

acumulación de grandes fragmentos de roca granítica embebidos en una matriz de sedimentos no

consolidados, producto del arrastre de sedimentos provenientes de las partes altas de la cuenca hidrológica.


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Figura 2 Acumulación de sedimentos en las márgenes del río Coatán

HIDROGRAFÍA

Las principales corrientes de agua de la región fluyen dentro del municipio de Tapachula, como son los ríos

Coatán, Cuilco, Huehuetán, Pumpuapa, Cahoacán, Texcuyuapam, Nejapa, El Caimito, Santo Domingo,

Escocia, Juan Manuel, Chalón, Toros, San Juan Lagartero, Cuscuchate, Madronal, Cahoa, El Censo, La Joya,

Coatancito y Salitre.

VEGETACIÓN

Además, en el municipio existen diferentes tipos de vegetación: Selva baja, mediana, bosque de encino-pino y

páramo de altura. El municipio abarca porciones de algunas zonas sujetas a Conservación Ecológica como: El

Cabildo-Amatán (36.11 km2), El Gancho-Murillo (72.84 km²) y Volcán Tacaná (106.38 km²).

CLIMA

Existe una diversidad de climas en la región, tales como los que se describen a continuación. Cálido húmedocon abundantes lluvias en verano, que abarca el 41.07 % de la superficie municipal. Cálido subhúmedo conlluvias en el verano, de mediana humedad, que abarca el 31.64 % de la superficie municipal. Cálido

subhúmedo con lluvias en verano, de mayor humedad, que abarca el 17.66 % de la superficie municipal.

Semicálido húmedo con abundantes lluvias en verano, que abarca el 4.45 % de la superficie municipal.Templado con abundantes lluvias en verano, que abarca el 5.18 % de la superficie municipal.

En tanto la temperatura media anual, según el área municipal de Tapachula, oscila entre 23°C y 27°C. Las precipitaciones pluviales oscilan desde más de 2300 mm hasta más de 3900 mm anuales. Los meses más

lluviosos son junio y septiembre. Sin embargo, en septiembre y octubre hay lluvias intensas y prolongadas

debido a la temporada de huracanes, que provoca problemas de inundaciones en gran parte del municipio.

CAUCES DE LOS RÍOS

Resultó impresionante la magnitud de la energía con la que la avenida fluyó como una amalgama de agua con

materiales térreos producto, tanto de los colapsos de laderas naturales como de la erosión generalizada en prácticamente la totalidad del área de las cuencas hidrológicas, en regiones en donde las cuencas son de

suelos residuales, producto del intemperismo de la roca madre, además de proveer de suelos fértiles; estos

mismos representan volúmenes importantes de suelos erosionables. En las zonas bajas de las cuencas se

localizan los suelos transportados, producto del mismo arrastre de sedimentos provenientes de lasmencionadas zonas altas y que se han ido acumulando a lo largo del tiempo geológico.

En la figura 3 se aprecia el ensanchamiento que se generó en el cauce, así como parte de los materiales térreos

que finalmente llegaron a depositarse como resultado del mismo ensanchamiento del cauce y la reducción de

la velocidad del flujo en la etapa final de la avenida extraordinaria, dando como resultado la socavación de lasmárgenes del río y la destrucción total o parcial de viviendas, con la consecuente modificación de la


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geometría del cauce original. Asimismo, se aprecia el tamaño de los bloques de roca, que dan una idea de lamagnitud de la energía cinética del flujo compuesto de agua y materiales térreos al que se ha hecho referencia.

En esta imagen queda de manifiesto la diversidad de tamaños de roca transportada, en donde destacan las de

grandes dimensiones. Es importante resaltar el hecho de que lo redondo de dichos fragmentos de roca indicaque esta forma, semiesférica, la adquirieron por el propio desgaste al golpearse y friccionarse entre sí estos

fragmentos de roca, durante su recorrido río abajo, lo que indica que estos materiales provienen de distancias

considerables aguas arriba.

Figura 3 Redondez y diversidad de tamaños de rocas transportadas por el agua durante la avenidamáxima (río Coatán)

DAÑOS OBSERVADOS EN PUENTES

PROCEDIMIENTO PARA LA INSPECCIÓN CUALITATIVA DE LOS PUENTES

Los puentes ubicados sobre los cauces de ríos se vieron afectados por el paso de avenidas extraordinarias

generadas durante el paso del huracán Stan, poniendo en evidencia el mal comportamiento de terraplenes de

acceso y cimentaciones de los puentes, los que a su vez incidieron en los daños estructurales de los mismos.

En esta visita de campo, que fue mes y medio después de la ocurrencia del huracán Stan, se procedió a haceruna inspección cualitativa de los diferentes puentes afectados en el sureste de Chiapas, para ello se contempló

la configuración estructural del puente, las características de los ríos en cuanto a la evidencia del tránsito de laavenida y posibles problemas de socavación en la infraestructura. Posteriormente, se analizó esta información

para entender los niveles de daño que se pueden producir en este tipo de construcciones, así como las causas

que lo originaron; en cuencas donde los cauces de sus ríos son inestables durante lluvias de gran intensidad.

El resultado del análisis de la información de 17 puentes, los cuales fueron de configuración estructural casi

similar, mostró que pueden experimentar diferentes grados de daño: nulo, ligero, severo y colapso, siendo más predominantes los de categorías entre daño severo y colapso. En lo que sigue se comentan los casos más

representativos.

DESCRIPCIÓN DE LOS DAÑOS OBSERVADOS

Puentes con daño nulo

Los puentes con daño nulo fueron aquellos que no presentaron daño estructural alguno, por lo que es desuponer que sus elementos de soporte, como: pilas, estribos, columnas y terraplenes de acceso, no se vieron

afectados por efectos de socavación y erosión.


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Si bien es cierto que la mayoría de los puentes visitados sufrieron graves daños, hubo unos cuantos que no presentaron daño alguno, por lo que es importante analizar a qué se debió esta situación, tal como ocurrió en

el puente San Benito.

El puente San Benito es una estructura que salva un río cuya superestructura está resuelta con una tridilosa, la

que a su vez descansa sobre un estribo en cada lado, tal como se muestra en la figura 4. La mayoría de los

puentes que se dañaron se debió a la falla de sus apoyos, columnas y estribos, atribuible al efecto de

socavación en la base de la cimentación a consecuencia de la gran demanda de área hidráulica ante el

incremento del nivel del río, así como del paso de la corriente con grandes magnitudes de velocidad. Este

puente no sufrió estos daños en los estribos y por consiguiente no hubo repercusión alguna en el resto de laestructura.

Figura 4 Puente San Benito

Algunas de las posibles razones por las cuales este puente no tuvo problemas se atribuyen a dos aspectos: (1)las obras de protección de sus estribos cumplieron con el cometido de proteger a éstos ante posibles efectos de

erosión durante el paso de la corriente, pese a dañar parcialmente dichas obras de protección, tal como se

observa en la figura 5; (2) parece ser que el tirante de la corriente no superó la altura del puente ya que no se

observaron evidencias al respecto, como posibles daños en la superestructura, por lo que se puede establecerque las condiciones hidráulicas del cauce de este río fueron satisfactorias para que no cobrara importancia este

hecho junto con los efectos de erosión y socavación.

Figura 5 Daño parcial en las obras de protección del estribo del puente San Benito


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Puentes con daño ligero

Dentro de esta categoría se encuentran aquellos puentes que presentaron ligeros daños en la estructura los

cuales no dieron lugar a la suspensión del servicio. Dentro de los daños observados están los siguientes: (1) presencia de grietas en elementos estructurales y no estructurales de la cubierta, (2) ligeros daños en los

estribos y en los terraplenes de acceso producidos por la erosión durante el paso de la corriente; que en

algunos casos tuvieron ingerencia en los daños observados en la superestructura. Como ejemplo, se comentan

los casos de los puentes: Texcuyuapan y Huixtla.

El puente Texcuyuapan es a base de vigas presforzadas apoyadas en sus extremos sobre estribos (figura 6).Este puente se vio afectado ligeramente en uno de sus estribos ante la erosión producida por el paso de la

corriente, en la cual se tiene la impresión de que el apoyo estaba previamente protegido por masa de suelo que posteriormente fue removida, de tal forma que dejó al descubierto tanto la parte inferior como lateral del

estribo (figura 6), esta situación ha deber producido un ligero movimiento de este apoyo, posible volteo, por

lo que trajo consigo ligeros agrietamientos en la conexión del estribo con la superestructura tendientes aseparar dichos elementos estructurales, tal como se observa en la figura 7, pero sin llegar a poner en riesgo la

estabilidad global de la estructura.

Figura 6 Erosión en uno de los apoyos del puente Texcuyuapan

Figura 7 Daños estructurales en el puente Texcuyuapan


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El puente Huixtla tiene una estructuración similar al anteriormente descrito y fue otro de los que se considerócon daño ligero, aunque de manera diferente. En este puente la superestructura del tramo central sufrió un

desplazamiento relativo de translación en la dirección del flujo del rió (figura 8), que al parecer la corriente

alcanzó un tirante igual o superior a la altura de la superestructura, además de traer consigo una considerableenergía cinética, de tal forma que se indujo un empuje hidrodinámico importante sobre la cubierta del puente

para producir dicho desplazamiento; la manifestación de esta fuerza con la que vino la corriente también se

puede observar en los depósitos de material que esta dejó en virtud de la gran capacidad de arrastre del río.

Esta situación no trajo daños considerables que ameritaran la suspensión del servicio del puente, sin embargo

originó problemas en los parapetos y daños desde el punto de vista estético, en el sentido de que la

superestructura central del puente no está alineada con el resto de la estructura del puente, tal como se ilustraen la figura 9.

Figura 8 Movimiento de traslación de la superestructura ante el paso de la avenida

Figura 9 Daños en el puente Huixtla ante el paso del huracán Stan

Puentes con daño severo

Los puentes con este estado de daño básicamente se caracterizaron por la falla de los terraplenes de acceso,aunque en algunos casos se combinó con daño en los estribos o algún otro sistema de apoyo, lo que propició

la suspensión del tráfico de vehículos.

Algunos de los puentes observados con daño severo fueron: Puente Fronterizo de Ciudad Hidalgo y el Puente

Huehuetan. La magnitud del daño en estos puentes dio lugar a la suspensión del servicio, sin llegar al colapso

del mismo; en algunos de ellos se procedió a la reparación de la parte afectada para que el puente siguiera

operando de manera normal. La principal causa de este nivel de daño se atribuyó a problemas de erosión en


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las márgenes de los ríos por lo que esto afectó directamente a los apoyos extremos de los puentes, justamenteen la parte en donde se conectan los estribos con los terraplenes de acceso. A continuación se comenta la

problemática de cada uno de ellos.

El puente Fronterizo de Ciudad Hidalgo es una estructura resuelta con elementos presforzados en la

superestructura y de concreto reforzado en la subestructura (figura 10). Este puente se vio afectado en uno de

sus apoyos de los extremos a causa de la corriente del río que erosionó parte del terreno que formaba parte del

terraplén de acceso al puente, como se ilustra en la figura 10. El desalojo de esta masa de suelo no solamente

ocasionó problemas en el terraplén de acceso sino que a su vez repercutió en la estabilidad del estribo, que al

parecer sufrió ciertos agrietamientos que posiblemente pusieron en riesgo su capacidad de carga y enconsecuencia se procedió a rehabilitarlo, como se muestra en la figura 11.

Figura 10 Erosión del terreno a causa de la corriente del río durante el paso del huracán Stan

Figura 11 Rehabilitación de los estribos del Puente Fronterizo

El puente Huehuetan también tiene elementos presforzados y de concreto reforzado como el puente

anteriormente descrito, aunque con geometrías diferentes, tal como se aprecia en la figura 12. Este puente

experimentó el mismo problema que el del puente Fronterizo, en el cual el terraplén de acceso fue parcialmente removido ante la fuerte corriente del río durante el paso del huracán, la cual fue suficiente para

producir estragos en el estribo del puente. Desafortunadamente, no fue posible observar esta situación

inmediatamente después de ocurrir este fenómeno hidrometeorológico, sin embargo se pudieron evidenciar

Zonaerosionada


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las zonas dañadas gracias a los trabajos de reconstrucción que se hicieron, por ejemplo en la figura 13, semuestra la zona que fue rellenada con material terreo, la cual fue perdida por la erosión del río.

Figura 12 Puente Huehuetan

La erosión producida aguas arriba del puente dio lugar al daño de la estructura que servía de apoyo al puente,

tal como se muestra en la figura 14, lo cual muestra que dicha estructura tuvo un desempeño insuficiente paramantener estable la superestructura, que por tal motivo se llevaron a cabo de manera inmediata los trabajos de

reconstrucción.

Figura 13 Zona del puente en el que se le rellenó nuevamente con material terreo

Figura 14 Daño en uno de los apoyos del puente Huehuetan


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Puentes colapsados

Dentro de los puentes colapsados se encuentran aquellos que fallaron en uno o en más tramos, con la pérdida

total de la superestructura y la subestructura. Durante esta visita se pudieron apreciar parte de los puentescolapsados, en la que se pudo evidenciar el poder destructivo de las avenidas generadas por las intensas

lluvias durante el paso del huracán Stan, como fueron: puente Coatan, puente de la Colonia Obrera y el puente

Tepuzapa; los dos primeros puentes cruzaban el río Coatan, que fue uno de los ríos que produjo daños

considerables en los puentes y en la vivienda.

Lo poco que se pudo ver del puente Coatan es, que se trataba de un puente cuya superestructura estabaconformada por trabes presforzadas, mientras que la subestructura era a base de estribos de concreto armado y

de una combinación de concreto reforzado con mampostería, estos últimos se ubicaban en los costados del puente, por lo que interactúan con los terraplenes de acceso (figura 15). Al parecer, la parte central de la

superestructura del puente fue colapsada por la creciente del río, quien ha de ver ejercido presiones

importantes sobre el plano de la cubierta hasta llevarla a su fractura; en la figura 16 se ilustra el tramo de puente perdido por este hecho.

El colapso de este puente, en parte, se puede atribuir a que en su diseño no se contempló el paso de unaavenida de la magnitud con la que se presentó sobre el río Coatan, lo que muestra la necesidad de revisar y

modificar los criterios de diseño de estos puentes ante el paso de avenidas; al parecer tienen que ser

proyectados para avenidas con periodos de retorno más grandes que los considerados. También se tiene que

analizar la viabilidad de hacer estudios hidrológicos y de hidráulica fluvial para que se pueda predecir lamagnitud de estas avenidas y con ello disponer de mayores herramientas para el diseño, así como para evaluar

la posibilidad de rectificar los causes de ríos y reducir así, siniestros como los ocurridos.

Figura 15 Puente del río Coatan

Figura 16 Claro que cruzaba el Puente Coatan


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Otro puente que cruzaba el río Coatan era el de la Colonia Obrera, dicho puente quedó completamentedestrozado en sus costados, quedando en la parte central algunos vestigios de dicho puente (figura 17). Por lo

poco que se pudo observar se trataba de un puente cuya cubierta era de trabes presforzadas, mientras que la

subestructura estaba resuelta con estribos de concreto reforzado, y en algunos casos estaban combinados concontrafuertes de mampostería (figuras 17 y 18).

Figura 17 Puente de la colonia obrera, colapsado

Figura 18 Subestructura del puente de la colonia obrera

Al parecer la gran corriente del rió que se generó durante el huracán Stan hizo que se erosionara gran margen

de los costados del río, de tal forma que en el caso particular de este puente desapareció por completo los

terraplenes de acceso, tal como se muestra en la figura 19. Un tramo corto de puente quedó de pie, que al parecer ofreció cierta resistencia a los empujes hidrodinámicos de la corriente pudiendo atribuirse a la rigidez

lateral, en la dirección del flujo, que ofrecieron los estribos del puente junto con los contrafuertes de

mampostería, no obstante la estructura quedó desplomada por posible socavación en la base de alguno de susapoyos (figura 20). Los daños observados a este respecto hacen ver de nueva cuenta la necesidad de modificar

los requisitos de diseño en cuanto al paso de avenidas, o bien rectificar el cauce de los ríos para que se

generen avenidas acordes a las contempladas en el diseño de estos puentes.

El puente Tepuzapa está constituido por dos puentes, para prestar servicio al transito en uno y otro sentido, enuno de sus puentes tuvo un mecanismo de colapso distinto a los demás casos, en la cual uno de sus apoyos

centrales se asentó y produjo fuertes daños en la superestructura, de tal forma que a la cubierta la dejó en un

estado irreparable (figura 21). Este puente está construido de vigas de concreto presforzado, mientras que su

subestructura está resuelta con marcos de concreto reforzado (para el puente que va en un sentido) y estribos


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(para el puente que va en el otro sentido), los cuales a su vez están apoyados sobre pilas, como se puede veren la figura 22.

Figura 19 Zona erosionada por el río Coatan, lo que era el terraplén de acceso del puente de la coloniaObrera

Figura 20 Desplomo de la subestructura del puente de la colonia Obrera

Figura 21 Daño en la superestructura del puente Tepuzapa por asentamiento de uno de sus apoyos

Posible trayectoriadel puente


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Figura 22 Superestructura y subestructura del puente Tepuzapa

Los daños observados en este puente se pueden atribuir a varios aspectos, los cuales no pueden sercategóricamente afirmados al no contar con información precisa sobre el diseño de la estructura y del estudio

de mecánica de suelos en el sitio. El apoyo que sufrió el asentamiento se puede atribuir a una perdida de

capacidad de carga del terreno bajo las condiciones de transmisión de esfuerzos de la cimentación hacia el

suelo, debido a que se han deber alterado las propiedades mecánicas del suelo ante el paso de la avenida; o bien, por cambios de último momento en el procedimiento constructivo no se prestó la debida atención en la

solución del esquema de cimentación de este apoyo particular. En cambio la cimentación del puente cuyo

transito va en el otro sentido, tuvo un comportamiento favorable ya que no se manifestaron problemas dehundimientos y socavación, en la cual da la impresión que se trata de pilas de sección generosa (figura 22), lo

cual contribuye a que trabajen adecuadamente por cohesión, además de que deben de tener una profundidad

de desplante aceptable.

IMPLICACIONES EN EL ANÁLISIS Y DISEÑO ESTRUCTURAL DE PUENTES

Las lecciones aprendidas de estas observaciones permitieron hacer una evaluación superficial de los criterios para el análisis y diseño estructural de puentes, a fin de mejorar su desempeño estructural ante el tránsito de

avenidas extraordinarias, que posiblemente repercutan en futuras recomendaciones de normas.

ANÁLISIS ESTRUCTURAL

En el análisis estructural es importante considerar las fuerzas actuantes para tener una mejor predicción de larespuesta estructural, por lo que haciendo alusión a los daños observados se puede establecer que en el

momento del colapso, no existe tráfico sobre la estructura, por consiguiente la carga viva no interviene en el

proceso, al igual que la fuerza de sismo. Así, las fuerzas o cargas que participan en el fenómeno y que son

básicos para la revisión de la estabilidad estructural son: carga muerta, empuje de tierras, flotación, presióndinámica de corriente, viento sobre la estructura y fuerzas de fricción (debidas a cambios de temperatura

sobre la superestructura). Además, en los puentes colapsados se pudo ver que ante una avenida importante, la

pila o estribo tiende a perder su estabilidad por el arrastre de material del fondo, por lo que a las fuerzas

acumuladas se debe agregar la generación de esfuerzos adicionales por los asentamientos que la estructurasufre.

Para establecer el entorno de estabilidad de las estructuras suele utilizarse el desplazamiento lateral, tal como

sucede en las normas de diseño de las edificaciones, sin embargo, en los reglamentos existentes para puentesno definen el valor de los desplazamientos laterales máximos; además, las deformaciones originadas pueden

ser permanentes, por ejemplo, el desplazamiento horizontal generado por el arrastre de material en la base de

la pila. Por lo anterior, es conveniente hacer las siguientes revisiones básicas de estabilidad, principalmente en

puentes con cimentaciones superficiales: volteo, deslizamiento y esfuerzos admisibles en la cimentación.


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Existen procedimientos más elaborados en los cuales se involucran modelos matemáticos que incorporan losresortes que simulan las características mecánicas y dinámicas del terreno; la disminución de la rigidez en los

valores de los resortes por efecto de socavación, puede originar una indeterminación numérica en el proceso

de solución lo que se traduce en una estructura inestable.

En el futuro habrá que entender los efectos de socavación en aquellos puentes con cimentación superficial,

que es donde se registran mayor número de colapsos. Este tipo de cimentación es común en la República

Mexicana para la mayoría de puentes con longitud pequeña (20 – 100 m) y alturas no mayores a 10 m,

formados por medio de claros simplemente apoyados (Sánchez, 1997).

CRITERIOS DE DISEÑO

Para garantizar un buen comportamiento de la estructura ante el transito de avenidas es necesario llevar a cabo

estudios preliminares de tipo hidrológico e hidráulico, el grado de detalle de estos estudios debe ser

proporcional a la importancia y los riesgos asociados con la estructura (AASHTO, 2002). De lasobservaciones hechas en campo se pudo ver que puentes ubicados en puntos estratégicos para la

comunicación entre poblados tuvieron daño severo, lo que significa que no cumplieron con el objetivo de

diseño de acuerdo a la importancia que amerita, por lo que podría pensarse en una limitada atención en estetipo de estudios, tal como ocurrió en aquellos puentes en que fallaron sus terraplenes.

Si bien es cierto, que al producirse la destrucción de los terraplenes de acceso al puente durante inundaciones

extraordinarias, se disminuye el riesgo de erosión de su cimentación y en consecuencia se dispone de mayor probabilidad de supervivencia de la estructura principal del puente, no debe perderse de vista la capacidad de

operación de aquellos puente vitales para la comunicación de las poblaciones para el caso de atender

emergencias ante este tipo de desastres naturales, por lo que para este tipo de puentes no solamente basta con

asegurar la integridad de la estructura principal, sino también su funcionalidad completa.

Las cimentaciones se deben diseñar para soportar las condiciones de socavación correspondientes a la

inundación de diseño, ya que de esto dependerá el buen desempeño global de la estructura, lo que dará como

resultado cimentaciones profundas. De acuerdo al trabajo de Martín (2005) los periodos de retorno de diseño

que se recomiendan para estos fines, atendiendo a la importancia de los puentes, son los que se muestran en latabla 3.

Tabla 3. Periodos de retorno (Tr) recomendados para diferentes importancias de puentes

Importancia del puente Tr (años)Poca 25 a 50Media 100 Alta 100 a 200

En lo que compete directamente a la estructura se debe investigar exhaustivamente la estabilidad de los

estribos ante el tránsito de la avenida, en particular en zonas de flujo turbulento, además los taludes se deben

proteger adecuadamente para contrarrestar la socavación. Además, habrá que poner cuidado en la altura y

anchura conveniente del puente, con base en los estudios hidrológicos e hidráulicos, considerando que la

altura del puente se toma como una decisión derivada de aceptar un determinado riesgo (dado por un periodode retorno de la crecida) y la anchura del mismo como una decisión asociada con el costo óptimo, a igualdadde riesgo aceptado, por lo que ambas variables pueden determinarse conjuntamente con un análisis costo-

beneficio más completo.

CONCLUSIONES

Los daños observados en varios puentes ante el paso de avenidas extraordinarias, en el sur de Chiapas duranteel huracán Stan, hicieron ver que los puentes ubicados dentro de cuencas donde sus características

fisiográficas, geológicas y de cubierta vegetal no son favorables para mantener escurrimientos estables de sus

ríos durante lluvias extraordinarias, es decir, que no presente problemas por desbordamiento, es de esperar la

falla de varios puentes, y en algunos otros daños severos que limitan la operación del mismo, y en una


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minoría daños ligeros y nulos, además de correr un alto riesgo de perder comunicación entre poblados por elcolapso de puentes ubicados en puntos estratégicos.

Las causas principales que originaron los daños descritos en este trabajo se atribuyeron principalmente a laerosión que sufrieron las márgenes de los ríos, ante la insuficiente área hidráulica de los mismos, combinado

con la socavación que sufrieron las cimentaciones de la estructura, de tal forma que en la mayoría de los casos

se observó la perdida parcial o total de los terraplenes, el asentamiento y desplomo de los sistemas de soporte

(estribos o columnas), lo cual fue suficiente para poner en riesgo la estabilidad global de la estructura, de tal

forma que propició diferentes niveles de daños en la superestructura de los puentes: ligeros, severos y hasta el

colapso de la estructura. El tirante de la corriente fue otro aspecto fundamental en los mecanismos de dañosen los puentes, ya que se pudo apreciar que la corriente de los ríos alcanzó un tirante igual o superior a la

altura de la superestructura, que combinado con la gran energía de movimiento procedente de las partes altasde las cuencas, indujo un empuje hidrodinámico importante sobre la cubierta del puente, de tal manera que en

algunos casos logró colapsarla y en otros desplazamientos relativos que dieron lugar a daños en los parapetos.

El análisis de estos daños permitió derivar algunas implicaciones generales sobre el análisis y diseño

estructural de puentes ante el paso de avenidas extraordinarias, tendientes a reducir su vulnerabilidad para

futuros eventos hidrometeorológicos. Se comentaron las principales solicitaciones que deben tomarse encuenta para su análisis estructural, así como los principales procedimientos para revisar la estabilidad

estructural. En el diseño estructural se destacó la importancia que tienen los estudios de tipo hidrológico e

hidráulico, para garantizar la seguridad estructural y funcionalidad de los puentes, en particular para aquellos

ubicados en zonas donde su inoperancia genera daños colaterales a las poblaciones que comunican, como loscasos ocurridos en los últimos años en la región sur del país donde la operatividad de los puentes repercutió

en forma notoria durante el proceso de ayuda a las comunidades en la atención de emergencias.

REFERENCIAS

AASHTO-LRFD (2002), “American Association of State Highway and Transportation Officials”,

Washington, D. C., USA.

Gobierno de Chiapas (2005), “Informe del gobernador Pablo Salazar al H. congreso del Estado sobre

daños provocados por el huracán Stan”

Martín J. P. (2005), “Ingeniería de Ríos”, Ed. Alfaomega.

Mansen y Kuroiwa (2004), “Fallas de origen pluvial en obras viales”, Facultad de Ingeniería Civil,

Universidad Nacional de Ingeniería, Perú.

Sánchez S. (1997), “Inestabilidad en puentes por efecto de socavación”, Tesis de Maestría, División de

Estudios de Posgrado de la Facultad de Ingeniería, UNAM.

Smith D. W. (1976), “Bridge failure”, Proceedings Institution of Civil Engineers.


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