Patologia en El Acero

Patologas en el Acero 2015

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Patologas en el

Acero Profesor: Juan Manuel Lizarazo Marriaga

El acero es una aleacin o combinacin de hierro y carbono (alrededor de 0,05% hasta menos de un 2%), aunque a veces se agregan otros componentes para darle otras caractersticas. Ya que es bsicamente hierro altamente refinado, su fabricacin comienza con la reduccin de hierro, producindose el arrabio, el cual se convierte ms tarde en acero. El hierro puro, por tanto, es uno de los elementos del acero y no se encuentra libre en la naturaleza ya que reacciona con facilidad con el oxgeno del aire para formar xido de hierro (herrumbre). Por tanto, las estructuras de este tipo se ven afectadas por la corrosin, o formacin de herrumbre, pudiendo dar lugar a su destruccin.

2015

Lina Marcela Ochoa Jaramillo Sneyder Garca Gmez


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TABLA DE CONTENIDO

INTRODUCCION ..................................................................................................... 3

1. DESCRIPCIN DE LA ESTRUCTURA .......................................................... 4

2. INSPECCIONES Y ENSAYOS REALIZADOS................................................ 5

2.1 Inspeccin visual y ensayos realizados. ................................................... 5

2.2 Ensayos para determinacin de esfuerzos de trabajo. ............................ 6

2.3 Ensayos para la caracterizacin de materiales. ....................................... 6

3. PATOLOGAS ENCONTRADAS .................................................................... 7

4. ANLISIS DE PATOLOGAS ....................................................................... 10

5. SOLUCIONES ADOPTADAS ....................................................................... 11

5.1 Tablero ................................................................................................... 11

5.2 Sistema de suspensin .......................................................................... 11

5.3 Emparrillados de anclaje ........................................................................ 12

5.4 Perchas y sillas ...................................................................................... 12

CONCLUSIONES ................................................................................................... 13

BIBLIOGRAFIA ...................................................................................................... 14


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INTRODUCCION

En este trabajo se describe la inspeccin realizada al Puente Colgante de

Amposta y la rehabilitacin que se realiz en 2007.

El puente de Amposta se podra clasificar como una obra maestra de la

ingeniera espaola. Varios factores avalan esta afirmacin: su fecha de

construccin, su autor, su tipologa, su cimentacin y su historia.

El puente colgante de Amposta fue diseado por Jos Eugenio Ribera a principios

del siglo XX (1912), para cruzar el ro Ebro a su paso por la villa de Amposta, en

Tarragona, siendo esta una de sus obras ms especiales.

La profundidad del cauce del ro, junto a la luz a salvar, fueron factores que

impulsaron la tipologa elegida: Puente colgante.

No obstante, en aquellas fechas los puentes colgantes estaban en retroceso en

Europa. Se les acusaba de falta de rigidez, con los problemas de vibraciones

y/o deformaciones que esto conlleva. Para solucionar este problema, su autor

dispuso un tablero de forjado de hormign, un atirantamiento que una las pilas a

la parte inicial del tablero y una barandilla rgida como viga de rigidez.

En cuanto a su historia, hay que destacar su destruccin en la guerra civil

espaola y su posterior reconstruccin siguiendo el mismo patrn.


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1. DESCRIPCIN DE LA ESTRUCTURA

El puente existente es una estructura de un nico vano de 134m de luz,

suspendido de un sistema de cables. El tablero est formado por dos vigas

longitudinales (vigas de rigidez), constituida por celosas metlicas, 105 vigas

metlicas transversales, una losa central de hormign armado para la calzada y

losas en voladizo que forman las aceras. La estructura se arriostra en su parte

inferior mediante unos perfiles en U que abarcan 5 vigas transversales, que se

adaptan en su trayectoria oblicua a los diferentes cantos de dichas viguetas.

El sistema de sustentacin integra tcnicas de puentes atirantados con las

utilizadas en los puentes colgantes. A cada lado del puente discurren 8 cables

denominados principales, que pasan por encima de los pilonos a travs de unas

sillas deslizantes y se anclan al terreno en los macizos de anclaje. La parte central

del tablero cuelga de 73 pndolas a cada lado, que transmiten la carga a los

cables principales.

Las zonas del tablero ms prximas a los pilonos estn suspendidas por 6 tirantes

a cada lado que se unen a la silla, existiendo otros cuatro cables de retenida que

parten de las sillas hacia el macizo de anclaje con la funcin de compensar los

esfuerzos horizontales que introducen en la silla los tirantes inclinados y el

diferente ngulo de salida de los cables principales. As mismo, existe un cable

horizontal a cada lado del puente que compensa los tiros horizontales.


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2. INSPECCIONES Y ENSAYOS REALIZADOS

Los trabajos desarrollados dentro del estudio se agrupan en tres tipos:

Inspeccin visual y ensayos de distintos elementos de la estructura, de

cara a conocer el estado de conservacin de los mismos.

Ensayos y anlisis relacionados con la evaluacin de los esfuerzos axiles

a los que estn trabajando los distintos tipos de cables que constituyen el

sistema de sustentacin del tablero.

Ensayos de caracterizacin de materiales

A continuacin se describen los trabajos desarrollados en cada uno de los tres

grupos.

2.1 Inspeccin visual y ensayos realizados.

En una primera inspeccin se realiz la revisin de la parte superior del puente

(sistemas de cables, pilas, sillas y la parte accesible del tablero). Para ello fue

necesaria una plataforma telescpica de 20 m de alcance y el corte del trfico. En

una segunda inspeccin se estudi la parte inferior del tablero.

Los ensayos que se realizaron, para conocer el estado de conservacin del

puente, son los siguientes:


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Ensayos de partculas magnticas

Ensayo de ultrasonidos

Medicin de los espesores de recubrimiento

2.2 Ensayos para determinacin de esfuerzos de trabajo.

Los nicos elementos de la estructura a los que se le aplicaron ensayos para

determinar los esfuerzos a los que trabajan fueron los cables.

Los ensayos que se realizaron a este efecto son los siguientes:

Ensayo de cuerda vibrante

Pesaje de cables

2.3 Ensayos para la caracterizacin de materiales.

Los ensayos que se realizaron a este efecto son los siguientes:

Ensayos de dureza

Anlisis qumico de las muestras extradas

Ensayo de rotura de las muestras de alambres extradas.

Ensayo de rotura a traccin y estudio macroscpico de la rotura.

Ensayo de doblado alternativo.


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3. PATOLOGAS ENCONTRADAS

En general, el estado de conservacin del puente no es el adecuado. El

sistema de suspensin presenta zonas de corrosin localizada, siendo algunas

de ellas de carcter importante.

Por otro lado, los perfiles metlicos, situados principalmente en el tablero y en

los emparrillados de anclaje, tambin presentan zonas de corrosin, aunque su

deterioro es menos importante que en el caso del sistema de suspensin.

En ambos casos, la proteccin contra la corrosin est deteriorada, siendo el

espesor insuficiente para una correcta proteccin.

El estado de las pilas y de los estribos o macizos de anclaje (las partes no

metlicas) es aceptable. No sucede as en la losa de hormign del tablero, que

presenta mal estado de conservacin.

En forma de resumen se exponen a continuacin las patologas ms relevantes

encontradas a lo largo de las inspecciones y ensayos realizados:

En el tablero, la parte metlica presenta un buen estado, con la excepcin de

algunas uniones entre sus elementos en las que existen corrosiones que han

llegado a producir prdidas de seccin.

Detalle vista inferior del puente Aceras y unin pndolas-tablero


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La parte no metlica, losa del tablero y de aceras, se encuentran en un mal

estado. Existe deterioro, abombamientos, fisuras, humedades, corrosin de las

armaduras y cables, etc.

Del sistema de suspensin cabe destacar que los cables en general presentan el

tratamiento protector daado y zonas donde existe una corrosin importante.

Existen zonas de contacto de los cables con otros elementos del puente, como en

la entrada de los macizos de anclaje, elementos de unin del tablero, etc. En

algunas zonas, existe prdida de forma de los cables, rotura de alambres o/y

alambres fuera de seccin.

Detalles de zonas con notable deterioro por corrosin de cables

En los elementos de unin, entre elementos del sistema de suspensin o del

sistema de suspensin con el tablero y macizos de anclaje, presentan zonas

con corrosin e incluso con prdidas de secciones apreciables a simple vista.

Adems, en algunos casos, presentas fisuras longitudinales o transversales.

Detalle de sujeciones


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En el emparrillado de anclaje existe corrosin generalizada, sta se acusa

especialmente en la parte menos accesible, en tuercas, arandelas y tornillos y en

zonas de contacto entre perfiles y entre los perfiles y el hormign de la

pared.

Detalle macizo de anclaje

Finalmente indicar que el estado de las perchas es bueno, solamente presenta

defectos superficiales de tipo esttico y que las sillas estn desplazadas y

presenta diversas zonas con corrosiones.

Detalle de Perchas Detalle de sillas


10 Especializacin en Patologa de la Construccin

4. ANLISIS DE PATOLOGAS

El principal motivo del deterioro del estado del puente, como resulta obvio, es el

transcurso del tiempo. Entre otros fenmenos que han afectado al puente cabe

destacar los fenmenos de corrosin, que se acentan al encontrarse en un

ambiente hmedo y salino, con vientos provenientes del mar.

Adems, el diseo de algunos elementos de unin entre pndolas y cables, que

favorece la acumulacin de agua, incrementa el problema de corrosin, al ser en

muchos casos el punto de inicio de estos fenmenos.

A continuacin se enumerarn, los principales factores que afectan a cada una de

las partes del puente:

En el tablero los factores perjudiciales para la conservacin de su

parte metlica son la reduccin o prdida de la capa de proteccin y la

existencia de zonas de acumulacin o mala evacuacin de aguas. Esto se

constata claramente, ya que solamente las partes donde existen estos

problemas presentas corrosiones. El mal estado de las losas del tablero o

aceras tiene como principal aliado las filtraciones de agua y los

fenmenos que ello conlleva.

La causa principal del mal estado del sistema de suspensin es que los

cables no son galvanizados, tampoco estn fabricados aplicando tecnologas

actuales como pudiera ser la usada en los cables cerrados, o en los cables

flexibles etc.

Tambin existe un problema de vibracin, originada por el viento en una

parte del sistema; esto genera oscilaciones de esfuerzos en los cables, que

pueden plantear problemas de fatiga en los mismos.

El diseo de las uniones, entre los elementos del sistema de suspensin,

entre los cables y el tablero, o entre aqullos y los macizos de anclaje,

origina varios efectos perjudiciales, como son concentraciones de tensiones,

esfuerzos de friccin, prdidas de forma, etc. que producen la aceleracin

de los procesos de corrosin (corrosin bajo tensin).

En los emparrillados de anclaje los problemas son los mismos que los que

se dan en la parte metlica del tablero: prdida de proteccin junto

con la incorrecta evacuacin de aguas. En este caso, este ltimo factor se



ve incrementado por la obturacin parcial del sistema de evacuacin de

aguas de los macizos. Esto ha producido una corrosin generalizada y

especialmente mayor en zonas de contacto entre perfiles o en las uniones.

Respecto a las sillas, por su parte, presentan varios problemas: la superficie

de contacto entre la silla y los cables produce concentracin de tensiones, la

relacin entre el radio de giro y el dimetro de los cables produce prdida de

forma, sobretensiones locales, etc. Todos estos problemas se traducen,

nuevamente, en la aceleracin de los procesos de corrosin.

5. SOLUCIONES ADOPTADAS

5.1 Tablero

En el tablero se ha propuesto realizar la demolicin total de la losa de hormign y

su reconstruccin, tanto en la zona de calzada como en la de aceras. Para ello

se propone utilizar elementos prefabricados entre costillas transversales sobre los

que se realizar una losa in situ.

5.2 Sistema de suspensin

Respecto al sistema de suspensin se ha considerado tcnicamente justificada la

sustitucin de los cables principales, tirantes y cables de retenida por nuevas

unidades de tecnologa actual, lo que garantizar no slo la rehabilitacin del

puente sino tambin la prolongacin de forma considerable de su vida til. Por otra

parte la renovacin de los cables permitir ajustar la estructura a las cargas de

diseo exigidas por la normativa actual.

Durante el estudio de la rehabilitacin se ha analizado la posibilidad de reducir el

nmero de cables de suspensin, pasando de ocho por lado a cuatro. Esta

reduccin permitir realizar el proceso de sustitucin de forma ms rpida y

sencilla.



5.3 Emparrillados de anclaje

En cuanto a los emparrillados de anclaje se prev su refuerzo y reparacin

durante el proceso de sustitucin de los cables.

Asimismo se rehabilitarn las cmaras en que se alojan estos emparrillados,

restableciendo un correcto drenaje de las mismas para evitar nuevas

afecciones a sus elementos.

5.4 Perchas y sillas

Las perchas no requieren una atencin especial, ya que su estado es aceptable y

por tanto slo se tomarn medidas de limpieza y saneo de sus superficies.

En cuanto a las sillas, stas sern reformadas y reparadas de forma que se

mejoren sus condiciones geomtricas y su estado.



CONCLUSIONES

El estudio en particular de la rehabilitacin que se le realiz a ste puente

colgante nos deja una visin ms clara y profunda de la importancia que

tiene el conocimiento de las patologas que se presentan en las estructuras,

ya que as podremos dar las soluciones ms adecuadas para su

rehabilitacin y/o mantenimiento.

Generalmente en los puentes, el dao ms frecuente en los elementos de

armadura es la corrosin (en diagonales, verticales, transversales y en las

uniones), debida principalmente a los problemas de infiltracin, impacto,

deficiencia estructural y mal detallado estructural de las uniones

(especialmente las soldadas) y por supuesto la falta de mantenimiento.

La Red Vial Nacional de Colombia cuenta actualmente con

aproximadamente 2500 puentes, de los cuales el 3% corresponden a

superestructuras en acero y el 8% a superestructuras tipo mixtas (acero y

concreto), que requieren mantenimiento y rehabilitacin y donde

especialistas en patologa seran de gran ayuda para reducir costos y

devolverle al puente la funcionalidad con el tratamiento ms adecuado.



BIBLIOGRAFIA

OBRAS DE REHABILITACIN DEL PUENTE COLGANTE DE AMPOSTA.

- Florencio del Pozo Vindel (Doctor Ingeniero de Caminos),

- Jos M. Arrieta Torrealba (Doctor Ingeniero de Caminos e Ingeniero Industrial),

- Alberto Cerezo Macas (Ingeniero de Caminos y Arquitecto Tcnico),

- Mara Gmez Irigaray (Ingeniera Naval),

- Almudena Hue Ibargen (Ingeniera Industrial),

- Antonio Vzquez Salgueiro (Ingeniero de Caminos).

EVALUACIN DEL ESTADO DE LOS PUENTES DE ACERO DE LA RED

VIAL DE COLOMBIA

- Edgar Muoz (Profesor e investigador, M.S.c. Facultad de Ingeniera, Pontificia

Universidad Javeriana)

- Edgar Valbuena (Investigador, I.C. Facultad de Ingeniera, Pontificia Universidad

Javeriana)

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