control del riesgo y prevención de amenazas en puentes en colombia.

V Congreso Internacional de Ingeniería Civil, Universidad Santo Tomás Seccional Tunja
CONTROL DEL RIESGO Y PREVENCIÓN DE
AMENAZAS EN PUENTES EN COLOMBIA.
Corredor Castellanos, Carlos Andrés. [email protected]
(Recibido: 25 de Junio de 2014; Aprobado: 04 de Julio de 2014)
Resumen—En el desarrollo del proceso de investigación se evidencia que los fenómenos ambientales son
uno de los principales agentes de afectación a la infraestructura vial del país, y teniendo en cuenta los
eventos ocurridos a partir del fenómeno de la niña y en especial la denominada ola invernal que tuvieron una
gran repercusión a nivel socioeconómico, es necesario identificar que causa la falla de estas estructuras y
cuales medidas se pueden implementar a nivel local para el control del riesgo y prevención de las amenazas
que se pueden presentar en los puentes existentes, también se plantean criterios que se requieren para el
buen desarrollo de un proyecto de ingeniería y en el caso particular para el diseño y construcción de puentes.
Dentro de las medidas para la prevención de amenazas generadas por el colapso de puentes se tiene como
alternativa la construcción de puentes de emergencia semipermanentes, por lo cual se hace una descripción
detallada de las características más importantes de estas estructuras y en especial del modelo Bailey como
son: el objetivo de la implementación de esta estructura, las ventajas que presenta y las características de
los componentes que lo conforman.
Palabras clave— riesgo, amenaza, prevención, Infraestructura vial, Puentes semipermanente.
Abstract— In the develop of research process, is evident that the enviromental phenomena are one of the
main agents of involvement in road infrastructure in the country, and given the events occurred from the
"La Niña" phenomenon and specialy the called rainy season that had a great impact on socio economic
level, it is necessary to identify what causes the failure of these structures and what measures can be
implemented at the local level for risk control and prevention of hazards that may show up in existing
bridges, also criteria required is being raised for the proper development of an engineering project and in
the particular case for the design and construction of bridges.
Among the measures for threats prevention, generated by collapsing bridges, is being taken as an
alternative the building of semipermanent emergency bridges, so a detailed description has been done
with the most important features of this type of bridges, especially the "Bailey" model , such as the
implementation objectives and the advantages of the structure and the characteristics of the components
of this type of bridges.
Key Words: risk, threa,t prevention, Road Infrastructure, semi-permanent bridges.
I. INTRODUCCIÓN
La conservación de las estructuras que hacen parte de la red vial nacional es una
necesidad inminente y a la cual no se le ha dado la importancia suficiente que permita
implementar adecuados procesos o metodologías de mantenimiento y conservación
para proporcionar durante el periodo de servicio las funciones principales de una
estructura como son la seguridad, estética y economía.
Una parte importante dentro de proceso de investigación es mostrar algunas medidas
para prevenir y prever las posibles amenazas que puedan afectar los puentes de la red
vial del país para así ofrecer alternativas de solución viables dirigidas hacia la
conservación y funcionalidad de este tipo de estructuras.
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Después de analizar las diferentes alternativas de protección de puentes es necesario
identificar medidas de solución para estructuras afectadas por agentes ambientales y/o
antrópicos, por tal motivo, se presenta una descripción de la tipología de puentes y se
hace énfasis en los puentes semipermanentes de emergencia tipo Bailey como una
solución inmediata para ofrecer movilidad en los casos donde se presente una
afectación importante a la infraestructura. Dicha caracterización muestra la importancia
de los puentes Bailey como solución y describe los componentes que lo conforman y
las posibles configuraciones que se pueden lograr para salvar vario tipos de luces.
II. GESTIÓN DE RIESGO EN PUENTES
La gestión del riesgo es muy importante ya que es necesario buscar medidas para
controlar el riesgo y prever las amenazas que puedan afectar la infraestructura vial del
país, para poder cumplir con este objetivo se deben tener en cuenta cuatro factores:
A. Proteger y mantener en cauce del río
Las medidas de protección se usan para controlar, demorar, minimizar o monitorear
problemas de estabilidad de cauces y puentes. La solución al problema de socavación
de un puente debe iniciarse con el estudio de las causas que lo originan, incluyendo
aspectos desestabilizantes desde el punto de vista topográfico, hidrológico, hidráulico,
estructural y de suelos.
B. Realizar diseños adecuados
Según Hibbeler R.C., 1997, el proceso de crear una estructura requiere análisis y
diseño para posteriormente volverla realidad mediante la construcción; por lo cual es de
vital importancia que los diseños y el análisis que se hagan. Dentro de las etapas de
creación de una estructura se tiene:
1) Planeación
Según el tipo de proyecto de infraestructura se debe cumplir una función específica
de uso, la selección del conjunto estructural debe brindar seguridad, estética y
economía. Después de seleccionar el modelo se especifican las cargas, materiales,
disposición de los miembros y sus dimensiones.
2) Análisis
Se deben realizar una serie de idealizaciones de cómo esta soportada la estructura y
como se conectan los miembros y conociendo las condiciones de carga se aplican los
conceptos de la mecánica estructural para definir su comportamiento.
3) Diseño
Una vez obtenidas las cargas internas de cada miembro, el tamaño de este puede
determinarse de manera que satisfaga los criterios de resistencia, estabilidad y
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deflexión de acuerdo a las normas y códigos vigentes.
Teniendo en cuenta que los factores expuestos son el fundamento para el desarrollo
técnico adecuado para una estructura, es necesario resaltar la importancia de los
diseños en el desarrollo de cualquier proyecto de infraestructura y en el caso específico
de este documento el diseño y construcción de puentes.
C. Usar materiales adecuados y de calidad
Otro factor de importancia para el éxito de una obra es el uso de materiales de alta
calidad y su buen almacenamiento y manipulación durante los procesos constructivos,
ya que si estos no cumplen con los criterios establecidos en los diseños, la estructura
tenderá a sufrid deterioros o daños en un periodo menor de tiempo al que se había
proyectado en la etapa de diseño.
D. Realizar
un mantenimiento adecuado a la estructura
Según el ministerio de transporte, las actividades y acciones de mantenimiento que
se llevan a cabo en un puente, tienen como objetivo principal preservar en buen estado
los elementos que lo componen, controlar los daños y en lo posible conservar las
condiciones iníciales de construcción.
III PLANIFICACIÓN DE PUENTES
La planificación ofrece los criterios necesarios para el adecuado desarrollo de
proyectos desde el diseño hasta la construcción. Para tener éxito al momento de
proyectar un puente es necesario tener en cuenta los siguientes criterios:
A. Ordenamiento territorial
Hace referencia a la identificación de los factores de amenaza según la ubicación
del proyecto estructural.
B. Realizar estudios topográficos
Caracterización por medio de un levantamiento topográfico muy detallado que
permita definir claramente las características del relieve y las posibles alternativas de
localización del proyecto.
C. Realizar un estudio de aguas
Determinar el comportamiento hidráulico de los ríos.
D. Estudios geotécnicos
Debe ser muy detallado ya que es importante para definir el tipo de cimentación para
la estructura.
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E. Estudio de sismos
Importante debido a la ubicación de Colombia depende de los índices de sismicidad
de cada región.
F. Análisis de riesgo al que está expuesta la obra
Plantear alternativas de acuerdo a los demás criterios expuestos y así evitar posibles
daños o afectaciones a la estructura.
IV PUENTES BAILEY
El puente Bailey es empleado en el caso de tener una estructura dañada a causa de
fenómenos naturales o antrópicos. Una característica de los puentes de emergencia es
que deben ser de fácil transporte y ensamble para poder restablecer el tráfico en el
menor tiempo posible
De acuerdo a la tipología de puentes el puente Bailey se puede definir como un
puente metálico temporal y es el puente de emergencia más común empleado en
Colombia.
A. Objetivo del puentes tipo Bailey
El sistema Bailey es modular, y se emplea principalmente para la construcción de
puentes de emergencia, inicialmente el objetivo era mantener la transitabilidad de las
carreteras para aspectos militares, pero con el paso del tiempo, se ha utilizado como
una obra civil empleada como solución en casos presentarse afectación en la
infraestructura vial a causa del colapso parcial o total de las estructuras existentes.
B. Ventajas
Dentro de las ventajas más importantes que se pueden apreciar en éste modelo
estructural se tiene:
Fabricación sencilla: Por el material utilizado para su fabricación (acero estructural) y
que todas sus piezas son estándar lo que permite una fabricación en serie.
Piezas estándar: Lo que permite un fácil reemplazo de elementos que conforman el
puente en el caso de ser necesario, además el puente Bailey tiene la ventaja de ser
compatible con otros modelos de puentes temporales como es el caso del puente tipo
Mabey.
Puente versátil y movible: Caracterizado por ser una estructura liviana que permite
que se manipule de forma rápida ya sea con equipos de carga o con la mano de obra
dispuesta para su instalación.
Fácil instalación: El puente Bailey requiere muy poco tiempo para la construcción y
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puesta en servicio comparado con los puentes permanentes.
Cubre varias luces: el puente tipo Bailey es capaz de cubrir luces desde 3 metros
hasta 60 metros.
C. Configuración estructural
La armadura del puente tipo Bailey puede ser de un nivel, dos niveles y tres niveles y
la armadura de los paneles puede ser simple, doble o triple
Para el caso de análisis en el proyecto de investigación se trabajará una
configuración que corresponde a una sola fila de paneles a lo largo de cada lado que
configuran la viga maestra, a este tipo de configuración se le denomina SIMPLESIMPLE, al cual en diferentes fuentes se le da una abreviatura SS.
El puente Bailey puede presentar varias configuraciones adicionales de acuerdo a la
disposición de los diferentes componentes, estas configuraciones se presentan en la
siguiente figura.
TABLA 7
TIPOS DE CONFIGURACIÓN DE PUENTES BAILEY
FUENTE: CARRILLO CHOPIN, F. A. y LÓPEZ PEÑA, H. A., 2006. Aplicación de
puentes metálicos modulares en El Salvador.
D. Caracterización de componentes de puentes tipo Bailey
Según la escuela de ingenieros militares, 1997, a continuación se describen las
características de cada uno de los componentes requeridos para la configuración de
puente tipo Bailey simple - simple.
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1) Panel Bailey
Armazón soldada que comprende dos cordones (superior e inferior) unidos por
montantes verticales y diagonales. Se fabrican de acero especial de alta resistencia. En
un extremo del panel ambos cordones terminan en un muñón perforado y en el otro
extremo en dos orejas perforadas. Los paneles se ensamblan unos con otros por los
extremos mediante el acoplamiento de los muñones, insertando los pasadores del
panel a través de los agujeros correspondientes. (Ver ¡Error! No se encuentra el
origen de la referencia.).
Dimensiones y peso: El panel Bailey tiene las siguientes dimensiones: 10 pies (3,0
metros) de largo, 5 pies 1 pulgadas (1,5 metros) de altura, y 6 1/2 pulgadas (16,5
centímetros) de ancho. El peso del panel Bailey es de 577 libras (262 kilogramos).
FIGURA 1
PANEL BAILEY
FUENTE: CARRILLO CHOPIN, F. A. y LÓPEZ PEÑA, H. A., 2006. Aplicación de
puentes metálicos modulares en El Salvador
2) Travesaño
Es una viga de acero especial de alta resistencia que forma las vigas transversales
del puente, su función es soportar el tablero, posee agujeros en la parte inferior para
acoplar el travesaño con el panel y en la parte superior tiene una oreja que sirve para
fijar los apoyos del tablero.
Dimensiones y peso: El travesaño es tiene como sección transversal un perfil I de
25.4 centímetros (10 pulgadas) de alto por 5.486 metros (18 pies) de longitud su peso
es de 280 kilogramos (618 libras).
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FIGURA 2
TRAVESAÑO
Fuente: AUTOR DEL PROYECTO.
3) Pasador del panel
Elaborado con una aleación de acero tratado al caliente, el extremo del pasador está
ligeramente conificado para facilitar su instalación, al extremo lleva un agujero para
colocar el seguro del pasador del panel.
Dimensiones y peso: El pasador del panel es de 21.1 centímetros (8 5/16 pulgadas)
de longitud y 4.8 centímetros (1 7/8 pulgada) de diámetro. Pesa 2.7 kilogramos (6
libras).
FIGURA 3
PASADOR DEL PANEL Y SEGURO DEL PASADOR
Fuente: AUTOR DEL PROYECTO.
4) Seguro del pasador del panel
En la cabeza del pasador del panel hay una ranura paralela al agujero para el
pasador del bulón, para que al insertar este, se tome la precaución de que esta ranura
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se mantenga paralela al cordón del panel. De otra manera se tendría dificultad para
introducir el pasador del bulón.
5) Puntal o tornapunta
Es un perfil de acero especial de alta resistencia con una espiga cónica en cada
extremo. Se conecta entre una cartela situada en la parte superior del travesero y el
agujero de la parte superior interna del montante de panel, representa el principal
elemento de estabilización del puente manteniendo a plomo y escuadra las vigas
maestras. Se asegura con dos Pernos de Arriostramiento.
Dimensiones y peso: Perfil I de longitud de 1,066 m (3'-5 15/16") altura 7.6
centímetros (3 pulgadas) de alto y pesa 10,0 kilogramos (22 libras).
FIGURA 4
PERFIL I DE PUNTAL O TORNAPUNTA
Fuente: AUTOR DEL PROYECTO.
6) Perno de arriostramiento
Es de acero dulce, y se suministra con tuerca y arandela. Otra arandela, de forma
especial, acoplada debajo de la cabeza, impide que el perno gire mientras se está
ajustando la tuerca. Se emplea para los propósitos de asegurar las piezas siguientes:
El puntal al panel y al travesaño, El bastidor de arriostramiento al panel, La placa de
unión al panel.
Dimensiones y peso: Tiene un diámetro de 1.9 centímetros (3/4 de pulgada) y 8.9
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centímetros de longitud (3 ½ pulgadas), tiene un peso de 0.5 kilogramos (1 libra).
FIGURA 5
PERNO DE ARRIOSTRAMIENTO
Fuente: Manual 5-277 Bailey Bridge.
7) Varilla tensora o diagonal de arriostramiento
Una articulación permite que la diagonal de arriostramiento se pueda doblar para el
transporte y en el más corto de los brazos hay un torniquete, este puede hacerse girar
con el mango de una llave de boca de 1¼", la cual, también se usa para la
contratuerca. El torniquete tiene un bloque calibrador y cuando se ajusta, los extremos
de ambas varillas roscadas hacen tope dentro de este bloque; para que la diagonal de
arriostramiento quede correctamente templada. Un par de diagonales de
arriostramiento así templadas automáticamente "escuadran" cada módulo del puente.
Dimensiones y peso: Pesa 30.8 kilogramos (68 libras)
FIGURA 6
VARILLA TENSORA
Fuente: Manual 5-277 Bailey Bridge
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8) Abrazadera de travesaño
Comprende un parte soldada con un apendice en un extremo, un tornillo con
manubrio en el centro y una pieza movil en el talon. Cuando se opera, el apendice se
inserta dentro del agujero rectangular del montante vertical del panel. La pieza movil
tiene una cabeza, la cual se coloca bajo la ranura de la placa de asiento del travesaño y
ajustando hacia abajo el perno asegura el travesañoen posicion respecto al cordon
inferior y montante del panel.
Dimensiones y peso: 34,3 centímetros (13 1/2 pulgadas) de altura y 20,3 centímetros
(8 pulgadas) en la parte superior. Su peso es de 3,2 kilogramos (7 libras).
FIGURA 6
ABRAZADERA DE TRAVESAÑO
Fuente: Manual 5-277 Bailey Bridge
9) Larguero
Constituyen los soportes longitudinales del tablero del puente, consiste en tres
perfiles soldados entre si para formar un marco, en el cual los elementos transversales
tienen como función dar rigidez a las vigas principales. Unas mordazas que tiene en los
extremos se acoplan con las grapas de la parte superior de los travesaños.
Dimensiones y peso: Consta de tres perfil I de longitud de 3.04 metros (3 pies 11
11/16 pulgadas) altura 10.2 centímetros (4 pulgadas) de alto y pesa 118 kilogramos
(260 libras).
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FIGURA 6
LARGUERO
Fuente: AUTOR DEL PROYECTO.
10) Perno de cordón o pasador de tornillo
Es de acero dulce y su cuerpo principal ha sido diseñado para que encaje en los
cordones del panel. Conecta los paneles y los cordones de refuerzo a través de los
cordones de los paneles.
Dimensiones y peso: Tiene 4,4 centímetros (1 3/4 pulgadas) de diámetro, 31,0
centímetros (12 3/8 pulgadas)) de largo y pesa 3,4 kilogramos (7 1/2 libras).
FIGURA 7
PERNO DE CORDÓN
Fuente: CARRILLO CHOPIN, F. A. y LÓPEZ PEÑA, H. A., 2006. Aplicación de
puentes metálicos modulares en El Salvador.
11) Perno de trinca
Construido de acero dulce, viene completo con tuerca y arandela y no necesita
sacarse durante el montaje, puesto que su cabeza T pasa hacia abajo a través de un
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agujero rectangular en la trinca guardalado y se asegura en el botón especial del
larguero con un giro de 90°.
FIGURA 7
PERNO DE TRINCA
Fuente: CARRILLO CHOPIN, F. A. y LÓPEZ PEÑA, H. A., 2006. Aplicación de
puentes metálicos modulares en El Salvador.
V. CONCLUSIONES
Según las condiciones variables que presenta el territorio nacional en su topografía,
geología, geomorfología y clima, se deben identificar las posibles causas que puedan
generen riesgo y afectación a la infraestructura vial, para así implementar medidas
técnicamente adecuadas que permitan la prevención y control del riesgo que se pueda
originar, de tal forma, que se disminuyan los efectos negativos sobre la infraestructura
existente y se garanticen niveles de servicio adecuados, ofreciendo a los usuarios vías
confortables, cómodas y seguras.
Es prioritario que en la concepción de cualquier proyecto estructural se realice una
planificación adecuada tanto en la etapa de prefactiblidad como en la etapa de
operación y funcionamiento, aplicando las posibles medidas de mantenimiento y
conservación de las estructuras, además, es de vital importancia conocer a fondo las
posibles soluciones que se pueden implementar para así, ejecutar medidas de
emergencia que permita en corto tiempo restituir el funcionamiento de la vía donde se
presente la falla o colapso total de puentes.
El desarrollo del proceso de investigación está enfocado principalmente a evaluar el
comportamiento estructural de puentes de emergencia tipo Bailey, pero para poderle
realizar el análisis es necesario identificar y calcular previamente los posibles riesgos
que se pueden llegar a presentar, para así proyectar soluciones óptimas, técnicamente
adecuada según las necesidades que se requieran, de tal forma que se ofrezcan
alternativas de solución eficientes a los posibles problemas que se llegasen a generar.
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VI. REFERENCIAS
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