Facultad de Ingeniería Civil - Universidad Santo Tomás, Seccional

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A
ISSN: 2145-9274
Mayo 2011
Facultad de Ingeniería Civil
Universidad Santo Tomás
Tunja Colombia
Publicación Anual
02
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Universidad Santo Tomás.
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Vicerrector Académico.
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Director Dpto. de Humanidades.
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Decano Facultad de Ingeniería Civil.
Ing. Pedro Mauricio Acosta Catellanos.
Director de la Revista
Docente Facultad de Ingeniería Civil
Ing. Néstor Rafael Perico Granados
Co - director de la revista
Docente Facultad de Ingeniería Civil
Coordinador del semillero de Investigación:
L’ SPRIT INGENIEUX.
Ing. Juan Pablo González
Coordinador de Investigaciones de la
Facultad de Ingeniería Civil.
Sara Rodríguez
Estudiante de Ingeniería Civil IX semestre.
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Vicerrector Académico
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Director Centro de Investigaciones (CIUSTA)
Mg. Andrea Sotelo Carreño
Directora Dpto. de Comunicaciones
Esp. Henry Sánchez Olarte
Docente Dpto. de Humanidades
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Corrección de Estilo
Andrea Sotelo Carreño
Diseño
Santiago Suárez Varela
Dpto. de Comunicaciones USTA - Tunja.
..............................................................
Diagramación e Impresión
Salamandra Grupo Creativo.
CONTENIDO
05
68
Secuencia de Construcción
en centros de salud, un caso específico de
Boyacá
74
Descripción de la
Infraestructura Ferroviaria
Reforzamiento de la
Planta Física
82
Sistemas Hídricos,
Rehabilitación Puente
Sobre el Río Súnuba
Vía Guateque- Guayatá,
Departamento de Boyacá
Usando Etabs
Jaime Yecid Chía Angarita
Humberto Ramírez Montejo.
Stella Grijalba Lancheros.
13
Vulnerabilidad y Patologías
Ismael Antonio Chaparro Camargo
Henry Colmenares Merchán.
21
del Colegio American School de Tunja
Germán Waked Machado
Miguel Báez Galvis
Rafael Alberto Sosa Güechá
30
Comparación de Modelos
de Cartillas de Puentes
y Pontones en Concreto Reforzado
Estudio Patológico
Preliminar del Edificio Santo
Domingo, Universidad Santo Tomás,
Seccional Tunja
91
en los Yopos
Blanca Inés Soracá Reyes
Víctor Manuel Puerto Nócua.
53
Rediseño Geométrico
y Diseño de Pavimentos de la Vía Variante, Entrada Municipio de Ráquira
Ing. Civil. Carlos Russi Peñarete
Ing. Transportes y Vías. José Ferney
Moreno Bautista.
Residuos Sólidos en
Colombia:
Su Manejo es un Compromiso
de Todos
Sara C. Rodríguez. R.
97
Ruth Sther Martínez Ramírez
Leonardo Parra Galeano.
45 Diseño del Puente
un Paso en Dirección al Manejo
Eficiente de los Sistemas Hídricos
Caso de Estudio:
Municipio de Samacá (Boyacá).
Felipe Andrés Cruz Mojica
Víctor Manuel Peñaranda Vélez.
Jorge Emilio Forero Gómez
Nairo Adolfo Prieto Suárez
Samuel Ignacio Puerto Gil.
37
Héctor Mauricio Sánchez Abril.
Daños Estructurales
Estudio de daños estructurales y no estructurales de las viviendas ubicadas sobre el eje vial de la Avenida Los Patriotas.
Ginna Paola Cano Castro
Edgar Elías Martínez Cruz.
106
¿Es Duitama una
Ciudad Seca?
Brigid Hiomara Pacheco García.
PRÓLOGO
En principio, el prólogo de un instrumento tan valioso como es la revista de estudiantes investigadores
intitulada L´esprit Ingéniux, me aproxima a la analogía
entre esta ventana de visibilidad institucional y la afamada familia de los Medici – padres del renacimiento.
Menciono esto, por la proyección y materialización
de las ideas de jóvenes entusiastas en relación con la
transformación del mundo, a través de proyectos de
investigación.
Es importante para hacer la analogía de los Medici
con esta publicación, contextualizar a los lectores recordando que esta familia propugnó la materialización
del conocimiento, desde diversos escenarios del arte,
la economía y la política. Es así, que hoy existen nuevos
retos como la sociedad del conocimiento, la transferencia del conocimiento, el cambio de paradigmas, el
rescatar al sujeto holístico, al pensar la sociedad desde
su cotidianidad prospectiva.
En virtud de lo anterior, la importancia de que la División de Ingenierías y Arquitectura, con la orientación
del Padre Tiberio Polanía Ramírez, O.P., como Decano,
tenga un instrumento de divulgación de resultados de
investigación de los estudiantes es vital, pues las universidades de nuestra nación han venido cambiando
la concepción de ser profesionalizantes, para transformarlas en universidades de investigación. Por esto,
es trascendental que el documento sea de circulación
académica, material de clase e inspiración de nuevas
investigaciones.
Para este segundo número, los lectores podrán
hacer revisión de artículos que versan sobre daños estructurales, patologías de la construcción, el manejo
de los residuos sólidos, sistemas hídricos, entre otros;
lo que permitirá que los lectores tengan un acercamiento a problemáticas específicas y propias de la ingeniería civil identificadas e intervenidas en nuestro
entorno, como parte de la responsabilidad social propia de nuestra Universidad Santo Tomás.
Así las cosas, amigo lector, queda expuesto el documento como una invitación para que todos nos
adentremos en el mundo del pensamiento de los estudiantes investigadores, como una alternativa para
acercarnos a las nuevas visiones del conocimiento, a
las nuevas formas de resignificar el mundo como un
instrumento inherente al proceso formativo, en este
caso de los estudiantes de ingeniería.
GALO CHRISTIAN NUMPAQUE ACOSTA
Director Centro de Investigaciones.
Puente Sobre el Río Súnuba
5
Stella Grijalba Lancheros
Ingeniera Civil, Universidad Pedagógica y
Tecnológica de Colombia Tunja
[email protected]
Fuente Fotográfica: http://lh4.ggpht.com/osopaul/SDpFH9HKvzI/
AAAAAAAABHQ/V_-5OApk-7U/Construyendo.jpg?imgdl=1
Rehabilitación Puente
Sobre el Río Súnuba
Vía Guateque- Guayatá, Departamento de Boyacá
Resumen
Abstract
El presente artículo es el resultado de una investigación llevada a cabo en el segundo semestre del
año 2009 y el primer semestre de 2010. Se hizo una
inspección visual detallada de todos los elementos de
la estructura del puente, se efectuaron estudios de
suelos junto a los estribos, topográficos del sector y
a la estructura, ensayos químicos, de penetración y
levantamiento de cada una de las piezas de la estructura. Se determinó la naturaleza y extensión de los
daños, grietas, fisuras, flechas y grado de corrosión
de la estructura y de la placa. Se hizo el estudio de
profundidades de carbonatación de la infraestructura
y de la placa y el grado de socavación de la cimentación, luego se propuso un reforzamiento de la estructura metálica, para lo cual se llevó a cabo el diseño
correspondiente. Finalmente, se recomendó colocar
un muro en bolsacreto a la cimentación para protegerla de la socavación y construir una nueva placa,
diseñada de acuerdo con los requisitos del Código Colombiano de Diseño Sísmico de Puentes (CCDSP-95),
a partir de la reparación de las vigas, incluyendo la
instalación de conectores de cortante.
This article is the result of research carried
out in the second half of 2009 and the first half
of 2010. It was a detailed visual inspection of all
elements of the bridge structure, soil studies were
conducted with temper, and topographic structure sector, chemical, penetration and removal of
each piece of the structure. We determined the
nature and extent of damage, cracks, arrows and
degree of corrosion of the structure and plate. It
was the carbonation depth study of the infrastructure and the plate and the degree of undermining
of the foundations, then proposed a strengthening of the metal structure, for which was carried
out for design. Finally, it was recommended to
put a wall in bolsacreto to the foundation to protect against scour and build a new plate, designed
according to the requirements of the Colombian
Seismic Design of Bridges (CCDSP-95), from repairing the beams, including the installation of shear
connectors.
Palabras clave- Cimentación puente, estructura metálica, infraestructura, puente
río Súnuba, patología de puentes.
Keywords-bridge foundation, steel structure Infrastructure Súnuba River
Bridge, bridge Pathology.
I. INTRODUCCIÓN
Este trabajo reviste importancia dado que la vía
en la que se halla ubicado el puente, pasa sobre
el río Súnuba, que comunica a los municipios de
Guateque y Guayatá, en el departamento de Boyacá. Constituye un factor esencial en la movilidad,
comodidad y desarrollo económico de la población
de la provincia de Oriente, que genera un alto beneficio para la región. Este ponteadero es el paso
obligado, pues no hay otra vía alterna. Por allí transita un número significativo de volquetas cargadas
de materiales de construcción.
Para garantizar la circulación de los vehículos y
aumentar el bienestar de la población, se planteó
rehabilitar la estructura metálica, construir una
nueva placa y proteger la cimentación de la socavación, por lo cual se formuló una patología donde se
evaluó y se diagnosticó la estructura, identificando
donde estaba el daño, luego se efectuaron estudios
y diseños mediante los cuales se planteo reparar y
reforzar la estructura con el propósito de aumentar la capacidad funcional y resistente del puente,
ya que éste ha sido debilitado y se ha disminuido la
capacidad de carga prevista inicialmente.
En primer lugar, se recopiló la información necesaria del sitio en estudio como parámetro fundamental, junto con la información tomada en las
visitas de campo a partir de las cuales se llevó a cabo
un diagnóstico de las fallas estructurales, el tipo de
daño de las partes del puente y se sugirieron las estrategias de rehabilitación.
En el trabajo de campo se llevó a cabo la limpieza de la estructura metálica del puente, a través de
chorro de arena, Grado Metal Blanco SSPC – SP5.
Así mismo, se revisó y analizó la superestructura del
puente, se realizó un inventario de las piezas y un
levantamiento detallado de los elementos existentes en la superestructura metálica del puente y de
la placa, con el fin de establecer cuáles de ellos se
deben reemplazar por deterioro, corrosión, presencia de fisuras y/o grietas u otros defectos. Se hizo
evaluación y análisis estructural de la infraestructura del puente, se evaluó la cimentación actual, se
efectuó un estudio de suelos y un levantamiento
topográfico. Una vez obtenida la geometría y las
secciones transversales de los elementos, se procedió a elaborar el análisis y diseño de la estructura
del puente para las condiciones de servicio que se
especifican, según el Código Colombiano de Diseño
Sísmico de Puentes (CCDSP - 95) y así poder determinar el refuerzo necesario.
6
L’ esprit Ingénieux
Para realizar las actividades descritas anteriormente se efectuaron en forma detallada los procesos de diseño, se tomaron fotografías, también se
obtuvieron memorias de cálculo, planos de diseño,
rehabilitación y refuerzo de dicho puente y los resultados de los ensayos de laboratorio realizados.
Los resultados arrojados de rehabilitación permitieron ofrecer una superficie de tránsito vehicular limpia, cómoda, segura y duradera. Además, el
puente rehabilitado puede prestar mejor beneficio a
la región, puesto que se pueden transitar materiales
de construcción y así se genera progreso en el comercio. También, se puede pensar en un avance del
turismo y de la parte agrícola y pecuaria.
En el desarrollo del proyecto se determinaron de
forma clara aquellos factores para garantizar factibilidad, rentabilidad y seguridad de la estructura, los
cuales son parámetros para asegurar la vida útil del
puente. También, se ilustra acerca de lo que se conoce hasta la fecha sobre la estructura, se dan algunas especificaciones a la luz del Código Colombiano
de Diseño Sísmico de Puentes de 1995.
Por último, resta mencionar la importancia que
tiene llevar a cabo actividades de mantenimiento a
cualquier tipo de estructura. En este caso, un puente en estructura metálica en el que el mantenimiento se convierte en una actividad de gran prioridad,
pues, hay que recordar que la mayoría de los aceros
estructurales presentan gran susceptibilidad a padecer de corrosión al encontrarse expuestos día y
noche a los abatimientos del sol, el aire y la lluvia.
Estas condiciones se reúnen en este caso, razón suficiente para tener en cuenta en los próximos años de
vida de servicio de esta estructura tan importante
para el progreso y desarrollo de los municipios de
Guateque y Guayatá.
El alcance del proyecto propuesto fue el de determinar las estructuras geológicas presentes en el
área del proyecto, determinar el tipo de cimentación
de la estructura del puente, establecer las obras de
protección de cauce y taludes, necesarias en el sitio
de ponteadero y en el área adyacente. Por último,
determinar los parámetros y las metas para reparar
la estructura metálica, la construcción de la placa y
la protección de la cimentación.
II ESTUDIOS PREVIOS
Entre las actividades que se llevaron a cabo, las
más importantes, se pueden resumir como:
Puente Sobre el Río Súnuba
A. Antecedentes
Para poder efectuar la rehabilitación sobre el
puente en estudio se identificaron primero los antecedentes, entre los cuales están el diseño para
tráfico liviano, dado a que en aquel tiempo la vía
pertenecía a una vía terciaria. Para ser una estructura antigua la cimentación presenta buen comportamiento ante el paso de cargas pesadas. La superestructura está diseñada para soportar tráfico de 20
toneladas y en la actualidad transitan camiones con
30 toneladas de peso. No se construyó de acuerdo
con las normas actuales y no existe estudio de suelos, solo la información geológica de la región que se
encuentra en el POT.
B. Recopilación de información
Las fuentes de información consultadas para el
desarrollo del estudio fueron: Esquema de Ordenamiento Territorial de Guateque, Esquema de Ordenamiento Territorial de Guayatá, visitas de campo a
la zona de estudio en las que se inspeccionó y se
tomó la geometría de cada uno de los elementos de
la estructura y registro fotográfico.
1) Toma de muestras y ensayos de laboratorio
Con el fin de determinar las propiedades geomecánicas del subsuelo en el sitio del proyecto, se
realizaron las exploraciones por medio de equipo
manual en dos sitios. Cada sondeo se hizo al lado de
cada estribo del puente. Se profundizó a 3 m en el
sondeo 1, y a 2.5 m en el sondeo 2. Por prospección
con los niveles de topografía y las excavaciones que
hizo la maquinaria que explotó material de río para
obtener gravas y arena para trituración, fue posible
determinar el nivel de la roca Cretácea. Sobre el estrato de suelo Cuaternario se tomaron muestras alteradas con el fin de determinar la humedad natural
y la clasificación de los suelos. También, se tomaron
muestras inalteradas con tubo Shelby, con el fin de
realizar ensayos de compresión inconfinada, corte
directo y determinar la densidad natural del terreno. Del estrato de roca Lutita se extrajo un bloque
para obtener en laboratorio un núcleo para realizar
un ensayo de compresión no confinada.
Se realizaron ensayos de laboratorio para determinar las propiedades geomecánicas de los estratos de suelo y roca obtenidos en los trabajos de
exploración del subsuelo. Además, se realizaron
ensayos a la estructura metálica y de la placa. La
totalidad de muestras representativas fueron identificadas en campo y en el laboratorio y sobre un
número representativo de ellas se efectuaron los
diferentes ensayos.
a) Límites de Atterberg, compresión inconfinada y
ensayos no destructivos con tintas penetrantes.
Los límites de Atterberg se llevaron a cabo sobre
el suelo que pasa el tamiz ASTM Nº 40. Durante este
ensayo se tomó el límite líquido y el límite plástico
para saber el contenido de humedad y para ello se
utilizó la cazuela de Casagrande. Los ensayos de
compresión inconfinada se realizaron en cilindros
de muestras de suelo inalteradas y alteradas, con la
finalidad de determinar la resistencia a la compresión no confinada, resistencia al corte y la cohesión.
Por último, se determinó: humedad natural, densidad natural y densidad seca.
Los ensayos no destructivos se tomaron sobre la
estructura metálica. Primero se tuvo que practicar
sand blastinge a la estructura, con el fin de retirar el
material diferente al acero. Tal actividad se realizó
con chorro de arena, grado metal blanco SSPC – SP5.
El procedimiento del ensayo inició con la preparación de la superficie. En esta actividad fue preciso
higienizar muy bien la lámina en estudio, con ayuda
del líquido limpiador, para retirar impurezas como
residuos de agua, aceite u otros contaminantes.
Posteriormente, se secó la superficie para que no
quedaran residuos de líquido limpiador y afectara
los resultados del ensayo. Así mismo, se aplicó el líquido penetrante de manera uniforme para formar
una película de tinta reveladora, que se encargó de
penetrar la superficie del elemento. El tiempo que
reposó la tinta penetrante, sobre el elemento en
estudio fue de aproximadamente 15 minutos. Así
FIGURA 1. APLICACIÓN DE LA TINTA
REVELADORA DE FISURAS EN EL METAL.
Fuente: Autora del proyecto
7
se procedió a limpiar el exceso de tinta penetrante
muy superficial.
Como última parte del ensayo, se aplicó la tinta
reveladora como se muestra en la figura 1 y se extrajo la tinta penetrada en la superficie defectuosa.
Entonces, se descubrieron los daños en el elemento
de estudio. La aplicación de esta tinta se dejó reposar
entre 5 a 10 min aproximadamente gracias a lo cual
se descubrieron muy bien las irregularidades existentes. En este momento se pudo examinar la superficie
visualmente y de esta manera se detectaron las indicaciones de fisuras o poros presentes en el elemento. También, se efectuaron ensayos no destructivos
consistentes en esclorometría a los estribos y a la
placa, con esclerómetro, para conocer la resistencia
a la compresión del concreto. Así mismo, se hizo una
prueba de carbonatación con fenolftaleína.
2) Levantamiento topográfico,
geométrico y estructural
Se efectuó un levantamiento topográfico del
área en estudio y del puente con estación y nivel de
precisión. Así mismo, se realizó un inventario de las
piezas y un levantamiento detallado de los elementos existentes de la superestructura y la infraestructura del puente.
C. Evaluación de la estructura del puente
1) Evaluación de la infraestructura,
de la estructura metálica y de la placa
Se llevaron a cabo con las fuentes de información,
los resultados de laboratorio y el levantamiento topográfico y estructural. La estructura de los estribos se
inspeccionó para revisar su estado general, particularmente, el cuerpo del estribo, las aletas y la cimentación. Se diagnosticó la cimentación y se determinó
el tipo de daño producido por el nivel del cauce del
río. Con la geometría de los miembros estructurales
y el levantamiento de cada pieza, se clasificaron los
elementos en mal estado, los que se podían reparar y
los que se debían cambiar, por efectos de corrosión y
por sobreesfuerzos producidos por el tráfico de materiales de construcción. Se determinó el espesor, el
grado de corrosión y de deterioro de la losa para saber si se podía rehabilitar o se cambiaria.
D. Análisis de la evaluación
1)Información existente y geotécnica
Con este análisis y con las visitas de campo se
determinó la morfología, la estratigrafía y la caracFIGURA 2. DETERIORO DE LA PLACA.
Fuente: Autora del proyecto
8
L’ esprit Ingénieux
terización geotécnica de la zona del proyecto, el deterioro de la estructura metálica y de la placa, con el
fin de llegar a las conclusiones y recomendaciones
del estudio. Se elaboró el análisis y diseño geotécnico, en el cual se hizo la correlación de información entre los trabajos de campo y los resultados de
laboratorio, con el fin de determinar las variables
geotécnicas para determinar el nivel de fundación,
la capacidad admisible del suelo de fundación, los
análisis de estabilidad, los niveles de deformación
del suelo bajo la estructura, la estabilidad de taludes
adyacentes y demás análisis geotécnicos necesarios
para el proyecto.
2) Infraestructura
a) Cuerpo de los estribos
De acuerdo con los resultados de la inspección
se encontró que los estribos del puente consisten en
piedra mampuesta pegada con argamasa y materiales utilizados en la época de construcción del puente, en el año 1940. Los estribos del puente en piedra
mampuesta no muestran índices de manifestación
de falla como grietas o fisuras, por lo tanto, se puede concluir que el comportamiento de los estribos
es satisfactorio. En la inspección de la estructura de
los estribos no se observó ningún índice de movimientos, derivados de asentamientos excesivos o de
asentamientos diferenciales, lo que indica un buen
comportamiento del suelo de fundación.
b) Cimentación
La cimentación, al igual que el estribo, está construida en piedra mampuesta y de acuerdo con la indagación en el estudio geotécnico, se concluye que
está construida sobre un manto rocoso de la formación Fómeque, constituido por lutitas con buen
comportamiento a la capacidad portante, pero que
se ve afectada por los cambios de humedad bajo
presencia de agua en procesos de humedecimiento
Puente Sobre el Río Súnuba
y secado. Sin embargo, se puede concluir que la roca
se ha mantenido permanentemente húmeda, por lo
tanto, no ha sufrido cambios en su comportamiento físico, mecánico y por tal razón la cimentación se
muestra estable.
De la inspección no se encontraron índices de
manifestación de falla como grietas o fisuras, ni evidencias de movimientos por asentamientos diferenciales, por lo tanto, se puede concluir que el comportamiento de la cimentación ha sido satisfactorio.
zos, que consiste en determinar la acción a la cual
se ve sometido cada elemento de la estructura y en
determinar la capacidad nominal resistente del elemento en condiciones de diseño. El resultado de dividir la fuerza actuante sobre la resistencia nominal
resistente del elemento, es el indice de sobreesfuerzos. Si el índice de sobreesfuerzos es mayor que uno,
se considera que el elemento soporta las cargas de
diseño de manera satisfactoria, si es menor que uno,
se considera que el elemento no es capaz de soportara las cargas de diseño de manera satisfactoria.
c) Aletas de los estribos
b) Estructura en condiciones actuales
Las aletas de los muros del estribo consisten
en muros de concreto reforzado, los cuales fueron
inspeccionados por medio de ensayos no destructivos, consistentes en esclorometría y carbonatación.
Se encontró que la resistencia a la compresión del
concreto medida indirectamente es mayor a 21 MPa
(210 kgf/cm2, 3000 psi) y que el concreto presenta
carbonatación de 1,5 cm y considerando que el recubrimiento es de 2,5 cm, aún presenta una reserva
antes de ser atacado el refuerzo por la corrosión.
Este análisis consistió en considerar la estructura
con sus elementos en condición actual, teniendo en
cuenta las afecciones patológicas encontradas en el estudio realizado a la estructura. El procedimiento para
el análisis fue igual que el del inciso del paso anterior.
3) Estructura metálica
a) Estructura en condiciones originales de diseño
Este análisis consistió en considerar la estructura
con sus elementos en condición ideal, como si se
tratara de elementos nuevos, tal como el momento
en que fue puesta en servicio la estructura. Para el
efecto se utilizó el criterio de índice de sobreesfuer-
4) Placa de piso
Conociendo el estado actual en que se encontraba
el puente, se pudo ver que la losa se encuentra en estado crítico, tal como se muestra en la figura 2. Su proceso de deterioro, en el cual se formaron baches y no
tenía rigidez adecuada para distribuir las cargas móviles en las vigas longitudinales, le impide proporcionarle
una superficie de rodadura uniforme al puente, causándole impactos a la estructura metálica, los cuales
pueden producir el colapso total de ella y se generaría
una gran pérdida económica al tener que construir un
nuevo puente, con un aislamiento prolongado de las
actividades económicas de la provincia.
9
III. PROPUESTA DE REHABILITACIÓN
DEL PUENTE
A. Infraestructura
Después de los estudios se llegó a la conclusión que para los estribos se recomienda construir una pantalla en concreto reforzado, con el
fin de mejorar las condiciones de flexión derivadas de acciones sísmicas. Así mismo, para la
cimentación se sugirió construir una pantalla en
muro bolsacreto, para proteger la cimentación
de los efectos de la socavación.
El muro consiste en colocar elementos bolsacreto de un metro cúbico, cada uno, dispuestos al frente de la cimentación de los estribos y las aletas en
dimensiones de 5 m de altura por 5 m de ancho en
la base y un metro en la corona, a lo largo de toda
la cimentación en ambos estribos. También, se propuso proteger las aletas de la socavación mediante
un muro bolsacreto de las mismas dimensiones del
recomendado para los estribos.
B. Superestructura
1) Estructura metálica
Para la estructura metálica en los elementos de
la cercha se propuso reemplazar los elementos del
cordón inferior de la cercha cambiando las C por Vigas IPE300, instaladas de la misma manera como están dispuestos los elementos I del cordón superior.
Así mismo, para los elementos del sistema de piso se
recomendó reemplazar todos los patines superiores
de las vigas del sistema de piso por platinas de 8mm
de espesor instalando conectores de cortante para
lograr la colaboración entre las vigas y el concreto
de la placa de piso. Las dimensiones de los elementos por instalar son:
Vigas traviesas, para reemplazar los patines
superiores por platinas de 8 mm de espesor, por
185 mm de ancho. Las vigas longitudinales para
reemplazar patines superiores por platinas de 8
mm de espesor por 165 mm de ancho. Para los
conectores de cortante se propuso colocar perfiles canales C4” de 5.8 mm. El espesor del alma
tendrá 100 mm de longitud cada uno, instalados
cada 30 cm. Los conectores deben reemplazar
todos los remaches de ¾” por pernos de 1 ¼” de
alta resistencia, grado ASTM A490. Las platinas de
conexiones se deben reemplazar todas por platinas de 3/8” de espesor. El reemplazo de platinas y
remaches se puede hacer retirando los remaches
de cada conexión y reemplazando las platinas una
a una, sin necesidad de desarmar la totalidad de
la estructura.
10
L’ esprit Ingénieux
2) Placa de piso
Para lograr lo expuesto anteriormente y también
para proteger la estructura metálica del agua, fue
conveniente plantear una solución alternativa para
construir una losa maciza en concreto reforzado de
17 cm de espesor, previa la reparación de las vigas
del sistema de piso y la instalación de conectores
de cortante. Para construir la nueva placa se utilizará concreto de resistencia mínima a la compresión
a los 28 días de 3000 psi y acero de refuerzo con
resistencia a la fluencia de 60.000 psi. El refuerzo
principal se debe instalar perpendicular al tráfico.
III. ANÁLISIS DE PATOLOGÍA
A. Estructura metálica
Los daños en la estructura se presentaron en
elementos estructurales, principalmente, en los nudos de las cerchas, conexiones, cordones inferiores
de las cerchas, vigas traviesas, vigas longitudinales, apoyos del puente, elementos no estructurales
(como la baranda) y las conexiones de las barandas
a la estructura metálica principal.
Las principales lesiones que se presentaron fueron de tipo químico, seguidas de las lesiones físicas,
mecánicas y, en menor porcentaje, las biológicas. La
lesión química que más se presentó fue la oxidación,
seguida de las manchas y de la corrosión, que fue la
que más afecto a la estructura metálica. La lesión
física que representó el 100% del grupo de daños
de este tipo fue la suciedad, dado que allí cruzan
las volquetas cargadas de material que ocasionan el
constante desprendimiento de partículas de polvo
de roca, que con el sol y la lluvia se fijan a la estructura dándole un aspecto desagradable a la vista. La
lesión de tipo mecánico más importante en la estructura fue el pandeo, que se ve en las dos vigas
en perfil C del elemento central de las cerchas. Otra
lesión mecánica que se presentó fue la fractura de
las vigas traviesas en la parte inferior de la estructura. La estructura también presentó lesión biológica
que se sucedió por la presencia de algunos organismos que se aposentaron en la estructura causando
diferentes reacciones sobre los materiales que la
conforman. En este caso, los principales organismos
biológicos encontrados sobre la estructura fueron el
musgo, los hongos y la planta de helecho.
También, se presentaron lesiones indirectas.
La causa más frecuente son acciones no previstas,
como el paso de vehículos más pesados sobre el
puente, la falta de mantenimiento y limpieza que
es necesario para evitar la formación de actividad
biológica, la mala aplicación de la pintura comienzo,
promoviendo la aparición de la corrosión.
Puente Sobre el Río Súnuba
Fuente Fotográfica: http://tectonicablog.com/?p=11671
B. Placa
Los daños en la estructura se presentaron en el
concreto y el acero de refuerzo. Las lesiones que se
presentaron fueron de tipo químico, seguidas de las
lesiones físicas y mecánicas. La lesión química que
más se presentó fue la oxidación y de corrosión en
las barras de acero. La lesión física más representativa es la misma que se presentó en la estructura
metálica. La lesión de tipo mecánico más importante en la placa fue el desprendimiento. De igual
manera, se incluye como causa indirecta la mano de
obra mal trabajada, pues en el momento de fundir
la placa no se dejó suficiente espacio entre la formaleta y el refuerzo transversal y longitudinal de la
placa, ocasionándose una gran exposición de las varillas que actualmente están sufriendo un proceso
continuo de corrosión.
Otra causa indirecta es la calidad de los materiales. En este caso se hace referencia a la calidad
del concreto de la placa, pues no tuvo la suficiente
resistencia para soportar el paso más frecuente de
vehículos pesados. Aquí también se incluye como
causa indirecta las deficiencias de diseño, pues la
placa presenta un espesor de 8 cm a 10 cm considerándose insuficiente para resistir el tránsito de
los vehículos.
C. infraestructura
La cimentación y los estribos sufrieron daños
por acción del agua, que fue la causa principal de la
socavación, vista fundamentalmente como un problema de hidráulica fluvial.
IV. CONCLUCIONES Y RECOMENDACIONES
Según el compendio de datos y el análisis se
percibió que el puente sobre el rio Súnuba, no era
capaz de soportar las cargas de los vehículos que
transitaban por allí con materiales de construcción, dado a que la estructura fue diseñada para
cargas hasta de 20 toneladas y las que transitan
en la primera década del siglo XXI son de 30 toneladas.
Se dedujo que la placa de piso del puente no
cumple con los requerimientos del Código Colombiano de Diseño Sísmico de Puentes 1995. El espesor de 12 cm no era suficiente para soportar los esfuerzos producidos por las cargas vehiculares, por
lo cual la losa se agrietó hasta llegar a deteriorarse.
Se notó que la estructura metálica sufrió grandes impactos causados por los esfuerzos producidos
al paso de los vehículos, dado que la losa de piso se
encontraba con baches de dimensiones significativas.
Se observó que todas las vigas del sistema de
piso, los elementos de los cordones inferiores de las
cerchas y todos los remaches y conectores de la estructura metálica no están en capacidad de soportar
las exigencias de cargas actuales, pues han perdido
sección por efectos de la corrosión. Además, no fue
diseñado para soportar dichas cargas.
Se concluyó que la infraestructura se encontraba
socavada por los efectos del cauce del río. Se pudo
observar que el ambiente en el que se encuentra el
puente es húmedo, pues del río se desprende vapor de agua con contenido de sales y amoníaco. Es
probable que el proceso de corrosión se dé con más
facilidad. También, se vio que la suciedad es un factor muy presente en el sitio del puente, pues fue la
lesión física más frecuente.
Se sugirió no transitar vehículos por el puente
mientras no esté reparado, con el fin de evitar que
colapse la estructura metálica, generando grandes
pérdidas económicas.
Se recomendó reforzar la estructura metálica
y reemplazar los patines de las vigas por platinas
de 8 mm. Los elementos de los cordónes inferiores
de las cerchas se deben cambiar los perfiles C por
Vigas IPE300, instaladas de la misma manera como
están dispuestos los elementos I de los cordónes
superiores e instalar conectores de cortante.
También, se propuso reemplazar todos los remaches de ¾” por pernos de 1 ¼”, de alta resistencia, grado ASTM A490 y todas las platinas de conexión por platinas de 3/8” de espesor. Así mismo, es esencial que las
soldaduras aplicadas cumplan con las especificaciones
de la AWSD1.5 Código de Soladura para Puentes.
Se recomendó reemplazar las platinas y remaches retirando los remaches de cada conexión y
reemplazar las platinas una a una, sin necesidad de
desarmar la totalidad de la estructura. Se planteó
proteger la infraestructura de la socavación colocando muros en bolsacreto.
Para ejecutar la obra se deben utilizar materiales
seleccionados que cumplan con todos los requisi-
11
tos de calidad estipulados en el proyecto. Así mismo, cumplir con los requisitos del Código Colombiano de Diseño Sísmico de Puentes (CCDSP-95) y
las Normas Colombianas de Diseño y Construcción
Sismo Resistente (NSR-10).
La mezcla del concreto, debe ser homogénea y
preparada en forma mecánica, para lograr un papel
importante en la uniformidad del producto terminado y así producir concreto de calidad. Se debe
basar en la relación agua-cemento necesaria para
obtener una mezcla plástica y manejable según las
condiciones específicas de colocación de tal manera que se logre un concreto de durabilidad.
Se sugirió hacer mantenimientos periódicos al
puente, inspeccionándolo cada seis meses aproximadamente, con el fin de evitar que se aposenten
organismos biológicos en la estructura como hongos o plantas, incluso animales, dado que el ataque biológico también puede inducir a corrosión
(biocorrosión). La limpieza de la superficie es muy
importante.
Se propuso que las actividades que se desarrollen en el momento de la rehabilitación de la
estructura fueran efectuadas por profesionales y
personal calificado, por tratarse de un trabajo especializado.
VI. Referencias
• AIS, Asociación Colombiana de Ingeniería
Sísmica (2010) Normas Colombianas de
Diseño y Construcción Sismo Resistente,
Bogotá
• Colombia, Ministerio del Transporte.
(2009, 30 de Junio). Código Colombiano
de Diseño Sísmico de Puentes. Bogotá.
• Guevara, M.E. (1998). Socavación en
puentes, Popayán: Universidad del Cauca.
• Vallecilla, C. (2009). Manual de Diseño de
Puentes Reforzados, Bogotá: Universidad
Nacional
12
Fuente
Fotográfica:
http://www.fondospantallagratis.com/
L’ esprit
Ingénieux
fondos-de-escritorio-wallpapers/ciudades/puente-de-noche/5700
Vulnerabilidad y Patologías En centros de salud, un caso específico de Boyacá
Fuente Fotográfica: http://www.panoramio.com/photo/27856256
Ismael Antonio Chaparro Camargo
Ing. Civil, Universidad Católica de Colombia, Bogotá
[email protected]
Henry Colmenares Merchán
Ing. Civil, Universidad La Gran Colombia, Bogotá
[email protected]
Vulnerabilidad y Patologías
en centros de salud, un caso específico de Boyacá
RESUMEN
ABSTRACT
El presente artículo es el resultado de un estudio de
vulnerabilidad y riesgo sísmico de una edificación definida por la legislación colombiana como “esencial”. Se
trata del centro de salud del municipio de Tópaga. Debido a la relevante función que desempeña en la atención
y gestión de emergencias y de tratamientos médicos
ambulatorios para una población numéricamente importante, es necesario crear un cuerpo de prescripciones específicas que permitan adecuar las edificaciones
existentes o construir unas nuevas, frente a posibles
riesgos sísmicos.
This article is the result of a study of vulnerability and seismic risk a building defined by Colombian
legislation as “essential”. It is the municipality of
Tópaga health centre.
Una revisión de los antecedentes y del estado del
arte revela un balance negativo de estas edificaciones
esenciales ante un comportamiento sísmico, así sea
éste moderado. Se detectaron algunas falencias tales
como: (a) insuficiencia de las metodologías adoptadas
en los códigos sísmicos vigentes para proteger este
tipo de edificaciones, (b) necesidad de abordar su evaluación desde un punto de vista global que considere
la vulnerabilidad física estructural y no estructural y la
vulnerabilidad funcional y (c) la importancia de considerar la interacción entre los diferentes elementos que
conforman un sistema esencial con otros sistemas y líneas vitales.
A review of the background and the State of
the art shows a negative balance of these essential buildings a seismic behavior, yet be moderate.
Detected some shortcomings such as: (a) failure of
the methodologies in place to protect this type of
buildings, (b) need to address its evaluation from a
global point of view to consider the physical vulnerability - structural and non-structural-functional
vulnerability and (c) the importance of considering
the interaction between the different elements
that make up an essential with other systems and
vital lines system seismic codes.
Due to the relevant role in the care and management of emergency and outpatient medical
treatment for a numerically significant population,
it is necessary to create a body of specific requirements to match the existing buildings or building
new ones to potential seismic risk.
Se muestra una descripción general del estado
actual de la edificación, en cuanto a su parte médicoarquitectónica, estructural y sus afectaciones patológicas. También, la revisión y verificación de los estudios
adelantados a la fecha, descripción y análisis de las intervenciones de los reforzamientos estructurales realizados y, finalmente, un análisis de resultados.
This article is about the specific case of level
one Tópaga Health Center, an overview of the current state of the building, is displayed on its part
médico-arquitectónica, structural and their pathological affectations. Also, the review and verification of studies developed to date, description and
analysis of the interventions of the structural improvements made and finally an analysis of results.
Palabras clave. centros de salud de boyacá, edificaciones esenciales, sistemas
esenciales, vulnerabilidad sísmica.
Keywords. Centros de salud de Boyacá, essential buildings, essential systems,
seismic vulnerability.
13
I. INTRODUCCIÓN.
El presente artículo es producto de una investigación para la Universidad Santo Tomás realizado durante los años 2009 y 2010. Fueron efectuados estudios
avanzados sobre la infraestructura existente y se le
otorgó especial importancia a los temas de vulnerabilidad y riesgos sísmicos que pueden afectar las edificaciones del Centro de Salud del municipio de Tópaga.
Debido a la importante función que desempeña,
en cuanto a la atención sanitaria de la población y
a la gestión de emergencias ocasionadas, por posibles sismos, es necesario implementar estudios que
ofrezcan soluciones de reforzamiento estructural
acordes con las nuevas normas sísmicas del país. La
normatividad permite y ordena adecuar las edifica-
Fuente Fotográfica: http://www.panoramio.com/photo/27856256
14
L’ esprit Ingénieux
ciones existentes y construir nuevas, con requisitos
incluidos en la NSR -10, la cual las clasifica de acuerdo con su nivel de importancia.
La selección de una metodología específica de
evaluación de la vulnerabilidad sísmica debe necesariamente considerar un balance entre la inversión
y el resultado. Dependiendo del alcance y los objetivos del estudio, se justificó la implementación
de técnicas determinadas de evaluación que, para
el caso de los centros de salud, son relativamente
parecidos pero sólo en uno de ellos se han venido
adelantando estudios y se han ejecutado algunas
ampliaciones, lo que condujo a trabajar con dos metodologías diferentes.
Vulnerabilidad y Patologías En centros de salud, un caso específico de Boyacá
II. ESTUDIOS Y DISEÑOS PROPUESTOS
A. Antecedentes y estado actual
A raíz del terremoto de Popayán en 1983 se
tomó conciencia de la necesidad de diseñar y construir edificaciones que cumplan ciertos parámetros
de resistencia sísmica, que permitan salvaguardar la
integridad de sus ocupantes y de la misma estructura, en caso de la ocurrencia de un evento de esta
naturaleza. Fue así como en 1984, se adoptó el primer Código Colombiano de Construcciones Sismo
Resistentes que estuvo vigente hasta 1998, cuando
fueron publicadas las actuales Normas Colombianas
de Diseño y Construcción Sismo Resistente NSR – 98
y, por último, la nueva norma NSR-10.
A pesar de los grandes esfuerzos por normalizar la construcción en Colombia, para encaminarla
hacia la reducción de las pérdidas económicas y de
vidas humanas, el sismo del eje cafetero de 1999,
demostró que no basta con construir edificaciones
nuevas que cumplan con las normas actuales de sismo resistencia, sino que es urgente la actualización
y reforzamiento de las edificaciones que hayan sido
construidas siguiendo los lineamientos del Código
del 84, y más aún, aquellas que fueron construidas
sin estructura de resistencia sísmica.
En el Capítulo A.10 de la NSR – 98 se establecen
unos parámetros básicos para determinar la vulnerabilidad sísmica de edificaciones, que fueron
construi-
das antes de la vigencia de dicho reglamento. Lo que
se busca, en general, es que al hacer el reforzamiento de una estructura construida antes de la vigencia
de la NSR-98, la edificación adquiera el nivel de seguridad exigida por las normas vigentes.
Hacia los años 60 y a principios de los 70, en la
mayoría de municipios, a través de un modelo tipo
implantado por el mismo Estado, fueron construidos
unos puestos de salud que se ajustaban a las necesidades y los alcances de los gobiernos de la época.
Para la fecha de la construcción de esos puestos de
salud, las enfermedades que cubrían los planes obligatorios de salud eran pocas y los servicios se dirigian
a personas específicas. Por tanto, los requerimientos
en cuanto a personal profesional eran mínimos, al
punto que únicamente requerían de una sola enfermera jefe y algunas promotoras para atender el puesto de salud.
Tales edificaciones se construían sin ningún estudio de suelos, ni portafolio de servicios. Obedecían
sencillamente a un diseño tipo, el cual no cumplía
ni estaba ajustado con normas preestablecidas de
sismo-resistencia (NSR-98). Con el tiempo, el Estado
fue incrementando los porcentajes de cobertura de
las enfermedades y de la población objetivo. Sin embargo, a pesar de ello, los puestos de salud resultaron
siendo los mismos y solamente se efectuaron algunos
cambios, ejecutados sin revisión ni diseño adecuados.
Actualmente, debido a que la infraestructura
hospitalaria ha adquirido una gran importancia, se
hizo necesario incluir en la NRS-98 y el Código de
Sismo Resistencia de 1984, un coeficiente de mayor
importancia para centros de salud y hospitales, debido a que son estos inmuebles los que, en un
evento sísmico, deben recibir a los heridos y
para prevenir los riesgos de réplicas.
Es necesario, por tanto, realizar los
estudios y análisis necesarios de estas
antiguas edificaciones e intervenirlas, con el propósito de salvaguardar la vida de quienes las
utilicen.
B. Referentes teóricos
La amenaza sísmica se
entiende como la probabilidad
de que se presente un sismo potencialmente desastroso, en un
sitio dado. Es un factor externo a
la estructura y representa un peligro
latente que puede causar daños a las
15
personas, bienes y al medio ambiente. Por otra parte,
el riesgo sísmico, representa el grado de daño o pérdida esperado por la ocurrencia de un evento sísmico.
Lo que quiere decir que el riesgo está íntimamente
ligado con el grado de exposición (Vallecilla, 1995).
La vulnerabilidad sísmica se define como el grado
de pérdida o deterioro de un elemento o un grupo
de elementos bajo riesgo, resultado de la probable
ocurrencia de un evento sísmico desastroso. Este
deterioro comprende el daño físico que pueda sufrir el sistema de resistencia sísmica y el sistema de
resistencia de cargas gravitacionales. El daño que
pueda sufrir la estructura depende de factores como
la calidad del diseño, características de los elementos estructurales, configuración estructural, calidad
de los materiales utilizados y, desde luego, las cargas actuantes. La calificación del daño estructural
se puede hacer de manera cualitativa o de manera
cuantitativa.
C. Procedimientos ejecutados
Se utilizaron los métodos cuantitativo, descriptivo y explicativo. Los alcances de las bases metodológicas incluyen lo siguiente: peligro sísmico, evaluación geológica y geotécnica, riesgo sísmico y bases
de análisis sísmico, prospección del estado físico,
análisis y evaluación estructural y análisis y evaluación no estructural (tabiques, cielo rasos, equipo industrial y médico). Además, se involucran los aspectos que afectan la vulnerabilidad sísmica y los cuales
son: aspectos geométricos, aspectos constructivos,
aspectos estructurales, aspectos de cimentación, aspectos de entorno y aspectos de suelos
D. Metodología
Para desarrollar el estudio de vulnerabilidad se
siguieron los lineamientos establecidos en el Capítulo A.10 de la NSR – 98, referente a la rehabilita-
ción de edificaciones construidas antes de la vigencia de dicha norma. Adicionalmente y dado que la
estructura actual, en su mayoría, está compuesta por
mampostería no reforzada, se tuvieron en cuenta algunas recomendaciones de la Asociación Colombiana de
Ingeniería Sísmica, consignadas en el Manual de Construcción, Evaluación y Reconstrucción de Viviendas de
Mampostería. También, fueron consideradas las recomendaciones del Decreto 2809 del 29 de diciembre de
2000, referente a la reparación y refuerzo de edificaciones. La secuencia metodológica seguida para realizar el presente trabajo fue la siguiente:
1) Recopilación de la información preliminar
Comprende el estudio de vulnerabilidad estructural y diseño del reforzamiento para el Centro de
Salud San Judas Tadeo del municipio de Tópaga. El
edificio, de una planta, se sitúa en un lote de terreno de 647 m2 y ocupa un área construida de 278,52
m2, en mampostería no confinada. La construcción
de la infraestructura física actual, fue ejecutada en
diferentes etapas cronológicas, funcionales y constructivas. Se tiene una edificación antigua (Bloque 2)
construida en 1964, una ampliación que data de la
década de los años 80 (Bloque 1) y una tercera construcción que, por su área, hace parte de una nueva
edificación (Bloque 3) construida en el año de 1999.
En la figura 1, se identifica y zonifica la construcción
existente de acuerdo con las características definidas anteriormente.
2) Inspección de la estructura.
El sistema de soporte estructural está conformado por muros de carga, en ambas direcciones en
mampostería. Además, no posee pórticos en concreto ni columnas que estén soportando carga alguna. Este sistema estructural no posee capacidad de
disipación de energía, lo cual contradice lo establecido por la NSR – 98 para zonas de amenaza sísmica
alta. La estructura de cubierta está conformada por
un entramado de correas metálicas sobre la que están soportadas tejas de asbesto – cemento.
3) Análisis de vulnerabilidad sísmica
Para evaluar el grado de vulnerabilidad sísmica se
tuvieron en cuenta los aspectos de geometría, construcción, estructura, cimentación, entorno y características del suelo de fundación, siguiendo los parámetros
establecidos en la NSR – 98 y del manual de evaluación
de edificaciones de mampostería, de la Asociación Colombiana de Ingeniería Sísmica, AIS.
FIGURA1. ZONIFICACIÓN BLOQUES CONSTRUCTIVOS. Tomado del primer estudio de
vulnerabilidad sísmico del centro de salud de Tópaga.
Empresa Social del Estado San Judas Tadeo, 2009,
16
L’ esprit Ingénieux
Vulnerabilidad y Patologías En centros de salud, un caso específico de Boyacá
Por otro lado las unidades de mampostería utilizadas para la construcción, son de ladrillo tolete
ordinario de diferentes características en cuanto a
grado de cocción y apariencia exterior. Las unidades se encuentran trabadas de manera irregular y
algunas de ellas se encuentran fracturadas, de manera que la vulnerabilidad por tipo y disposición de
las unidades de mampostería es alta. El mortero de
pega se deja rayar con facilidad y las piezas de mampostería no están en buenas condiciones, teniendo
en cuenta que el material estructural es la mampostería y ésta se encuentra deteriorada, la vulnerabilidad por calidad de los materiales es alta. En cuanto a
los aspectos estructurales, se tiene en cuenta si hay
muros confinados o reforzados, detalles de vigas y
columnas, vigas corona, características de las aberturas y los entrepisos y el amarre de la cubierta. El
sistema de resistencia sísmica de la edificación
está conformado por muros en mampostería
no reforzada con algunos signos visibles
de deterioro, la vulnerabilidad por muros confinados y reforzados es alta.
Se pudo apreciar en la auscultación de la estructura que no
se identificaron columnas
en concreto, simplemente en algunos
sectores se evidenció la presencia de machones en
ladrillo. En el estudio de suelos adjunto al presente
informe, se puede identificar, en los muros perimetrales del cerramiento de la construcción, la presencia
de columnas de confinamiento, las cuales presentan
carencias de cimentación (ausencia de zapatas o pedestales), la vulnerabilidad por éste aspecto es alta.
En la auscultación de la estructura no se identificaron vigas corona sobre las culatas ni los muros divisorios. La vulnerabilidad en este aspecto es alta,
con respecto a las aberturas en los muros para las
ventanas y puertas. Éstas están distribuidas adecuadamente dentro de los muros. La vulnerabilidad
por las características de las aberturas en los muros
es media. La pequeña placa de entrepiso que existe
se ve en buenas condiciones, ya que no presenta
ningún tipo de fisura; de manera que la vulnerabilidad por este aspecto es baja. La estructura de
cubierta está conformada por un entramado de correas metálicas en estado de deterioro, apoyadas
directamente sobre los muros sin ningún tipo de
anclaje mecánico. Las correas presentan deflexiones visibles y no se encuentran arriostradas. La
vulnerabilidad por amarre de cubiertas es alta. De
acuerdo con la exploración realizada con apiques
se verificó el tipo de cimentación que presenta la
estructura, como también la profundidad de la misma, se pudo establecer que presenta una cimentación corrida, constituida en concreto ciclópeo,
a una profundidad promedio de 0.40 m. También,
se pudo observar que en ciertas partes de la estructura, la cimentación se encuentra a la vista y con
profundidad de desplante negativa, como se puede
observar en las figuras del estudio de suelos. Esto
ha generado que la estructura no presente un adecuado nivel y tipo de cimentación que garantice su
estabilidad. De igual manera, se constató que los
muros perimetrales están confinados con columnetas pero éstas, de igual manera, no presentan un
nivel y sistema de cimentación adecuado (ver informe estudio de suelos). La vulnerabilidad por características de cimentación es alta. La topografía
de la zona donde se encuentra ubicado el centro de
salud es de pendiente moderada. La vulnerabilidad
por entorno es media.
4) Definición y diseño del reforzamiento
Dado que la edificación tiene una vulnerabilidad
sísmica alta y no cumple con todas las especificaciones
de la NSR – 98, es necesario hacer un reforzamiento
para proporcionar un sistema de resistencia sísmica
adecuado. La nueva estructura de reforzamiento debe
también transmitir, de manera adecuada, las cargas actuantes al suelo de fundación.
En términos generales, se recomienda construir un sistema aporticado compuesto por
Fuente Fotográfica: http://www.epicadero.com/prodinfo.asp?idsc=175&idC=1&idp=72
En los aspectos geométricos se evaluaron las irregularidades tanto en planta como en altura y la configuración de muros. La edificación en general no
presenta irregularidades pronunciadas en planta,
por esto se puede decir que la vulnerabilidad de la
estructura por irregularidades en planta es baja. De
acuerdo con la modulación en altura del edificio, no
existen irregularidades importantes, de manera que la
vulnerabilidad por este concepto es baja. Se tuvieron
en cuenta para la vulnerabilidad factores como calidad
de las juntas de pega en el mortero, tipo y disposición
de las unidades de mampostería y la calidad de los materiales. El espesor de las juntas de pega es uniforme en
el sentido horizontal, pero en sentido vertical presenta
algunas irregularidades. La calidad del mortero de pega
es de baja calidad, por cuanto tiene un alto contenido
de arena con relación a la cantidad de cemento, situación que se constató rayando el mortero con una puntilla. De lo anterior, se determina una vulnerabilidad
por calidad de las juntas de pega en mortero media.
17
vigas y columnas que absorba la totalidad de las solicitaciones, tanto sísmicas como las cargas gravitacionales que se generen por el uso de la estructura. Es necesario rematar los muros de culata con vigas cinta. Se
recomienda hacer un reforzamiento de la cimentación
consistente en la construcción de zapatas. Es necesario
también hacer un reforzamiento de todos los elementos no estructurales para que no queden sueltos, con el
fin de evitar, de esta manera, que se ponga en peligro
la vida de los ocupantes y los transeúntes.
Los detalles y recomendaciones de reforzamiento
se encuentran en los planos de reforzamiento.
5) Evaluación de la estructura rehabilitada
a) Procedimiento constructivo
Es importante mencionar que por tratarse de
una obra de reforzamiento y no de obra nueva, es
necesario tener algunos cuidados para evitar accidentes o deteriorar las partes de la edificación que
no van a ser intervenidas o demolidas.
Considerando que para realizar las obras de reforzamiento estructural como respuesta al estudio
de vulnerabilidad sísmica, en el Centro de Salud San
Judas Tadeo del municipio de Tópaga, no es viable
suspender los “Servicios Asistenciales”, por lo que
es de vital importancia, planear y coordinar la ejecución progresiva de las obras, mediante estrategias
que faciliten a los operarios adelantar los trabajos
de ingeniería, retirar escombros, movilizar equipos y
materiales sin que exista interferencia de circulaciones con pacientes, con el personal asistencial o con
el personal administrativo del centro de salud.
También, es indispensable programar los horarios en los que se puedan realizar actividades que
produzcan altas vibraciones y ruidos, para evitar que
se ejecuten de manera simultánea con actividades
propias del centro, que impliquen alto riesgo o cuidados especiales para pacientes en estado crítico
como cirugías, procedimientos de urgencia u otros.
b) Recomendaciones generales
Establecer un programa de avance de obra que
considere el desarrollo secuencial de etapas constructivas, para permitir un funcionamiento parcial
de la Institución sin entorpecer sus actividades asistenciales. De lo contrario, es recomendable analizar y
desarrollar un esquema de contingencia que permita
el funcionamiento temporal de la Institución, en una
edificación alterna que se adecue para su uso, mientras son ejecutadas las acciones de reforzamiento en
la infraestructura de la edificación en uso.
18
L’ esprit Ingénieux
Se deben seguir las especificaciones mostradas en
los planos estructurales. Si se encuentran situaciones
que hagan necesario cambiar los procedimientos establecidos, se debe consultar con el ingeniero diseñador. En obra se deben utilizar todos los elementos de
seguridad, cerramiento y de señalización.
c) Procedimiento general.
Para el proceso de reforzamiento del centro de
salud se recomienda desmontar la cubierta existente
de acuerdo con el esquema de avance de obra y el desarrollo secuencial de las etapas definidas por el constructor. Una vez realizado el desmonte parcial de la
cubierta, se procederá a realizar los cortes en muros
y placa de piso y la excavación pertinente para la fundación de las zapatas. Es necesario hacer una cama
de recebo compactado de 10 a 15 cm de espesor en
las excavaciones de las zapatas. Antes de colocar el
acero de refuerzo de las zapatas, se recomienda fundir un concreto de limpieza de 2.500 PSI de 5 cm de
espesor. Una vez fundido el concreto de limpieza, se
procederá a colocar las parrillas y el acero de refuerzo
para las zapatas, de acuerdo con los despieces que se
encuentran en los planos de reforzamiento. Asi mismo, realizar la unión de los elementos estructurales
nuevos - zapatas y columnas - a la estructura existente - vigas de amarre de cimentación-- mediante pasadores de acero embebidos en el concreto de ambos
elementos; para lo cual se recomienda usar epóxico
para los anclajes tipo Sikadur gel anclaje 1A o similar.
Posteriormente, se procederá a realizar la fundición del concreto de zapatas. Secuencialmente,
se iniciará el armado de refuerzo para columnas,
de acuerdo con los despieces que se encuentran en
los planos de reforzamiento y se fundirá el concreto para estos elementos. Una vez fraguado el concreto de las columnas, se procederá al armado y
fundición de las vigas de enrase, sobre las cuales
se levantarán los muros de culata en mampostería.
Luego de terminada la mampostería de los muros
de culata, se colocará el acero de refuerzo de las
vigas cinta. También, se fundirá el concreto de las
vigas cinta y, una vez fraguado, se procederá a instalar la estructura metálica para la cubierta. Para
anclar la estructura de cubierta, se deben hacer
perforaciones con taladro percutor en las vigas cinta, luego de que el concreto alcance como mínimo
el 80% de su resistencia.
La omisión de descripciones detalladas del procedimiento de construcción en muchas de las especificaciones, refleja la suposición básica de que
el contratista conoce las prácticas de construcción.
Estas especificaciones fijan el estado en que debe
entregar la obra y las normas que se deben cumplir, aclarando que las normas técnicas fijadas por
Vulnerabilidad y Patologías En centros de salud, un caso específico de Boyacá
6) Ensayos y análisis de los resultados.
Para determinar la composición del perfil del subsuelo, presente en el sitio donde se construirá el puesto de salud del municipio de Tópaga, se efectuaron tres
sondeos con barreno manual, hasta una profundidad
máxima de 5.80 m, para identificar el tipo de material
encontrado, su espesor y sus características macroscópicas. Así como las condiciones del agua subterránea,
de cada una de las capas del material del subsuelo
atravesado, se tomaron muestras inalteradas con tubo
Shelby y alteradas en bolsa para su identificación en
laboratorio y correspondiente ejecución de pruebas.
Igualmente, se realizaron a profundidades intermedias, ensayos in situ para la determinación de la consistencia del terreno, utilizando el ensayo de Penetración
Cónica (DCPT) y Penetración Estándar (SPT).
A la totalidad de las muestras colectadas, se les
clasificó y referenció de tal manera que facilitaran,
sobre las mismas, la ejecución de un programa de
ensayos de laboratorio para conocer sus características geomecánicas y establecer, mediante modelos,
las propiedades esfuerzo-deformación del material.
El programa de pruebas de laboratorio efectuado
consta de humedad natural, resistencia a la compre-
sión inconfinada sobre muestras inalteradas, ensayo
de clasificación: Límites de Atterberg, granulometría
y peso unitario del material.
Para las condiciones topográficas del área de estudio, los dos sondeos realizados se desarrollaron
aproximadamente en la misma cota y, según las perforaciones realizadas, se encontró en cada sondeo un
mismo tipo de material. Los horizontes que conforman el perfil del subsuelo, observado en cada uno de
los sondeos de exploración, poseen características
geomecánicas y de distribución dentro el perfil del
subsuelo, aproximadamente uniformes, por lo que
para los fines del presente estudio, pueden considerarse como perfiles promedio los que se exponen a
continuación: de 0.0 hasta 1.10m (promedio) se encontró una capa de material orgánico de color café
oscuro y de 1.10 m hasta la profundidad máxima de
exploración de 5.80 m, se encontró un limo inorgánico arenoso de color gris con betas amarillas, consistencia baja y baja plasticidad, presenta las siguientes
propiedades promedio: humedad natural %W = de
13% a 23%, limite liquido LL = 46%, limite plástico LP =
32%, cohesión no drenada = 4.66 Kg/cm2, peso unitario = 1.96 T/m3 y modulo elástico 192 Kg/cm2
7) Conclusiones y recomendaciones
El suelo que sirve de apoyo a la estructura corresponde según la clasificación unificada de suelos a un
suelo ML, limo arenoso de baja plasticidad, color gris
amarillento, consistencia dura.
El nivel de cimentación más adecuado de la estructura debe estar como mínimo a 1.00 m de profundidad, con base en la superficie actual del terreno, ya que a partir de esta profundidad se encuentra
Fuente Fotográfica: http://www.promodisseny.com/construccion-y-mantenimiento-industrial/
ICONTEC, en los capítulos de cementos, morteros
y concretos, mampostería, pisos, techos, puertas
y ventanas, sistemas de suministro de agua, instalaciones sanitarias, iluminación, equipo de construcción, serán de obligatorio cumplimiento para el
constructor, aunque no se establezcan específicamente en este documento. Su desconocimiento no
lo exime de la responsabilidad de realizar los trabajos
adecuadamente.
19
un material de buenas características mecánicas que
permite dar una mejor estabilidad a la estructura.
Sin embargo, se debe verificar que toda la cimentación se encuentre en contacto con el estrato de limo
arenoso antes mencionado.
Durante la labor de investigación del subsuelo no
se encontró la presencia de nivel freático. Situación
que fue contemplada en el análisis para el cálculo de
la capacidad portante y asentamiento. Según la observación de la estructura, ésta no registra problemas
de humedad; no obstante, es importante que se constate si existe la construcción de un filtro perimetral,
con lo cual mejoraría la estabilidad de la construcción.
Los valores de capacidad de soporte por tener en
cuenta, para el diseño estructural y de acuerdo con
el nivel de fundación de los cimientos, se calcularon
a varias profundidades y dimensiones de la cimentación, con el fin de que el diseñador seleccione la
opción más apropiada, de acuerdo con las cargas
axiales de la estructura que presenta. En caso de
cargas excéntricas, es conveniente redimensionar
los valores, incluyendo este efecto en el cálculo de la
capacidad portante, ya que la metodología para esta
situación puede cambiar con respecto a la capacidad
portante, aquí evaluada.
tas, debe ser consultado con el ingeniero de suelos
y establecer los correctivos o procedimientos del
caso.
Se concluyó que es necesario el reforzamiento
estructural de gran parte de los centros de salud
municipales o definitivamente la construcción de
unos nuevos que cumplan con las normas mínimas de sismo-resistencia; pero, infortunadamente no se cuenta con los recursos para desarrollar
esta actividad, por lo que se plantea que la nación
debe tomar medidas urgentes para apropiar partidas presupuestales específicas con el único fin de
reforzar los presupuestos municipales para que se
les dé un destino específico para la infraestructura
hospitalaria municipal.
Fuente Fotográfica: http://gadarquitectura.blogspot.com/2010/09/la-condicion-de-parcela-en-medianeria.html
En el sitio de la construcción, en caso de construcción de nuevas cimentaciones, con el fin de facilitar
el desarrollo de la obra y mejorar el comportamiento del sistema de fundación de la estructura por la
interacción de un sistema bicapa, se recomienda la
colocación en el suelo de fundación, de una capa de
concreto pobre con un espesor mínimo de 5 cm.
Tan pronto se realicen las excavaciones, se deberá proceder a la colocación de la capa de concreto y la
construcción de los cimientos. Lo anterior, con el fin de
evitar alteración de los materiales y el efecto de rebote elástico en el piso de fundación, lo cual acarrea más
deformaciones del suelo de cimentación y, por consiguiente, mayores asentamientos de la estructura.
Las excavaciones se pueden realizar manual o
mecánicamente y de forma vertical, sin ningún problema, deben dejarse mucho tiempo expuestas a la
intemperie. Esto hasta una profundidad máxima de
1.50 m., a mayor profundidad se requerirá colocar
a las paredes un sistema de apuntalamiento, para
evitar posibles desprendimientos de las paredes de
los cortes.
Los análisis y comentarios consignados en el presente informe corresponden a las observaciones
de campo, labores de exploración del subsuelo y a
resultados de laboratorio. Cualquier cambio de las
condiciones expuestas en este informe y no previs-
20
L’ esprit Ingénieux
III. REFERENCIAS.
Vallecilla carlos, 2006. Líneas de influencia.
Estructuras indeterminadas.
Vallecilla carlos, 1995. La torsión en las
construcciones. Universidad de la salle.
Segura jorge, 1999. Estructuras de concreto
I. universidad Nacional.
Reforzamiento de la Planta Física del Colegio American School de Tunja
21
Germán Waked Machado
Ingeniero Civil, Pontificia Universidad
Javeriana, Bogotá
[email protected]
Miguel Báez Galvis
Ingeniero Civil, Escuela Colombiana de
Ingeniería Julio Garavito, Bogotá
[email protected]
Rafael Alberto Sosa Güechá
Ingeniero Civil, Universidad Nacional de
Colombia, Bogotá
[email protected]
Reforzamiento de la Planta Física
Colegio American School de Tunja
RESUMEN
ABSTRACT
El bloque No.1 de la planta física del colegio American School, dada su antigüedad de casi setenta años
y debido que su conformación física no cuenta con un
sistema capacitado para soportar las nuevas solicitaciones, para cumplir la norma sismo resistente de 2010
(NSR-10), requirió el planteamiento de un sistema de reforzamiento estructural consistente en la construcción
de un conjunto de elementos de cimentación, muros en
concreto, vigas, columnas y vigas de cubierta, adosados
todos estos a los muros en mampostería de ladrillo simple existentes. Así se conforma un sistema integrado
de pórticos sismo resistentes que permitirá a la edificación estar preparada para soportar sismos de mediana
intensidad. Se trató de mantener la originalidad de la
edificación y evitar degradar su riqueza arquitectónica.
Block 1 of the American School’s physical
plant because of their age, nearly seventy years
and that his physical shape does not have a system able to support requests and meet new
earthquake - resistant standards present an approach required the strengthening system structure consisting of a group of elements of foundation, concrete walls, beams, columns and roof
beams, attached to all these brick masonry walls,
forming an integrated system of earthquake resistant frames that will allow the building to
be ready to withstand earthquakes of medium
intensity. It tried to maintain the originality of
the building to avoid degrading its architectural
wealth.
Palabras clave colegio, estudios y diseños, mampostería en ladrillo simple, sistema de reforzamiento estructural, vulnerabilidad sísmica.
Keywords college, student and design, simple brick masonry, structural reinforcement system, seismic vulnerability.
Al llevar a cabo un reforzamiento estructural
al bloque No. 1 del American School, se generará
un ambiente de seguridad y tranquilidad a los 250
alumnos y también a los padres, docentes y directivas del colegio. Además, con este planteamiento de
reforzamiento estructural se pretende incentivar a
las autoridades, a las comunidades educativas y a la
ciudadanía en general a adelantar acciones en forma urgente y prioritaria que mitiguen la preocupación general, ante el inminente riesgo que conlleva
la ocurrencia de un sismo. Así mismo, este estudio
hace parte del proyecto de investigación como opción de grado de la Especialización en Ingeniería de
Estructuras de los autores, en la Universidad Santo
Tomás, Seccional Tunja.
La planta física donde funciona el Colegio American School se encuentra ubicada en la Carrera 8 número 22-55, a unos 50 metros del parque Pinzón y del
convento de San Agustín, en la ciudad de Tunja. Es
una construcción que data de los años 1940 a 1945
y se encuentra rodeada de construcciones de mayor
antigüedad como el Convento de San Agustín, el Colegio Boyacá, la Primera Brigada y casas de habitación.
El bloque No. 1, consta de 2 plantas con 9 espacios, unos dedicados a salones de clase y otros a
administración, en un área total aproximada de 350
m2. Se estima que la cimentación es concreto ciclópeo donde se apoyan los muros de 43 cms. de ancho,
construidos con ladrillos recocidos de gran tamaño,
trabados en forma convencional, pegados con cal y
arena y pañetados con los mismos materiales. Estos
muros sirven de soporte al entrepiso en madera construido con planchones, colocados en un sólo sentido,
los cuales sirven de base al acabado en listón machihembrado del segundo piso. De los planchones cuelga con cuerdas de fique, un entramado de guadua
recubierto con pañete que conforma el cielorraso del
primer piso. La cubierta está construida con piezas
de madera rollizas, guadua, teja de barro y cielorraso en madera. Este bloque no cuenta con columnas
en concreto reforzado que conformen un sistema de
pórticos que resistan la acción de un sismo. Se encontró que la cimentación del bloque No. 1 sólo posee
concreto ciclópeo y sobre él directamente el muro en
ladrillo, en mampostería simple, sin viga de amarre.
22
L’ esprit Ingénieux
La metodología que se desarrolló fue la inspección
ocular del bloque No. 1, se tomaron fotografías del
estado inicial, se determinaron los materiales de construcción utilizados, se realizó el levantamiento arquitectónico, se verificó la existencia de patologías que ilustraron el comportamiento de la edificación, se planteó una
alternativa de reforzamiento, se dibujó y se elaboraron
los detalles del sistema estructural planteado.
Así mismo, se partió del hecho de que el sistema estructural del bloque No. 1 no se encuentra
contemplado como un sistema de resistencia sísmica dentro de la NSR-10 (Norma Sismo Resistente, 2010). Se diseñó un reforzamiento consistente
en columnas y muros de concreto apoyados en
cimientos continuos, vigas de amarre a nivel de
cimentación, mediante vigas aéreas a nivel de entrepiso y nivel de cubierta. Una vez planteado este
reforzamiento, se encontró que las derivas por
efecto sísmico pasaron a valores inferiores al 1%
exigido por esta misma norma. Se diseñó el confinamiento de los muros antiguos con elementos de
concreto, así como el reemplazo de la estructura
de la cubierta por elementos metálicos y las mismas tejas de arcilla.
Se concluyó que el bloque No. 1 presenta una
gran vulnerabilidad ante los efectos sísmicos, lo cual
obliga a hacer un reforzamiento estructural conformado por pórticos espaciales, capaces de resistir
las nuevas solicitaciones. Además, debe dar cumplimiento a las exigencias de la NSR-10.
Fuente Fotográfica: http://www.promodisseny.com/construccion-y-mantenimiento-industrial/
I. INTRODUCCIÓN
Reforzamiento de la Planta Física del Colegio American School de Tunja
FOTOGRAFIA 2. VISTA SUR Y DE LA CUBIERTA.
Fuente: Germán Waked M.
II. ESTUDIOS Y DISEÑOS PROPUESTOS
A. Descripción de la edificación
La construcción de la institución educativa del
Colegio American School está localizada a unos 500
metros al nor-oriente de la Plaza de Bolívar, en el
sector histórico, a 55 metros del Convento de San
Agustín, antiguo Panóptico y hoy Biblioteca Alfonso
Patiño Roselli.
El lote donde se encuentra la construcción está
ubicado en la zona de ladera de la ciudad, donde el
suelo encontrado ofrece buenas características para
cimientos, con una consistencia media, baja expansividad y ausencia de nivel freático superficial.
1) Estructura
El bloque No. 1 no cuenta con un sistema estructural aceptado por la Norma Sismo Resistente NSR10, sino que todas las cargas muertas, vivas y fuerzas
horizontales son soportadas exclusivamente por los
muros de mampostería simple.
La estructura de la cubierta está conformada por
varas de madera, unidas mediante cajones o dientes
y amarradas con cuerdas de fique trenzado. Sobre
estas varas se apoya una capa de caña amarrada con
fique y recubierta con barro y tamo, y finalmente la
teja de arcilla cocida.
El entrepiso está conformado por planchones
como elementos principales, sobre los cuales va el
listón machimbrado. Por debajo de los planchones
existe una capa de caña amarrada entre sí y a los
planchones por medio de fique trenzado. Este tipo de
entrepiso, estructuralmente, no aporta ningún grado
de rigidez a la edificación, por lo que no contribuye a
distribuir en los muros las fuerzas horizontales que se
presenten ante la ocurrencia de un sismo.
Los muros están conformados por unidades de
arcilla cocida de 9 x 12 x 26 cms., pegadas con una
mezcla de arena y cal en un espesor de 2 a 3 cms.
Estos muros están recubiertos con una capa de la
misma mezcla, a manera de pañete y como acabado
un afinado en yeso con pintura. Las piezas de arcilla
se encuentran trabadas entre sí.
2) Cimentación
Se realizó un apique y se encontró la siguiente
composición:
23
FOTOGRAFIA 3. VISTA DEL ENTREPISO EN MADERA.
Fuente: Germán Waked M.
FIGURA 1. PERFIL DEL TERRENO ENCONTRADO.
Fuente: Autores
La edificación está cimentada en el estrato C.L,
que es una arcilla arenosa de color amarillo, de consistencia media a firme. Dicha cimentación consiste
en roca grande encarrada y pegada con concreto
pobre, de una dimensión aproximada de 60 cms. de
ancho por 80 cms. de profundidad.
3) Juicio de lo existente
Como el bloque No. 1 del American School fue
construido aproximadamente en 1940, en tal época de no se contaba con una norma que rigiera las
construcciones, sino que eran los maestros de obra,
basados en la experiencia, quienes decidían como
hacer la obra y no había un profesional del área de
la construcción al frente del trabajo. La configuración
estructural de esta edificación no tiene cabida dentro
de los cuatro sistemas estructurales aceptados por
la NSR-10, Capítulo A.3.2., por lo tanto, no se puede
considerar aporte alguno por parte de los muros existentes, en la resistencia de la edificación a las fuerzas
gravitacionales y sísmicas que se puedan presentar.
4)
Avalúo de cargas muertas y vivas
a) Cargas muertas
En el primer piso el peso promedio entre muros
llenos y antepechos, para los muros de 43 cms., se
determinó en 2186 kilogramos por metro lineal, del
que se tomó el 50% para las vigas de cimentación.
24
L’ esprit Ingénieux
En el segundo piso, el peso promedio entre muros
llenos y antepechos, incluyendo muros de 29 cms.,
se determinó una carga de 1260 kilogramos por
metro lineal. Estos dos valores se utilizaron para
cargar las vigas perimetrales del modelo. Para la
placa de entrepiso se determinó una carga de 200
kg/m2 correspondiente a muros divisorios y de 150
kg/m2 por acabados.
b) Cargas vivas
Se determinó una carga de 200kg/m2 para el entrepiso y 50kg/m2 para la cubierta, de acuerdo con
la Tabla B.4.2.1-1 (NSR-10, 2010, p. B15).
5) Aspectos de diseño sismo resistente
De acuerdo con el Artículo A.10.4.2.1. (Movimientos sísmicos para un nivel de seguridad equivalente al
de una edificación nueva): “Se deben utilizar los movimientos sísmicos de diseño que prescribe el Capítulo
A.2.” (NSR-10, 2010, p. A141). Según el Capítulo A.2.
para la ciudad de Tunja, se tiene que es una zona de
amenaza sísmica intermedia, aceleración pico efectiva (Aa) 0.20, velocidad pico efectiva (Av) 0.20, perfil
de suelo tipo D, coeficiente de ampliación de aceleración para periodos cortos (Fa) 1.40, coeficiente de
ampliación de aceleración para periodos intermedios
(Fv) 2.0 y coeficiente de importancia de la edificación
(I) 1.25. Algunos de estos factores se incrementaron
respecto de la norma NSR-98 (NSR-98, 1998, p. A11).
Además, define el espectro de aceleraciones
como “la forma del espectro elástico de aceleraciones, Sa, expresada como fracción de la gravedad,
para un coeficiente de cinco por ciento (5%) del
amortiguamiento crítico, que se debe utilizar en el
diseño.” (NSR-10, 2010, p. A26).
Reforzamiento de la Planta Física del Colegio American School de Tunja
FIGURA 2. VISTA SUR-OCCIDENTAL MODELO 3D.
Fuente: Autores
A continuación se presenta el espectro de aceleraciones (Sa) como un porcentaje de la gravedad contra el periodo (Ta) en segundos.
6) Método de análisis sísmico
Se utilizó el método del análisis dinámico elástico, prescrito en el artículo A.3.4.2.2. de la Norma
Sismo Resistente NSR-10 (NSR-10, 2010, p. A45).
B. Modelación Estructural
Para la modelación estructural se utilizó un programa de diseño por elementos finitos, el cual permitió calcular la estructura que va adosada a la construcción existente del colegio, con la que se busca
que esta construcción transmita sus cargas a la estructura diseñada.
1) Modelo estructural
El modelo estructural consiste básicamente en
la circunscripción de pórticos en concreto reforzado en la parte interior de los muros que conforman la construcción del bloque No. 1 del Colegio
American School.
Para la modelación de la estructura se utilizaron para columnas y vigas elementos tipo frame
y para placas y muros elementos tipo membrane.
La estructura circunscrita consta de cuatro
pórticos en el sentido longitudinal, con luces de
3,95 mts; 4,14 mts; 4,09 mts, y una columna adicional en la zona exterior de la parte circular de la
construcción, a 1,87 mts; tres pórticos en el sentido transversal, con luces de 3,77 mts y 3,73 mts,
en dos pisos de altura, con luces de 3,50 mts en el
primer piso, y 3,0 mts en el segundo piso.
FIGURA 3. VISTA SUR-ORIENTAL MODELO 3D
Fuente: Autores
a) Vigas de cimentación, columnas y muros
Se utilizaron vigas de cimentación con una sección de 30 cm de base X 40 cm de altura, a nivel de
piso, uniendo todos los pórticos, tanto transversales, como longitudinales. Las columnas con una sección de 30 cm X 30 cm, se encuentran ubicadas en
los ejes B1, C1, B3, C3 y en la zona circular, con alturas de 3,50 mts., en el primer piso, y 3,0 mts., en
el segundo piso. Los muros se ubicaron en la parte
exterior de la construcción, en los ejes A1, A2, A3,
D1, D2 y D3, y al interior en los ejes B2 y C2, con una
sección de 20 cm X 80 cm y alturas de 3,50 mts., en
el primer piso*, y 3,0 mts, en el segundo piso.
b) Placa de entrepiso y de cubierta
La placa de entrepiso tiene una altura de 30 cm y
está conformada por vigas de enlace entre los pórticos y en la zona circular de sección 30 cm X 30 cm,
COMBINACION
FACTORES Y CARGAS
Combo1
Combo2
Combo3
Combo4
Combo5
Combo6
Combo7
Combo8
Combo9
Combo10
1,4 Carga Muerta
1,2 Carga Muerta + 1,6 Carga Viva
1,2 Carga Muerta + 1,0 Carga Viva + 0,2 Sismo X + 0,06 Sismo Y
1,2 Carga Muerta + 1,0 Carga Viva + 0,06 Sismo X + 0,2 Sismo Y
1,2 Carga Muerta + 1,0 Carga Viva + 0,06 Sismo X + 0,2 Sismo Y
0,9 Carga Muerta + 0,2 Sismo X + 0,06 Sismo Y
0,9 Carga Muerta + 0,06 Sismo X + 0,2 Sismo Y
1,0 Carga Muerta + 1,0 Carga Viva
1,0 Carga Muerta + 1,0 Carga Viva + 0,1 Sismo X
1,0 Carga Muerta + 1,0 Carga Viva + 0,1 Sismo Y
TABLA I. COMBINACIONES DE CARGA
Fuente: Autores
viguetas en sentido longitudinal de sección 12 cm X
30 cm, espaciadas cada 70 cm y una placa superior de
10 cm. En la cubierta se ubicaron, igualmente, vigas
de enlace entre los pórticos y en la zona circular de
sección 30 cm X 30 cm, así como una placa superior
de 16 cm., equivalente en peso a la cubierta que se
hará en estructura metálica.
25
ciones verticales y horizontales, que probablemente
actuarán sobre ella.
Teniendo en cuenta el tipo de uso de la edificación, se diseña para que la estructura tenga grado de
disipación de energía moderada, acogiéndose a los
parámetros establecidos por la misma norma.
GRÁFICA 1. ESPECTRO DE DISEÑO
Fuente: Autores
2)Combinaciones de cargas
Se emplearon las siguientes combinaciones de
carga en el modelo:
3)Datos de entrada
Para la ejecución del modelo se utilizó resistencia
de concreto (f´c) 21Mpa, módulo de elasticidad de
concreto (Ec) 20x10^6 KN/m², resistencia del acero
de refuerzo (fy) 420Mpa y módulo de elasticidad de
acero de refuerzo (Es) 2x10^8 KN/m².
TABLA II. CÁLCULO DE LA DERIVA EN LA DIRECCIóN X.
Fuente: Autores
4)Revisión de la deriva
Se verificó el cumplimiento de derivas por debajo
del 1% de la altura de piso, según la tabla A.6.4-1
(NSR-10, 2010. p. A76). A continuación se presentan
los cuadros del cálculo de las derivas en el sentido X
y sentido Y para el modelo propuesto.
C. Propuesta de diseño del
sistema de reforzamiento
Luego de realizar la modelación, en la cual se tienen en cuenta todos los parámetros establecidos en
la Norma Técnica Colombiana de Diseño y Construcción Sismo Resistente NSR-10, se procedió a realizar
el diseño de los diferentes elementos estructurales
que le darán soporte a la estructura para las solicita-
FIGURA 5. DETALLE COLUMNAS
Fuente: Autores
26
L’ esprit Ingénieux
TABLA III. CÁLCULO DE LA DERIVA EN LA DIRECCIÓN Y.
Fuente: Autores
FIGURA 4. DETALLE VIGAS
Fuente: Autores
Reforzamiento de la Planta Física del Colegio American School de Tunja
1)Diseño de las vigas
En este caso se diseñó para dos grupos generales de vigas, el primero, el conformado por todas
las vigas que se encuentran a nivel de entrepiso, las
cuales deben ubicarse por debajo de la estructura
actual del entrepiso de madera de la edificación,
y así brindar no solamente rigidez a la estructura
en éste nivel, sino también soporte al entrepiso no
estructural. El siguiente grupo, lo conforman las vigas ubicadas a nivel de cubierta, las cuales deben
igualmente proporcionar rigidez en ese nivel de la
estructura y soporte a la cubierta en madera actual
o cualquier otro tipo de cubierta equivalente que
pudiera remplazarla.
Para el nivel de entrepiso, se planteó la construcción de vigas de 30 cm de ancho por 30 cm de altura,
en sección constante, colocadas a lo largo del perímetro interno de la edificación en contacto directo
con los muros, es decir, se debe retirar el pañete o
cualquier otro acabado adentrando la viga aproximadamente 5 cm. Además, de las vigas perimetrales, se
deben construir una serie de viguetas intermedias
asimilando un sistema de entrepiso aligerado, en el
cual la placa está representada por el entrepiso en
madera. Las viguetas se disponen perpendiculares
a las vigas más largas de cada unidad. Estas viguetas
tienen sección constante de 12 cm de ancho por 30
cm de alto, separadas aproximadamente cada 70 cm.
Para el nivel de cubierta, se deben construir vigas de 30 cm de ancho por 30 cm de largo, colocadas a lo largo del perímetro interno de la edificación. En este caso no se proyecta la construcción
de vigas intermedias, teniendo en cuenta el tipo de
cubierta que posee la edificación. El detalle constructivo se muestra en la figura 4.
FIGURA 6. DETALLE MUROSA
Fuente: Autores
FIGURA 7. DETALLE ANCLAJE MAMPOSTERIA A MUROS
Fuente: Autores
2)Diseño de columnas
Para soportar cargas verticales y horizontales se
proyectó la construcción de un sistema combinado
entre muros de concreto y columnas de concreto.
Estas últimas se utilizarán únicamente en los muros
internos y su aporte a la resistencia de la estructura de cargas horizontales es despreciada, por lo que
estos elementos no requieren estar anclados a los
muros de mampostería.
Se deben construir columnas de sección cuadrada y constante de 30 cm. por 30 cm., a lo largo
de su desarrollo, el cual debe ser desde nivel de
cimentación hasta el nivel de cubierta. Deben estar parcialmente embebidas dentro de la sección
de los muros. El detalle constructivo se muestra en
la figura 5.
FIGURA 8. DETALLE CIMIENTOS
Fuente: Autores
27
3)Diseño de los muros
Se plantea la construcción de muros de concreto
reforzado en las esquinas internas de la edificación,
debido a que por su geometría permiten conservar
los espacios internos, sin ser muy evidentes en el
cambio de la arquitectura y su construcción no requiere un procedimiento muy invasivo.
y al otro lado del muro de mampostería a una malla de acero conformada por elementos de 8mm de
diámetro espaciados cada 20 cm. que también debe
estar en contacto directo con el muro, quedando por
debajo del pañete o acabado final externo de los muros. El detalle constructivo y ubicación de los muros
se muestra en la figura 6, y en la figura 7 el anclaje de
los muros en mampostería a los de concreto.
Se diseñan muros de longitud de 80 cm y ancho
20 cm, colocados en los dos sentidos de la edificación,
para que soporten las fuerzas horizontales que probablemente actuaran sobre la estructura, aportando
también al control de desplazamientos horizontales.
Se deben construir garantizando su contacto directo
con el muro, retirando el pañete o cualquier acabado existente, profundizando en el muro aproximadamente 5 cm. Estos se construirán desde el nivel de
cimentación hasta el nivel de cubierta.
4) Diseño de la cimentación
Para garantizar que los muros de concreto aporten a la resistencia de fuerzas horizontales de la edificación y al soporte de los muros de mampostería, se
debe realizar un proceso de anclaje de la estructura
nueva a la estructura antigua. Este amarre se logra
haciendo perforaciones en los muros de mampostería en una cuadrícula de 20 cm de lado, por donde se
incrustarán torones de alambre de acero entorchados
de aproximadamente 8 mm de diámetro, los cuales
irán amarrados al refuerzo de los muros de concreto
El sistema de cimentación está conformado por
dos tipos de elementos estructurales. El primero de
ellos, un anillo de vigas de cimentación compuesto por elementos de 30 cm de ancho por 50 cm de
alto, colocados a lo largo del perímetro interno de
los muros de mampostería. Estas vigas descansan
sobre un sistema de zapatas corridas de ancho 100
cm. y alto 20 cm., vaciadas sobre una capa de recebo
compactado. El detalle constructivo se muestra en
la figura 8.
Teniendo en cuenta el perfil de suelo encontrado, se debe construir un sistema de cimentación superficial, el cual debe estar colocado sobre el mismo
estrato de suelo en el que se encuentra apoyado el
sistema de cimentación actual, que en este caso se
encuentra a aproximadamente 80 cm de profundidad, dentro del tipo de suelo arcilla arenosa de consistencia media a firme.
Fuente Fotográfica: http://emplea.universia.es/informacion/sectores_profesionales/construccion_inmobiliaria/construccion/
28
L’ esprit Ingénieux
Reforzamiento de la Planta Física del Colegio American School de Tunja
29
III. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
La propuesta del reforzamiento estructural, consistente en cimientos continuos, columnas, muros
de concreto y vigas, es adecuado, para hacer del
bloque No. 1 una edificación escolar con un buen
desempeño sísmico, para la población estudiantil,
docente y comunidad académica que lo ocupa.
El planteamiento de muros en concreto reforzado es conveniente, porque se construyen adosados a
la mampostería existente, sin demolerla, comparado
con un planteamiento estructural de sólo columnas,
donde sí hay que romper muros para incrustarlas.
El tipo de reforzamiento planteado es una muy
buena alternativa para mejorar el comportamiento
sísmico de las edificaciones similares, por su facilidad de construcción por etapas y para recuperar
edificaciones construidas antes de la vigencia del
Código Colombiano de Construcciones Sismo Resistentes de 1984.
La utilización de muros pantalla en este tipo de reforzamientos estructurales ofrece muy buenos resultados y se convierten en una alternativa efectiva en la
optimización de los espacios existentes.
Con base en este estudio, es de vital importancia que todas las instituciones educativas adelanten estudios de vulnerabilidad y reforzamiento que
permitan que la comunidad que los habite, gocen
de seguridad ante la ocurrencia de un sismo.
Las condiciones del terreno deberán ser verificadas, al momento de realizar la obra, con el fin de ratificar o modificar en el modelo los valores utilizados.
Durante la construcción, es recomendable intervenir, lo menos posible, los muros con el fin de
no generales debilidades adicionales.
Para la cimentación de la nueva estructura adosada a la construcción antigua, la mejor alternativa son
los cimientos continuos porque las cargas se reparten
de una manera más homogénea en el terreno.
IV. REFERENCIAS
Asociación colombiana de ingeniería sísmica. (1984). CCCSR-84, Bogotá;
Asociación colombiana de ingeniería sísmica. (1998). NSR-98, Bogotá;
Asociación colombiana de ingeniería sísmica. (2010). NSR-10, Bogotá;
Nilson, A. (2000). Diseño de estructuras de
concreto. Bogotá: Editorial Mcgraw-hill
American concrete institute – ACI. (1995).
Building code requierements for structural
concrete. Farmington Hills, MI, USA
Fuente Fotográfica: http://emplea.universia.es/informacion/sectores_profesionales/construccion_inmobiliaria/construccion/
La edificación actual del bloque No. 1 se encuentra construida en mampostería simple, que es un
sistema estructural que no está contemplado en
la Norma de Diseño y Construcción Sismo Resistente NSR-10, como un sistema capacitado para
resistir o soportar solicitaciones sísmicas, haciendo imprescindible su reforzamiento estructural
para que la nueva edificación presente un grado
de desempeño acorde con esta norma.
Fuente Fotográfica: http://rapiarchivo.blogspot.com/2009/11/pupitres.html
Jorge Emilio Forero Gómez
Esp. en Infraestructura Vial,
Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia, Tunja
Ingeniero en Transportes y Vías,
Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia, Tunja
[email protected]
Nairo Adolfo Prieto Suárez
Esp. en Consultoría Ambiental,
Fundación Universitaria Iberoamericana, Bogotá
Ingeniero en Transportes y Vías, Universidad Pedagógica y
Tecnológica de Colombia, Tunja
[email protected]
Samuel Ignacio Puerto Gil
Esp. en Ingeniería de Pavimentos,
Universidad Católica de Colombia, Bogotá
Ingeniero en Transportes y Vías,
Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia, Tunja
[email protected]
Comparación de Modelos
Cartillas de puentes y pontones
en concreto reforzado
30
RESUMEN
ABSTRACT
Este documento relaciona la investigación realizada
acerca de las cartillas de modelos de puentes y pontones
desarrolladas por diferentes entidades gubernamentales tales, como Ministerio de Obras Públicas y Transporte, MOPT, actualmente Ministerio de Transporte, Fondo Nacional de Caminos Vecinales, FNCV y Secretaría
de Obras Públicas de Antioquia. Se comparó con las especificaciones del Código Colombiano de Diseño Sísmico de Puentes, CCDSP-95. En esta fase del proyecto se
tomaron las cartillas y se compararon con los requisitos
mínimos estipulados en el Código de puentes del 95.
Así mismo, se calcularon las solicitaciones para la luz en
estudio (20m) y se verificó la capacidad resistente de la
sección de acuerdo con las dimensiones, características
de los materiales y cuantías de refuerzo de cada cartilla
y se compararon los resultados.
This document relates to the investigation primers and pontoon bridge models developed by
different government agencies such as Ministry of
Public Works and Transportation, MOPT, now the
Ministry of Transport, National Roads Fund, FNCV
and Secretary of Public Works Antioquia. Compared with the specifications of the Colombian Code
Seismic Design of Bridges, CCDSP-95. In this phase
of the primers were taken and compared with the
minimum requirements of the Code of bridges 95.
Also, requests were calculated for light in the studio (20m) and verified the resistance capacity of
the department according to the dimensions, material characteristics and level of reinforcement of
each primer and compared the results.
Palabras Clave: cartilla de puentes, código de diseño de puentes, modelos de
puentes.
keywords Primer of bridges, bridge design code, models of bridges.
L’ esprit Ingénieux
Comparación de Modelos de cartillas de puentes y pontones en concreto reforzado
I. INTRODUCCIÓN
El país cuenta con puentes de más de 50 años y
seguramente su diseño no tuvo en cuenta consideraciones sísmicas, pues éstas sólo se incorporaron
desde el año 1995, con el nacimiento del Código Colombiano de Diseño Sísmico de Puentes – CCDSP – 95,
el cual habla estrictamente del diseño estructural de
puentes nuevos, dejan como antecedente práctico las
cartillas de diseño elaboradas por entidades oficiales
desde el año 1960.
En la fotografía 1 se aprecia el puente en concreto reforzado de una luz de 15 metros, construido
por el Instituto Nacional de Vías sobre la quebrada
La Congay, en la vía Tunja – Páez.
Se sabe que el Código Colombiano de Diseño Sísmico de Puentes para Colombia, brinda las pautas
necesarias para el análisis y el diseño de este tipo de
infraestructur,a en el cual se especifican los requisitos mínimos, como una adaptación de la American
Association of State Highway and Transportation Officials – ASSHTO, que han sido tradicionalmente usadas
por diferentes profesionales para su análisis, diseño,
construcción y rehabilitación.
Al desarrollar el proyecto de investigación durante los años 2009 y 2010, se pretendió evaluar
si las cartillas existentes para el diseño de puentes
y pontones, cumplían con los requerimientos de la
normativa actual, contenida en el Código Colombiano de Diseño Sísmico de Puentes, del año 1995,
ya que el diseño y construcción de las mismas debe
ser eficiente y seguro para prestar un beneficio a los
usuarios que a diario las utilizan, evitando pérdidas
humanas por el colapso de las mismas e inversiones
de recursos públicos innecesarias, por reforzamiento o rehabilitación en el corto plazo, durante la vida
útil de la estructura.
FIGURA 1. DISTRIBUCIÓN DE PUENTES DE UNA LUZ,
LOSA Y VIGAS EN CONCRETO REFORZADO.
Fuente: Instituto Nacional de Vías, SIPUCOL – 2009
Los puentes en concreto reforzado de losa y vigas son estructuras muy sencillas utilizadas para sobrepasar obstáculos con luces entre 8 y 27 metros
aproximadamente, los cuales están constituidos por
un tablero en concreto reforzado, sobre vigas colocadas paralelamente al eje vial a una separación uniforme, presentan como ventajas que son más rígidos, con menores vibraciones, mayor conservación y
por ende mantenimiento mínimo; su procedimiento
constructivo es ampliamente conocido, pues permite el uso de materiales del ámbito local.
Para realizar la investigación se creó una hoja de
cálculo que permitió verificar las condiciones de diseño de capacidad de carga, adoptadas en dichas cartillas y se realizaron las comparaciones con la normatividad actual. Así mismo, se revisaron los parámetros y
especificaciones de diseño contenidas en las cartillas,
en relación con calidades de materiales, dimensiones,
cuantías y durabilidad. Se evaluaron con respecto a la
normatividad existente.
Inicialmente, se hizo una comparación de las cartillas existentes del MOPT, FNVC y de la Secretaría
de Obras Públicas de Antioquía, ya que son las más
utilizadas en la región. Con el resultado de la evaluación se validó que la cartilla del MOPT del año 1998
cumple con las condiciones y parámetros de diseño
que rigen en CCDSP - 95.
Es de aclarar que el alcance del estudio se limitó
a la superestructura de puentes en concreto reforzado para luces entre 10 y 27 metros, que son las
más proyectadas y construidas en el país, ver figura
1. Para estructuras de mayor luz o de otro tipo de
materiales deben ser diseñadas por un especialista en la materia. La superestructura de un puente
comprende todos los componentes que están sobre
los apoyos, es decir, superficie de rodamiento, losa,
miembros principales (vigas) y miembros secundarios (diafragmas o riostras).
La investigación realizada proporciona en sí una
alternativa de diseño consistente que cuantifica
racionalmente la variabilidad tanto en carga como
en resistencia de los materiales, logrando niveles
uniformes de seguridad sin involucrar análisis complejos de probabilidad, para que luego de un análisis estructural metódico se logran realizar comparaciones entre los diferentes modelos descritos en
las cartillas, implementadas para el diseño de la superestructura de puentes, principalmente, para la
red vial nacional secundaria y terciaria, mediante la
comparación de las armaduras a flexión y cortante
para una misma longitud de puente.
31
FOTOGRAFÍA 1. PUENTE QUEBRADA LA CONGAY, VÍA TUNJA – PAEZ.
Fuente: Autores, Julio de 2009
II. ANTECEDENTES HISTÓRICOS
La evolución de los códigos y los criterios de diseño de puentes en el ámbito colombiano siempre han
estado muy de la mano de los criterios norteamericanos. Existen diseños de proyectos que utilizaron la
versión ASSHTO de 1961. Sin embargo, mientras el
código norteamericano se ha seguido actualizando
de manera permanente con una revisión de fondo
cada 5 o 7 años, el colombiano sigue siendo el mismo, de hace 15 años.
Cuando se iniciaron con los proyectos viales de
gran tamaño, surgió la necesidad de diseñar y construir obras de arte mayores, para salvar obstáculos
naturales como ríos o depresiones, fallas geológicas,
etc. Los entes gubernamentales tomaron la iniciativa de darle solución a estos problemas mediante la
proyección de obras tipo, de acuerdo con los conocimientos de esa época, los cuales fueron plasmados
en cartillas, basadas en normas americanas y adaptaciones nacionales.
La cartilla del MOPT de 1960 “Modelo de Obras
de Arte“, la cartilla del FNCV de 1976 “Modelos de
Puentes (Caminos Vecinales)” y la cartilla de la Secretaria de Obras Públicas de Antioquia de “Modelos de
Puentes para Vías de dos Carriles”, tenían como base
el camión HS-20-44 de la AASHTO, como se muestra
en la figura 2.
La cartilla del MOPT “TOMO VI - Puentes de placa
y viga: Concreto reforzado, concreto preesforzado y
alcantarillas de cajón (Reglamento técnico general de
Obras Viales)”, del año 1988, fue elaborada para una
carga viva de diseño del camión 3-S-2 con una carga
total de 40,6 toneladas, como se muestra en la figura 3.
Según Trujillo (2009) “En Colombia, las cargas para
32
L’ esprit Ingénieux
FIGURA 2. CAMIÓN DE DISEÑO. MODELOS DE OBRAS DE ARTE.
Fuente: Ministerio de Obras Públicas - 1960
FIGURA 3. CAMIÓN DE DISEÑO. TOMO VI PUENTES DE PLACA Y VIGA.
Fuente: Ministerio de Obras Públicas - 1988
vehículos empleadas hasta junio de 1996, para diseño de los puentes, se apoyaron en las existentes
según las normas AASHTO” (p. 31). Como ejemplo
se muestra en la Fotografía 2 la prueba de carga que
se utilizaba en los años 60 y 80. “En Colombia había
sido tradicional asumir para el diseño de los puentes
Comparación de Modelos de cartillas de puentes y pontones en concreto reforzado
FOTOGRAFÍA 2. PRUEBA DE CARGA.
Fuente: Dirección Nacional de Servicios Académicos Virtuales. UNAL , Manizales. 2006.
los vehículos estándar de la AASHTO, tipo H y HS”. El
20 de junio de 1996 el Ministerio de Transporte expidió la resolución 3600 por la cual se adoptó el Código
Colombiano de Puentes CCP-95, que en su capítulo
A.3 fija el camión estándar y la franja de carga obligatorios para el diseño de los puentes de la red vial
nacional.
Las entidades oficiales de las cuales se tiene conocimiento que elaboraron las cartillas fueron el
MOPT, en la División de Ingeniería Rama Técnica; el
FNCV Subdirección de Ingeniería, Grupo de Estudios
y Diseños, y la Secretaria de Obras Públicas de Antioquia, Dirección Técnica División de Estudios y Diseños.Éstas han sido utilizadas por la mayoría de entes
territoriales como guía para sus obras, de las cuales
algunas se enumeran a continuación:
El MOPT publicó la cartilla “Modelos de Obras
de Arte”, en el año 1960 y Modelo de Puentes de
Placa y Vigas en Concreto Reforzado y Preesforzado,
en el año 1988. El FNCV publicó la cartilla Modelo
de Puentes (Caminos Vecinales) en el año 1976. La
Secretaría de Obras Públicas de Antioquia publicó la
cartilla Modelos de Puentes para Vías de los Carriles,
en el año 1980.
III. METODOLOGÍA
Toda evaluación debe incluir el aspecto estructural y el aspecto funcional. En el primero, se determina la capacidad remanente de carga, o bien,
se define el margen de seguridad entre las acciones
aplicadas y las resistencias de los elementos estructurales. En el aspecto funcional, se determinan las
capacidades hidráulica y vial del puente y se comparan con las solicitaciones respectivas. Dentro de
la evaluación debe, finalmente, incluirse una estimación de la vida remanente del puente, en función de
su capacidad actual y de la evolución prevista de la
demanda. Esta estimación es generalmente controvertible, pero es necesario realizarla, porque es un
dato de entrada para la evaluación económica de
alternativas del proyecto.
Para la simulación del comportamiento dinámico de cargas según CCDSP – 95 se elaboró una hoja
de cálculo en condiciones limitadas, dada la no verificación sobre un proyecto real de construcción,
utilizando el pre-dimensionamiento definido en las
cartillas evaluadas, permitiendo que la investigación
pueda ser llevada a un entorno más práctico, de tal
forma que se pueda observar el comportamiento de
la estructura. Así se da la oportunidad de ampliar la
temática de estudio e involucrar a más profesionales en el área por profundizar.
Se escogió, para la revisión de las cartillas existentes, una muestra de un puente para una luz de 20
metros, con el fin de comparar los diferentes parámetros que cumplieran con las especificaciones del
CCDSP-95 en cuanto a dimensiones, configuración
estructural y calidad de los materiales. Así mismo,
se procedió a verificar su capacidad resistente de
acuerdo con las características geométricas de la estructura, tipo de material y cuantía de refuerzo de
acuerdo con los planos disponibles en dichos modelos. Se evaluaron las solicitaciones de acuerdo con el
CCDSP -95 y se procedió a comparar dichas solicitaciones con la capacidad resistente de la estructura
y se determinó si dicho modelo se encuentra subreforzado o sobre-reforzado.
FIGURA 4. POSICIÓN DEL CAMIÓN PARA LA MÁXIMA SOLICITACIÓN EN UNA LUZ DE
20 METROS. Fuente: Los Autores - 2010
33
Para la evaluación de las diferentes cartillas se
creó una hoja de cálculo que agiliza el proceso de
evaluación de las solicitaciones. Para la evaluación
de momentos y cortantes por carga viva se desarrolló una macro, en la cual se analizaba una línea
de influencia en las secciones previamente establecidas y ésta a su vez hacía variar la posición del
camión de diseño, hasta obtener la máxima solicitación por carga viva con la que se elaboró una
tabla resumen en la cual se determinó la sección
crítica por analizar. Para momento corresponde al
centro de la luz, ver figura 3 y para cortante en los
apoyos. En los modelos de puentes de dos carriles
se utilizó el camión C-40-95 y para un carril el C-3295. En cuanto a los momentos y cortantes por carga muerta con la geometría de las vigas y losas se
evaluaron las cargas y se calcularon los momentos
y cortantes actuantes.
Realizada la evaluación se procedió a calcular el
porcentaje de impacto por incrementar de acuerdo con el CCDSP-95 numeral a.3.4.3.2 y así mismo,
se calculó el factor rueda. Con esta información se
calcularon las solicitaciones últimas, de acuerdo
con los factores de mayoración establecidos en el
CCDSP-95.
Para calcular tanto el momento como cortante,
que está en capacidad de soportar la sección del
puente, se tomó la distribución de los aceros y se
calculó la altura efectiva del refuerzo, así como la
cuantía de acero suministrado en el modelo, con los
cuales se valoró la capacidad resistente de las estructuras analizadas. De esta manera, se estableció
cuáles modelos podían soportar las cargas actuantes y cuáles no estaban en capacidad de soportar las
solicitaciones actuantes.
Sólo a la cartilla del MOPT 1988, se le verificó
el refuerzo principal y de repartición de la losa y
se encontró que cumplía con este requisito. No se
calcularon deflexiones, porque la altura de las vigas superaba el mínimo calculado de acuerdo con
la tabla a.7.1, CCDSP-95, por lo que no se requiere
el cálculo.
IV. RESULTADOS
Durante el desarrollo de la investigación se encontraron que existen 4 cartillas publicadas por el
MOPT, el FNCV y la Secretaría de Obras Públicas de
Antioquia, donde aparecen modelos tipo, muros de
gravedad, muros reforzados, boxculverts, alcantarillas, pontones y puentes en concreto reforzados,
cuyas luces varían entre 2 y 27 metros.
34
L’ esprit Ingénieux
De la comparación de las cartillas se obtuvo
que las publicaciones del MOPT del año 1960, la
del FNCV del año 1976 y la de Secretaria de Obras
Públicas de Antioquia del año 1980 no se ajustan
a los requerimientos del CCDSP-95, en cuanto a dimensiones de espesor de losa, altura de viga y ancho de carril y ninguna está en capacidad de soportar las cargas actuantes del camión de diseño del
CCDSP-95.
De la investigación se tomó como punto de referencia un modelo para puentes en concreto reforzado, para una luz de 20 metros. Para los puentes
entre 10 y 20 metros la modelación arrojó que una
estructura económica y técnica en referencia a la
sección transversal es de 3 vigas. Para luces superiores a 20 metros y hasta 27 metros la configuración arrojó una losa con 4 vigas.
Los resultados que se muestran en las tablas 1 y 2
permiten observar los criterios tenidos en cuenta para
la comparación y correspondiente validación y rechazo de los diseños contenidos en las diferentes cartillas.
TABLA I
RESULTADOS COMPARACIÓN CARTILLA
Y CCDSP-95
CARTILLA
Ministerio de Obras
Públicas y Transporte
(MOPT - 1960)
Ministerio de Obras
Públicas y Transporte
(MOPT - 1988)
Fondo Nacional de
Caminos Vecinales
(FNCV - 1976)
Secretaria de Obras
Publicas de Antioquia
(1977)
Hoja de Cálculo (autores)
Código Colombiano de
Diseño Sísmico de
Puentes 1995 (CCDSP-95)
h Losa
(m)
h Viga
(m)
f´c
(kg/cm2)
fy
(kg/cm2)
Recubrimiento
superior losa (m)
Recubrimiento
inferior losa (m)
Recubrimiento
estribos (m)
Cumple /
No cumple
0,25
1,50
140,00
1.400,00
No Especifica
No Especifica
No Especifica
NO
CUMPLE
0,19
1,50
210,00
4.200,00
No Especifica
No Especifica
No Especifica
CUMPLE
0,19
1,64
211,00
4.219,00
No Especifica
No Especifica
No Especifica
CUMPLE
0,18
1,61
211,00
4.200,00
0,035
0,025
0,025
CUMPLE
1,40
210,00
4.200,00
0,050
0,050
0,038
NO APLICA
0,17
Fuente: Los Autores - 2010
TABLA II
RESULTADOS COMPARACION CARTILLA Y
CCDSP-95 MOMENTO Y CORTANTE MAXIMOS
CARTILLA
M max act (ton/m)
M max res (ton/m)
V max act (ton)
V max res (ton)
Cumple / No cumple
Ministerio de Obras Públicas y
Transporte - 1960 (MOPT-60)
496,40
222,63
104,30
56,80
NO CUMPLE
Ministerio de Obras Públicas y
Transporte - 1988 (MOPT-88)
403,50
525,06
85,70
130,51
CUMPLE
Fondo Nacional de Caminos Vecinales
(FNVC-76)
336,40
303,27
71,00
82,00
NO CUMPLE
Secretaria de Obras Publicas de
Antioquia (1977)
364,50
359,85
77,90
68,74
NO CUMPLE
Hoja de Cálculo (Autores) Código
Colombiano de Diseño Sísmico de
Puentes 1995 (CCDSP-95)
NO APLICA
NO APLICA
NO APLICA
NO APLICA
NO APLICA
Fuente: Los Autores - 2010
Comparación de Modelos de cartillas de puentes y pontones en concreto reforzado
35
V. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
Las cartillas existentes se pueden utilizar para
proyectos viales con bajos volúmenes de tráfico que
no sean de vital importancia para la comunidad beneficiaria del proyecto.
La única cartilla que está en capacidad de soportar las solicitaciones del camión de diseño es la del
MOPT 88; según los resultados de la investigación.
Al momento de construir la estructura se deben respetar los recubrimientos mínimos del código o los
que impongan las condiciones ambientales de exposición de la misma, con el fin de garantizar la durabilidad de la estructura.
Con la modelación desarrollada se obtuvo que
la cartilla del MOPT, edición 1988, en su versión VI,
cumple con las especificaciones y parámetros de
diseño del CCDSP-95, con las cuales se pueden proyectar y construir estructuras económicas y seguras
definidas en la misma. Sin embargo, en dicha cartilla
no están contemplados los andenes, que de acuerdo
con la normatividad existente, en materia de accesibilidad y protección de los peatones y discapacitados, que utilizan los puentes en zonas de concentración de peatones, se hace necesario incorporarlos a
la estructura, con lo cual se requiere que ésta sea
calculada de acuerdo con las solicitaciones impuestas a la misma. Por otra parte, cuando se trate de
estructuras no establecidas en la cartilla del MOPT
88, se debe realizar el estudio y diseño de la estructura en particular.
Realizada la verificación de la estructura mostrada en el modelo del MOPT 88, se encontró que de
acuerdo con el ancho de la calzada de 9.3 metros,
permite ubicar dos andenes de 1 metro de ancho,
y dejar la misma de 7.30 metros, como lo define el
CCDSP-95 evaluadas las solicitaciones se encontró
que ésta soporta tanto las solicitaciones por carga
viva del camión, como la del andén.
De lo anterior, resulta claro que la cartilla del MOPT
88, puede ser utilizada en las etapas de prefactibilidad y factibilidad de un proyecto, ya que ésta da una
aproximación real de las cantidades finales de la obra,
con lo cual se puede elaborar un presupuesto consecuente con la realidad y realizar evaluaciones costo beneficio para determinar la factibilidad de un proyecto
determinado, así como la viabilidad financiera estatal,
Fuente Fotográfica:
garantizando que la obra se lleve a feliz término y no
que quede inconclusa por falta de recursos, debido a
una mala planeación, por la falta de una herramienta
adecuada para la ejecución de la obra. Sin embargo,
para la etapa de construcción, se deben adelantar todos los estudios correspondientes, tanto de diseño estructural como los geotécnicos, hidráulicos y ambientales del sitio específico donde se emplazará el puente.
La utilización de las cartillas y su verificación, para la
construcción de un puente debe ser evaluada por un
especialista en la materia, quien deberá hacer las correcciones que considere necesarias.
Cuando se emita una nueva norma, es conveniente revisar las cartillas existentes, para evaluar si
se ajustan a los requerimientos de la misma, ya que
se podrían estar construyendo estructuras inseguras
para los usuarios.
La aplicación que se puede dar al presente artículo es muy amplia, con un alcance tal, que el tema tratado podrá ser utilizado en todo el territorio nacional
y así dar una alternativa práctica al diseño de puentes
en la infraestructura vial.
Los puentes deben ser considerados como una
parte importante del patrimonio en infraestructura
del país, ya que son puntos medulares en una red
vial, para cualquier sistema de transporte terrestre
y en consecuencia para el desarrollo de los habitantes. Preservar dicho patrimonio de daños prematuros
desde su concepción, es una de las tareas más importantes de cualquier sistema de administración de
carreteras pública o privada. Para ello, es necesario
dedicar medios humanos y técnicos suficientes, que
permitan tener un conocimiento completo y actualizado de su estado, que posibilite definir el volumen
de recursos necesarios para su conservación, y garanticen el empleo óptimo y eficaz de dichos recursos.
Para cualquier estructura, que no se encuentre
enmarcada dentro de los parámetros de diseño establecidos en la cartilla, se deben realizar los estudios
específicos.
Para el proyecto se deben realizar los estudios de
suelos e hidrológicos, y en caso de diferir de los supuestos, se debe realizar el ajuste de los diseños de
los estribos.
La utilización de estos modelos debe ser supervisada por
el profesional idóneo (ingeniero civil o ingeniero de vías), tanto en la proyección de la estructura, como en la construcción
de la misma.
En caso de requerirse modificaciones, en cuanto a dimensiones o a las solicitaciones actuantes, los diseños deben ser
ajustados por un ingeniero especialista en estructuras.
VI. REFERENCIAS
Colombia, Ministerio de Transporte, Instituto Nacional de
Vías (1995). Código Colombiano de Diseño Sísmico de Puentes, Bogotá.
The American Association of State Highway and Transportation
Officials – ASSHTO (2002). Standard Specifications for Highway
Bridges, Washington D.C., 17th Edition.
Asociación de Ingenieros Estructurales (1982). Diseño y
construcción de Puentes, Medellín.
Colombia, Ministerio de Obras Públicas (1960). Modelo de
Obras de Arte.
Colombia, Fondo Nacional de Caminos Vecinales (1976). Modelos de Puentes.
Colombia, Secretaria de Obras Públicas Departamento de Antioquia (1980). Modelos de Puentes para vías de dos carriles.
Colombia, Ministerio de Obras Públicas (1988). Modelo de
Puentes de Placa y Vigas en concreto reforzado y preesforzado.
Vallecilla, C., (2006), Líneas de Influencia. Estructuras Indeterminadas. Bogotá: Universidad Nacional de Colombia.
Vallecilla, C., (2006), Manual de Puentes en Concreto Reforzado. Bogotá: Universidad Nacional de Colombia.
Trujillo, J. E., (2009), Diseño de Puentes. Bucaramanga: Universidad Industrial de Santander.
36
L’ esprit Ingénieux
Estudio Patológico Preliminar del edificio Santo Domingo universidad Santo Tomás, Seccional Tunja
Ruth Sther Martínez Ramírez
Ingeniera Civil,
Universidad Santo Tomás Seccional, Tunja
Facultad de Ingeniería Civil
Universidad Santo Tomás, Seccional Tunja, Colombia
[email protected]
Leonardo Parra Galeano
Ingeniero Civil,
Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia, Tunja
Facultad de Ingeniería Civil
Universidad Santo Tomás Seccional Tunja, Colombia
[email protected]
Estudio Patológico
Preliminar
del edificio Santo Domingo
Universidad Santo Tomás, Seccional Tunja
RESUMEN
ABSTRACT
El presente artículo es producto de una investigación que se llevó a cabo mediante el estudio patológico preliminar del edificio Santo Domingo, teniendo
en cuenta el estado en que se encuentra actualmente
esta edificación. De la construcción cabe resaltar su antigüedad, sus características y estilo arquitectónico y
el valor patrimonial que representa para la ciudad de
Tunja. El edificio ha tenido varios usos desde su origen
y actualmente funciona como parte de las instalaciones
de la Universidad Santo Tomás. Debido a las características arquitectónicas y constructivas se clasificó esta
edificación en un estilo arquitectónico de tipo Republicano. Para realizar el estudio se llevó a cabo un arduo
trabajo de campo, debido a que la información que se
encontró sobre el edificio fue mínima. Se realizó un
reconocimiento de la estructura por medio de levantamiento arquitectónico y estructural, donde además
de desarrollar los planos con los que la universidad no
contaba en ese momento, se clasificaron los daños más
predominantes de la edificación encontrados en el
momento. Durante el proceso de inspección se encontraron lesiones, principalmente, por presencia de humedades y fisuras. Cabe resaltar lo interesante que se
hace el estudio de estos tipos de edificaciones que pese
a que en el tiempo de su construcción no se habían desarrollado las normativas legales que rigen hoy en día,
esta edificación aún se mantiene en pie.
The preliminary pathological study was conducted in Santo Domingo building was made taking into account the state in which it is currently
building. Carrying out this article was motivated
by the same characteristics of this building, the
age of the building early last century (1920 approximately), and its heritage and historic value
it represents to the city of Tunja (Colombia). This
building has had several uses since its construction and now works as a facilities Santo Tomas
University. During the course of this study is an
architectural and structural survey, which ranked
the most prevalent damage of this building, which
retains most of the original materials.
This structure was classified according to the
characteristics of its construction and its architectural style type Republican. Although not inspected the foundation, with the leveling that took
place were not any apparent settlement.
During the inspection process in the structure
lesions were found mainly by the presence of moisture especially in areas of first and third floors, and
thin cracks that according to findings apparently do
not affect the stability of the structure.
Palabras Clave: patología, edificio Santo Domingo, arquitectura republicana,
Tunja
Keywords: Santo Domingo building, Republican architecture, Tunja, patology
37
I. INTRODUCCIÓN
Este artículo es producto del desarrollo de una
investigación llevada a cabo desde el año 2007, en
su segundo periodo, en la ciudad de Tunja (Colombia) en el edificio Santo Domingo, donde actualmente funciona la sede central de la Universidad Santo
Tomás. Esta edificación fue escogida para realizar el
estudio Patológico preliminar, debido a las características arquitectónicas, constructivas e históricas
que la enmarcan. El proceso se realizó principalmente por medio de la observación y toma de datos del estado en que se encontró la edificación. Se
efectuaron levantamientos arquitectónicos, planimetrícos y estructurales para tal fin.
Los orígenes de la edificación datan alrededor
del año 1920, según el escritor Ocampo, (1997),
donde se bendijo la piedra angular para la construcción de la edificación. Periodo que abarcaba el estilo Republicano, debido a la fecha en que empezó
la construcción y a sus características arquitectónicas (arcos, corredores, patios interiores, jardines) y
procesos constructivos. Esta edificación funcionó
en primer lugar como convento Dominico, llamado
Convento Santo Domingo, el cual es cerrado por un
tiempo. El 21 de Febrero, de 1954 se funda el Liceo
Santo Domingo Guzmán, el cual funcionó por unos
años y luego es cerrado. Hacia el año de 1984 estas
instalaciones se destinan para el funcionamiento de
la Corporación Universitaria de Boyacá. Finalmente,
alrededor del año 1996, se da origen a la creación de
la Universidad Santo Tomás Seccional Tunja.
Esta edificación ha sido intervenida en ciertos
sectores recientemente, pero aún conserva parte de su originalidad y su estilo arquitectónico.
Se observan amplios espacios, largos corredores,
38
L’ esprit Ingénieux
muros de grandes espesores, balcones y jardines
característicos de la época. Esta información hace
que este estudio sea interesante, además de la
connotación histórica que enmarca esta estructura, ya que origina en gran parte la historia de los
Dominicos en el país y se da origen y desarrollo
de la Universidad Santo Tomás en la ciudad.
En la actualidad es necesario evaluar la estabilidad y vulnerabilidad de las edificaciones. Este
tipo de estructuras tiene un nivel de importancia
especial, ya que resguarda un gran número de
personas a diario y presta un servicio a la comunidad. Es una investigación que se inició, pero debe
proseguir en una segunda fase, un análisis estructural a través de una vulnerabilidad sísmica. Para
entonces, se deberá evaluar si es necesario un reforzamiento estructural para el caso de un futuro
evento sísmico a que se pueda ver sometida esta
edificación.
Teniendo en cuenta la información tomada en
campo, y a través del mismo estudio elaborado a
la edificación, se llevó a cabo un análisis que se
describe en el presente artículo.
A pesar de los años y el uso de la edificación,
se observa que ésta sigue prestando un servicio
adecuado y confortable a las personas que a diario permanecen en ella. En este bloque se ubican
las oficinas de índole administrativo y salones de
clase. Aunque no se ha intervenido considerablemente en su estructura, funciona apropiadamente ante cargas vivas y cargas muertas, pero se crea
la incógnita de cómo va a comportarse frente a
solicitaciones de fuerzas sísmicas.
Estudio Patológico Preliminar del edificio Santo Domingo universidad Santo Tomás, Seccional Tunja
II. TRABAJOS DESARROLLADOS
A. Antecedentes históricos y
arquitectónicos de la época
B. Rasgos generales de la
Arquitectura Republicana
La arquitectura Republicana se desarrolla en un
periodo comprendido entre 1835 y 1850 hasta 1930
– 1940. Estos límites cronológicos no son precisos,
dado que la arquitectura no se presenta en episodios
aislados o definidos. El desarrollo de la arquitectura
Republicana reemplazó las técnicas y conceptos de la
construcción colonial por nociones plásticas de origen
e influencias francesas, italianas y anglosajonas entre
otras (Banco de la Republica, 2003).
Esta arquitectura se caracteriza especialmente
por el regreso de las formas griegas y romanas, que
exaltan la grandeza. Se caracteriza por estricta geometría y exagerada ornamentación, especialmente
en las fachadas. Se observan también el uso de buhardillas, balcones formados por antepechos, variada
gama de capiteles en columnas y cornisas decoradas.
Otros elementos que cabe resaltar son las esculturas
seudo-griegas, máscaras, medallones en relieve con
ángeles y leones (Gniset 1992).
Estos rasgos arquitectónicos empezaron primero
en las familias de la elite, al igual que en los edificios
del estado y eclesiásticos. Entre estos se destacan,
El edificio del Capitolio Nacional, el Teatro Colón, la
gobernación de Cundinamarca, el Palacio de Justicia
en Cali y otros más. Se empezaron a utilizar nuevos
materiales de construcción como el hierro, cemento, vidrio, zinc, porcelana sanitaria, azulejos, tuberías y muchos más. Tienden a desaparecer el uso de
la madera y barro. Se hizo presente la mano de obra
especializada contando con un ingeniero, arquitecto
y maestro de obra (Saldarriaga, 1986).
A partir de 1880, en el país y en la ciudad de Tunja,
se observan elementos ornamentales en carpintería, como puertas, ventanas, guardapolvos, cornisas,
frontones sobre las ventanas y en canales de aleros.
Aparecen también los adornos en yeso en los cielos
rasos y los papeles de colgadura. Con relación a las
ventanas puede hacerse notar la tendencia de la repisa de madera que luego se amplía para formar la
baranda. Esto es usado generalmente en las ventanas
de primer piso. Para las ventanas del segundo piso es
frecuente encontrar un pequeño balcón cubierto con
un forro de madera (Corradine, 1990).
Martínez (1986): se observan grandes cambios que van opacando la arquitectura colonial,
se fragmenta la lotificación colonial, se realizan
construcciones en ladrillos las cuales son de uno
o dos pisos. En algunas construcciones se emplea
el uso del hierro para las columnas, el cual fue
vendido por la ferretería La Pradera para la construcción de los palcos del teatro Colón (Corradine, 2001).
Se inicia el cambio de las apariencias de las
fachadas, las cuales llegan a ser el aspecto externo más importante de una edificación. Se da
paso al uso en ellas del ladrillo y los revestimientos de piedras y molduras. Estas se transforman
volumétricamente, se observan aberturas, muros
gruesos y simétricos
En las cubiertas se empezó el uso de sistemas
cerchas, correas, aparece también el cielo raso y
molduras en yeso en las paredes y techos de salones sociales (Corradine 2001). En 1902 en la ciudad de Bogotá se prohíben los aleros y se obliga a
la construcción de frontones que oculten el tejado
39
FOTOGRAFIA 2. FACHADA UNIVERIDAD SANTO TOMAS TUNJA
Fuente:http://www.tunja.gov.co/recursos_user/imagenes//galeria/u_sto_tomas.jpg
Se conservan los pisos en listón machiembrado en
algunas de las viviendas de clase alta se empieza a usar
el parquet. Más tarde se empieza con la producción
del ladrillo tablón ornamentado y con las baldosas en
cemento.
Como concepto novedoso de la mencionada arquitectura, se introduce el concepto de “pasaje comercial” que se incluyó en el contexto de los antiguos
centros históricos. Aparece como una solución para
aprovechar la parte central de la tradicional manzana
colonial, destinándola a locales comerciales u oficinas
(Banco de la Republica, 2003).
También, se inició la tendencia al cambio de
las apariencias originales de la fachada. En muchos casos, las fachadas fueron el objeto de toda la
atención, mientras que el interior de las edificaciones guardó semejanza con las condiciones coloniales. En las fachadas se abandonaron parcialmente
los acabados coloniales para dar paso a materiales
como el ladrillo, revestimientos en piedra y molduras de diversos tipos
C. Descripción del edificio Santo
Domingo, Bloque C
Según lo encontrado de acuerdo a la documentación y opiniones de Frailes y profesores relacionados
con la institución, el 22 de diciembre de 1916, Séptimo
centenario de la fundación de la Orden Dominica, el
obispo de Tunja D. Eduardo Maldonado Calvo, siendo
Prior Fr. Raimundo J. Rincón, bendijo la piedra angular
para el nuevo edificio. Dibujó los planos el arquitecto Carlos Camargo Quiñones, que modificó luego el
P. Fr. Hugo Silvano Orjuela, para todo el solar llamado “La hormiga” o “Huerto de la Virgen”. En 1911 la
comunidad tuvo que pagar bien caros los derechos
delegados por los herederos usurpadores de 1861
(Ocampo,1986,pág 192 y 193).
40
L’ esprit Ingénieux
FOTOGRAFIA 2.
MUROS EN LADRILLO, REMODELACIÓN DE LOCAL, BLOQUE C
Fuente: Fotografía tomada por Ruth Martínez
Actualmente se mantiene la arquitectura inicial, ya que como se mencionó anteriormente no
se ha realizado ninguna intervención que modifique su diseño original, ni tampoco se ha realizado ningún tipo de restauración arquitectónica y
estructural. Esta edificación se encuentra sometida a la intemperie y a las continuas y pequeñas
vibraciones que produce la carga viva que a diario
se ve sometida, que poco a poco va aumentando
el desgaste y agrediendo silenciosamente los materiales que conforman esta estructura, comprometiendo día a día la estabilidad local y global de
la estructura.
Haciendo una recopilación de la planta física
que hay actualmente, se realiza una clasificación
y descripción de sus componentes estructurales y
arquitectónicos para así dilucidar el estado actual
del la edificación.
1) Cimentación
La cimentación tiene una altura aproximada de
60 a 70 cm, la cual se encuentra en piedra pegada
con argamasa. Esta información se obtuvo de una
remodelación de los locales que se encuentran sobre la calle 19, la cual se hacía en el momento de
realizar los levantamientos.
Esta cimentación se encuentra al parecer a lo largo de cada uno de los muros de la edificación. Aunque se debe confirmar por medio de apiques que no
se realizaron en el momento del estudio.
2) Muros
Los muros son portantes, debido a que no hay
elementos estructurales horizontales y verticales.
Se pudo observar gracias a la remodelación que el
material que conforman los muros son unidades
mampuestas de ladrillo, aunque también se observa parte de estos muros heterogéneos, ya que en
su parte exterior están conformados por ladrillo y
Estudio Patológico Preliminar del edificio Santo Domingo universidad Santo Tomás, Seccional Tunja
tienen una cavidad interna de piedra rajón aparentemente.
3) Entrepisos
Según comentarios de funcionarios, el entrepiso
original fue removido parcialmente en algunos sectores por placa de concreto, ya que su grado de deterioro y descomposición era avanzado debido a los
agentes orgánicos que comprometían la estabilidad
de este sistema constituido en madera.
4) Cubierta
Debido a la dificultad de acceso no se realizó una
inspección detallada. Según lo observado desde el
tercer piso y complementado por comentarios de
empleados que se encontraban en ese momento, se
evidencia que su estructura principal está constituida por madera apoyada sobre la mampostería, y en
la parte superior se visualiza teja de barro. Desde el
tercer piso se puede evidenciar que la cubierta posee
algunas filtraciones de agua, ya que se aprecia manchones en el cielo raso, causados por la humedad.
5) Elementos no estructurales
Entre los elementos no estructurales se aprecia
una escalera. que es una estructura nueva conformada por perfiles metálicos, pasos prefabricados y barandas metálicas. Los antepechos están constituidos
por el material de los muros principales.
D) Procedimiento Ejecutado
Una vez clasificado el edificio por su arquitectura, se buscó información relacionada con la construcción de la Universidad, como planos arquitectónicos, estructurales e hidráulicos. Durante esta
etapa la información obtenida fue mínima, ya que
la Universidad en el momento no contaba con este
tipo de datos, debido a la antigüedad y cambios de
propietarios de esta construcción. Posteriormente,
se replanteó el comienzo del proyecto empezando
por un levantamiento arquitectónico, que se llevó a
cabo con cinta métrica, iniciando por el primer piso
hasta los pisos superiores. Esta toma de medidas se
hizo teniendo en cuenta las dimensiones tanto en
planta como en altura, ubicando los diferentes elementos arquitectónicos existentes.
Al culminar el levantamiento arquitectónico, se
realizó una nivelación donde además de chequear
niveles, se verificó la posible presentación de asentamientos puntuales en la estructura, aspecto que afortunadamente fue negativo. Así mismo, se tomó como
punto de referencia para la nivelación el patio central
de la Universidad, el cual fue construido recientemente. Cabe mencionar que para determinar con más
precisión si ha habido asentamientos diferenciales se
requiere realizar el estudio geotécnico pertinente.
Este proceso de llevar a cabo las mediciones y levantamiento de daños fue dispendioso debido a que
muchas veces el lugar que se iba a reconocer estaba
ocupado, en algunos casos se tenía que contar con
un permiso especial para el ingreso a ciertas áreas
que eran de acceso restringido para los estudiantes
y el tránsito continuo de peatones hacía de la labor
algo complejo. Además, debido a la gran área de esta
zona que conforma el bloque C, el procedimiento fue
extenso y el apoyo de otras personas fue necesario.
Con los resultados del levantamiento se comprobó que no existían asentamientos en zonas marcadas. Se identificaron los muros y las placas de entrepiso que conforman la edificación para efectuar
un levantamiento estructural y clasificar los daños
o lesiones existentes en la estructura. Durante este
proceso se tomaron fotografías y se utilizaron herramientas como cuadros y formatos elaborados, donde
se plasmó lo encontrado en la edificación. Se mostró
la ubicación general relacionada a un punto y a los
puntos cardinales, espesor y longitud en caso de que
fuera fisura o grieta, las cuales fueron las mayores
lesiones encontradas. Este procedimiento se repitió
con cada lesión encontrada.
Al contar con la información arquitectónica y estructural del edificio Santo Domingo, se realizaron
en primer lugar, planos arquitectónicos; sobre estos
planos arquitectónicos se realizaron planos estructurales, para ubicar los daños que se generan principalmente en los muros.
La información obtenida se complementaria con
ensayos de laboratorio, como extracción de núcleos,
sondeos en cimentación, escaneo y detección de
acero existente en elementos estructurales y posterior análisis de vulnerabilidad de la edificación. Estos
requerían una evacuación parcial de la edificación y
unos precios elevados, ya que estos equipos de inspección son importados y costosos.
Durante el levantamiento estructural se presentaron dos lesiones en general: humedades y fisuras.
El procedimiento llevado a cabo para la detección
de humedades, en muchos casos adelanto por medio de una técnica muy práctica, la cual consistía en
colocar sobre los muros una tira de papel aluminio
aproximadamente de 35 cm de largo, la cual se adhería al muro por medio de una cinta de enmascarar,
garantizando total hermeticidad, durante 72 horas.
Para evaluar las fisuras existentes se realizó
una medición de cada fisura teniendo en cuenta
su orientación, diámetro, profundidad, longitud y
41
localización global. Para llevar a cabo este procedimiento se utilizó la regla de anchura de grietas El cometer 143 para determinar el ancho; y cuando eran de gran magnitud longitudinal se utilizaban reglas
convencionales. La orientación estaba dada por un transportador en grados; y la ubicación global con un
flexómetro dentro de los planos y numeración ya determinada.
Adicional a estos procedimientos se realizó un detallado registro fotográfico que evidencia el estado actual de a estructura, también se crearon formatos donde se ordenó y clasificó la información para posterior
procesamiento.
III. RESULTADOS Y ANÁLISIS
Con base en documentación y seguimiento a los
detalles de carpintería (ventanas, puertas aleros,
etc.) y estilo de diseño que presenta la construcción,
se puede afirmar que la edificación fue diseñada con
influencia de la arquitectura Republicana.
Los daños más comunes fueron causados por humedades y fisuras. Las humedades se encontraron
básicamente en los pisos inferiores, superiores y en
la ubicación de los antepechos.
En la parte superior de esta edificación se presentan filtraciones de agua en la cubierta y en la
parte inferior, al parecer, existe un alto nivel freático y por capilaridad se presentan humedades en
las zonas cercanas al suelo de fundación. Estas
humedades sobresalen, principalmente, en los salones de exposición del primer piso ubicados en el
costado norte de este bloque. También, debido a
la ubicación de ventanas en la parte superior de
los antepechos se evidenció este problema, ya que
en la mayoría de los casos se observaron ventanas
42
L’ esprit Ingénieux
en madera y la falta de un gotero para evitar la
filtración exterior.
Una evidencia física es la evaporación de la humedad junto con los hongos, lo cual produce un olor
desagradable que causa molestias a los que ingresan
a estas salas. Otra consecuencia de la humedad son
los soplos producidos en los pañetes y pinturas que
generan un cascaramiento el cual debilita estos acabados, siendo propensos al desprendimiento y dejando expuestas las unidades mampuestas a los agentes
de la intemperie”, esto genera un mal aspecto.
El daño más considerable dentro de la estructura
fue la fisuración, especialmente en los muros. Se encontraron fisuras de dimensiones y espesores pequeñas.
Teniendo en cuenta que en el estudio se obtuvieron datos específicos, se incluirán posteriormente de manera precisa, para así, conceptuar y
analizar acertadamente las estadísticas que generaron estos datos en la edificación
Estudio Patológico Preliminar del edificio Santo Domingo universidad Santo Tomás, Seccional Tunja
IV. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
De acuerdo con la época en que se construyó la edificación, sus características de fachada, sus corredores,
sus materiales, técnicas y arquitectura permiten clasificar la estructura de estilo Republicano.
(desprendimientos). Esta retracción se puede generar por los componentes químicos de la pintura y las
acciones de agentes meteorológicos (principalmente humedades).
Debido al uso de la estructura se observó el deterioro de la pintura en la parte inferior de los muros:
paredes sucias, rayadas, con huellas, por estar expuesto al contacto directo con las personas que han
hecho o hacen uso de la edificación.
Se recomienda de manera urgente llevar a cabo
un estudio de vulnerabilidad sísmica que permita
desarrollar un reforzamiento estructural.
Los daños encontrados en la estructura son: fisuras, desprendimientos, antrópicos, humedades y
una grieta. Los daños que predominan son fisuras en
muros las cuales se presentan en un 82% en comparación con los otros daños.
No hay una junta de dilatación en el punto en que
finalizan los muros y comienza el techo y muchas de
las fisuras encontradas en estos filos se originan por
la falta de esta junta, la cual es necesaria, debido a
que los materiales que componen estas dos estructuras son diferentes (ladrillo - madera - concreto).
Estas fisuras recorren el filo horizontalmente.
Se evidencian en los antepechos humedades, las
cuales generan cambios dimensionales en los muros
produciendo fisuras. Muchas de estas humedades
se deben a que las alfajías no están cumpliendo adecuadamente la función de evitar que el agua penetre
a estos muros.
Se encontraron fisuras que abarcan toda la longitud en dinteles de puertas y ventanas. Estas se pueden propiciar por las flechas o pandeos de los dinteles
que se dan por empujes verticales y asentamientos
del muro que se encuentra encima del dintel.
Algunos de los daños encontrados en la estructura
son debidos al propio acabado, por las características
de los materiales y por la misma ejecución de la obra.
Debido a la retracción excesiva de pintura, se evidencia fisuración y a veces rotura de la adherencia
Es aconsejable, también, realizar una restauración que permita mitigar la acción de los agentes
meteorológicos y la conservación de fachadas y muros que embellezcan además la parte estética de la
edificación.
Sería pertinente realizar campañas de conservación y cuidado de muros y estructura en general
dirigida principalmente al estudiantado.
Se debe aplicar la pintura, preparar el soporte
dando una adecuada rugosidad, limpieza y humectación, lo cual favorecerá la adherencia, evitando el
desprendimiento que ocasionan en primer lugar las
fisuras. Además, se deberá tener especial cuidado
en la composición y curado del mortero que servirá
como mediador entre el ladrillo y la pintura.
Construir juntas de dilatación apropiada, en los
filos de muros y techo, y en los puntos donde se evidencia cambio de materiales, para que cada material se pueda dilatar sin ocasionar las fisuras en esta
ubicación. Se deberá diseñar de acuerdo al material
y clima.
Inspeccionar detalladamente que la función de
las alfajías no sólo sea de tipo arquitectónico sino
también constructivo, brindando la protección adecuada y requerida por los muros.
Realizar un tratamiento de limpieza a las fachadas con agua, la cual debe tener el menor contenido
de sales que puedan acabar el material de la fachada. Esta limpieza se debe acompañar con un cepillo
de cerdas suaves
Fuente Tipográfica: http://www.sxc.hu/photo/831568
43
V. REFERENCIAS
Asociación colombiana de ingeniería sísmica
(1998) NSR-98, Bogotá; Editorial
Banco de la Republica, Arquitectura Republicana de Cartagena (2001)
Corradine A. (1990). La arquitectura en Tunja.
Bogotá, Colombia
Monjo J. (1997). Patología de cerramientos y
acabados arquitectónico. Madrid, España: Editorial Munilla – Leria
OCAMPO Javier (1997), Tunja Cuna y taller de
la libertad, Alcaldia Mayor de Tunja
GNISET, Jaques Aprile, 1992, la ciudad colombiana, Siglo XIX y siglo XX. Santa fe de Bogotá:
Talleres gráficos Banco Popular.
MARTINEZ ESPINAL Harold, 1986, Arquitectura y coloniaje en el periodo republicano. Cali:
Universidad del Valle Facultad de Arquitectura.
SALDARRIAGA ROA Alberto, 1986, Arquitectura y Cultura en Colombia, Bogotá: Editorial
Universidad Nacional de Colombia.
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L’ esprit Ingénieux
Diseño del Puente en los Yopos
Blanca Inés Soracá Reyes
Ingeniero en Vías y Transportes,
Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia, Tunja
[email protected]
Víctor Manuel Puerto Nócua
Ingeniero Civil, Universidad Católica, Bogotá
[email protected]
Fuente Tipográfica: http://www.sxc.hu/photo/831868
Diseño del Puente
Los Yopos
RESUMEN
ABSTRACT
Para la adecuación de la vía entre los Municipios
de Labranzagrande (Boyacá) y el Morro (Casanare), se
realizaron las actividades correspondientes y necesarias para realizar la localización, diseño y formulación
del proyecto, para la construcción de un puente, se
realizaron actividades tales como estudios preliminares, estudios de suelos, levantamiento topográfico,
estudios hidrológicos, análisis de TPDs, así como predimensionamiento y análisis de las diferentes alternativas que se tienen para desarrollar un proyecto de
estas características. Teniendo como base los anteriores análisis, además de considerar la longitud, gálibo
y las losas de aproximación requeridas como acceso
al puente, se consideró el método para el diseño de
las vigas en sistema preesforzado. Con este proyecto
se buscó incentivar el desarrollo socio –económico de
la región, mitigando el impacto ambiental y ecológico
de esta región.
For the adecuación of the road between the
Municipalities of Labranzagrande (Boyacá) and the
Muzzle (Casanare), realized the corresponding and
necessary activities to realize the localización, design
and formulation of the project, for the building of a
bridge, realizing activities such as preliminary studies,
studies of soils, levantamiento topographical, studies
hidrológicos, analysis of TPDs, like this as, predimensionamiento and analysis of the different alternatives
that have to develop a project of these characteristics. Having as it base the previous analyses, in addition to considering the length, gálibo and the losas of
approximation required like access to the bridge, considered the method for the design of the beams in
system preesforzado. With this project looked for incentivar the development partner –economic of the
region, mitigating the environmental and ecological
impact of this region.
Palabras Clave: puente postensado, quebrada Los Yopos, vía Labranzagrande–
El Morro
Keywords: bridge postensado, broken the yopos, road labranzagrande – the
morro
45
I. INTRODUCCIÓN
En la zona oriental del Departamento de Boyacá,
en el piedemonte llanero, se encuentra una región que
además de haber sufrido la influencia de grupos armados, posee unas características geográficas abruptas
las cuales inciden en el avance de su infraestructura
vial que impiden la interrelación entre los centros o
polos de desarrollo. Entonces, se efectuaron estudios
sobre la quebrada Los Yopos, ubicada a 3,3 kilómetros
del casco urbano de Labranzagrande, paso obligado de
comunicación terrestre entre el Municipio de Labranzagrande que pertenece al Departamento de Boyacá y
el Municipio de El Morro, con jurisdicción en Casanare.
Para dar solución al problema citado, se iniciaron
indagaciones de orden verbal, en lo referente a la
forma de desplazamiento propio de la región, donde se evidenció que las gentes que viven en el área
de influencia han utilizado hasta hace poco menos
de un año, como medio de transporte el ir a pie,
a caballo y en bicicleta, ya que no existía una vía
que permitiera acceso a vehículos automotores. Se
efectuó un diagnóstico al carreteable actual, encontrándose una estructura a nivel de apertura de vía
sin ningún tipo de mejoramiento, con ausencia total
de obras de canalización de aguas de escorrentía y
lluvias y con pasos obligados por quebradas y ríos
con caudales de aguas considerables.
46
L’ esprit Ingénieux
Sin embargo, con un esfuerzo por parte del Municipio de Labranzagrande, se han iniciado durante el
año 2010, labores sobre esta vía, correspondientes a
ampliación de calzada, rectificación de alineamientos,
construcción de estructuras tales como alcantarillas y
box –coulvert, así como, mejoramiento de la rasante
mediante la conformación de la banca e instalación de
una estructura en afirmado.
Está pendiente la intervención en aquellos pasos
naturales sobre las quebradas, ya que se requiere efectuar obras de mayor envergadura. Uno de estos puntos que presenta grandes conflictos y que en épocas
de invierno impiden la comunicación entre los municipios, es el sector denominado Los Yopos, por el cual
cruza la quebrada La Yopera. Es por estos aspectos,
que de común acuerdo con la administración municipal de Labranzangrande, se consideró la alternativa de
iniciar los estudios y diseños para la construcción del
puente que permita el cruce sobre la quebrada La Yopera, con el fin de darle continuidad a la vía, además de
brindar seguridad, confort y economía a los usuarios
de la misma.
Se iniciaron los trabajos preliminares, recopilando información sobre pluviometría de la zona.
Se efectuaron los trabajos de topografía, defi-
Diseño del Puente en los Yopos
niendo la ronda del ponteadero, así como la longitud proyectada de la estructura por diseñar. Se
ejecutaron estudios de suelos para la caracterización del terreno, así como la clasificación geológica de la zona. Se realizaron estudios de tráfico
promedio diario, TPD, para poder determinar el
tránsito desviado y proyectado por utilizar dentro
del diseño del puente. Así mismo, se inició una
revisión en el área de influencia de las posibles
fuentes de materiales para la obtención de la materia prima y la disponibilidad de los centros de
suministros más próximos, para poder definir el
valor comercial de los materiales por utilizar en la
construcción del puente y obtener un valor de la
obra ajustado a las condiciones encontradas.
Se procedió a ordenar los resultados de los diferentes ensayos para determinar el tipo de puente por diseñar, teniendo en cuenta aspectos como:
valor real de la construcción del puente, costos de
obra adicionales de adecuación de accesos al puente, tiempo de ejecución de la obra, desplazamiento
de maquinaria pesada a la zona y afectación a los
propietarios de los predios.
Dentro del estudio de suelos se determinó que
la zona definida como ponteadero, presenta una capacidad portante alta, con la cual se definió el tipo
de cimentación. Así mismo, con el levantamiento
topográfico se estableció la diferencia de niveles
entre los puntos definidos para la ubicación de los
estribos, estableció una diferencia de cotas de 4,0
metros entre estos puntos. Esto determinó la necesidad de levantar el estribo aguas abajo, margen
derecho, además de tener que diseñarse una rampa
de acceso o aproches.
Se presentaron varias alternativas ante la administración municipal: construcción de un puente en
estructura metálica, construcción de un puente en
concreto reforzado y la construcción de un puente
en concreto preesforzado, se tomó como viable
esta última opción, ya que ofreció mayores garantías de estabilidad y seguridad.
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II. ESTUDIOS Y DISEÑO DEL PUENTE
A.Estudios preliminares
Dentro de estos estudios se efectuaron mediciones de TPDs, se evaluaron las condiciones del área
de influencia de la Quebrada Los Yopos, se determinó el caudal de aguas, y se definió el área de la
cuenca, incluyendo parte de la Cuenca del Río Cravo
Sur. Se hizo el levantamiento topográfico de planta
y perfil, secciones de ponteadero, batimetría y detalles de curvas de nivel de la zona de influencia.
B.Estudios de suelos e hidrología
Con esta información y una vez definida la cuenca hidrográfica, se llevó a cabo el cálculo de los niveles máximos y mínimos de agua y se proyectó la
profundidad de las estructuras de cimentación para
los estribos del puente. Los estudios de suelos permitieron establecer los perfiles estratigráficos del suelo,
así como, el cálculo de la capacidad portante, valor
con el cual se determinó el tipo y la profundidad de cimentación. Los resultados obtenidos son como sigue:
1) Propiedades geotécnicas del subsuelo para el
diseño de cimentación, nivel freático y perfil
estratigráfico del suelo
El proyecto y diseño del puente se definió teniendo en cuenta las condiciones geológicas tanto locales como regionales, para evaluar comportamientos
futuros de las obras por construir con respecto a su
estabilidad, así como los impactos ambientales que
se puedan generar.
Con la exploración geológica se determinó el tipo
de suelos y las rocas que componen el área donde se
proyectó la construcción de la estructura, por medio de las cuales se definieron las zonas donde se
establecieron los estribos.
El Perfil de suelos corresponde a depósitos de
tipo aluvial compuesto por bloques de rocas areniscas embebidas dentro de una matriz heterométrica
de arcillas, limos, gravas y arenas. El substrato rocoso aflora cerca al sitio del proyecto, pero en profundidad (Vargas, J.2010, en prensa).
Se detectó la posición del nivel freático de las
aguas con influencia en el área del proyecto a 1,20
metros de profundidad respecto a la rasante actual,
lo que permitió definir el nivel de cimentación más
favorable, además del tipo y forma de transmisión
de cargas al subsuelo y la incidencia en el proceso
constructivo.
C. Definición del diseño
estructural del puente
FOTOGRAFÍA 1. PANORÁMICA, CAUCE QUEBRADA LA YOPERA
Fuente: Autores del proyecto
De acuerdo con los resultados obtenidos, se analizó y evalúo el tipo de diseño que se ajustaba a las
condiciones encontradas en el área de influencia. Se
consideraron como parámetros de diseño sísmico:
TABLA I PROPIEDADES INDICES DE PA, CAPA ENTRE 0,30 Y 5,50 METROS DE PROFUNDIDAD
Fuente: Estudio de Suelos. Vargas, J. 2010
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ESTRIBO
(Aguas abajo)
Wn
(%)
IP
(%)
Cohesión
(Kpa)
Fricción
Gs
e
PESO ESPECIFICO
KN/m3
E, Kpa
Derecho
28
14
45
3
2.62
0.3
17.9
10800
Izquierdo
29
13
48
6
2.62
0.3
17.5
10800
L’ esprit Ingénieux
Diseño del Puente en los Yopos
49
FOTOGRAFÍA 2. PASO PEATONAL EXISTENTE DE LONGITUD 42 METROS
Fuente: Autores del proyecto
perfil de suelo tipo S2, coeficiente de sitio 1,20 y
zona de amenaza sísmica alta.
Se propuso la construcción de un puente tipo
preesforzado, con estribos y aletas en concreto reforzado, ancho de calzada 4.0 metros lineales, andén de 1.1 metros y bordillo de 0.25 metros a lado
y lado de la calzada y un espesor de placa de 0,30
metros, capa de rodadura en pavimento flexible con
un espesor de 0,7 metros y barandas metálicas.
Para la realización de los diseños se utilizó el
método de fuerzas de desviación (fuerzas balanceadas y fuerzas equivalentes), trabajando el sistema como una viga simplemente apoyada, generándose un momento a causa del preesfuerzo,
comportándose la fuerza de desviación como una
carga uniformemente distribuida. Se consideraron dentro del diseño los diagramas de cuerpo
libre interno y externo, para controlar la contraflecha máxima admisible.
III. RESULTADOS Y ANÁLISIS
Revisada la topografía del área de ronda de la
Quebrada La Yopera, se evidenció una diferencia de
cotas del terreno de 4,0 metros de altura, respecto al
nivel de la rasante existente, de la margen izquierda
aguas abajo de la quebrada. Esta situación exigió que
adicional al diseño del puente se contemplaran obras
como aproches y aletas de los estribos, para controlar
los factores de empuje y deslizamientos del suelo.
FIGURA 1. UBICACIÓN DE ESTRIBOS
Fuente: Autores del proyecto
Entonces, se llegó a determinar el diseño del
puente que más se ajustó a las condiciones y pará-
metros existentes. Se tuvo especial cuidado en las
características geotécnicas e hidrológicas de la zona
y puntualmente en el sitio específico donde se localizó el puente, por lo que el método empleado en el
diseño fue el sistema preesforzado, postensado, con
losa en concreto y apoyado en dos estribos.
Para el cálculo de capacidad portante, se consideraron tres tipos de cimentación, teniendo en
cuenta la profundidad y ancho de los cimientos y de
acuerdo con las propiedades de suelos encontradas,
el tipo de proyecto, las áreas involucradas. Se consideró trabajar un sistema de cimentación superficial.
TABLA II. TIPOS DE CIMENTACÓN DE ACUERDO CON LA PROFUNDIDAD
DE DESPLANTE Y ANCHO DE CIMIENTOS
CLASE
RELACIÓN
TIPO CIMENTACIÓN
1.Superficial
Df/B = 0 - 4.5
Zapatas y places
2. Semiprofunda
Df/B = 5- 10
Cajones – Caissons
3. Profundas
Df/B = mayor a 10
Pilas - Pilotes
Fuente: Estudios de suelos. Vargas.J. 2010, en prensa
El comportamiento de los asentamientos en una
fundación superficial se definió como sigue:
S = Si + Sc + Ss
S =Valor del asentamiento
Si = Asentamiento inmediato o distorsión del suelo
Sc= Asentamiento por consolidación
Ss= Asentamiento por compresión secundaria.
El asentamiento inmediato, es el asentamiento
que ocurre esencialmente con la aplicación de la
carga de la estructura. Los otros dos componentes
resultan de la expulsión gradual del agua, de los vacíos y de la consiguiente compactación de la estructura del suelo.
Estos asentamientos de todas formas se producen sin importar el tipo de estructura que se le aplique al suelo, y están dados en función del tiempo.
Dentro de los aspectos más importantes están que
los asentamientos deben ser uniformes a toda la
estructura para no producir hundimientos diferenciales, a la vez no deben ser de gran magnitud y se
Df = profundidad de desplante de la cimentación
B = Ancho del cimiento.
Para elegir la profundidad de cimentación se
optó por una profundidad determinada, con base en
consideraciones de tipo constructivo y económico,
principalmente, y se chequeó con un factor de seguridad, asumido si a esta profundidad el suelo de
cimentación ofrece las condiciones de resistencia,
para fundar la estructura.
De la información anterior se concluyó que el tipo
de cimentación que mejores resultados presenta por
las características de las construcciones son las zapatas corridas, ya que por la geometría de los estribos
éstas deben ser como mínimo iguales. La elección de
las dimensiones de la cimentación fueron definidas
por las cargas que se van a transmitir al suelo, y el tipo
de aplicación de la carga de la columna al cimiento.
En los cálculos se utilizó un factor de seguridad de 3.
El nivel de cimentación de los estribos se consideró a
4.50 metros de profundidad y retirados de la zona de
afectación de las avalanchas, cuyos rastros se aprecian en todo el sector.
Fuente Fotográfica: http://www.fotos.org/galeria/showphoto.php/photo/95120/size/big/cat/
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L’ esprit Ingénieux
Diseño del Puente en los Yopos
debe evitar la influencia de la estructura sobre
las construcciones adyacentes.
De acuerdo con el tipo de suelo, en el cálculo de
los asentamientos se tiene en cuenta: si el suelo de
fundación es cohesivo, se puede usar la teoría elástica; si el suelo de fundación es granular, se deben
usar métodos empíricos experimentales.
Para la zona del proyecto, donde el perfil de suelo
es granular y cohesivo, se utilizó el método de Schemertmann para la evaluación de los asentamientos.
Mediante un programa de computador se calcularon
los asentamientos totales para las cargas obtenidas
en el capítulo de capacidad portante.
En lo concerniente al diseño estructural, se consideró un sistema de concreto tipo pre esforzado,
con el propósito de obviar una pila intermedia, considerando que la luz horizontal del puente es de 42
metros. Se tomó en cuenta que la capacidad estructural del elemento depende únicamente del tensionamiento que generalmente se efectúa a 28 dias de
fundida la losa, con el fin de aprovechar en su totalidad la resistencia de diseño. Se utilizó para el cálculo
el método de esfuerzos admisibles.
Se recomendó dentro del diseño, que los cables
o torones de la viga de concreto deben ser recubiertos o protegidos mediante un ducto para disminuir
la corrosión en la capa pasiva y a la vez que garantice
la protección del acero de refuerzo a la influencia
de otros agentes como sales, cloruros, ácidos y otros
que ataquen la estructura molecular de los torones.
Es de resaltar que para la evaluación económica se tuvieron en cuenta factores específicos tales
como: localización de los centros de acopio de materiales necesarios, el estado de las vías de acceso
y la disponibilidad de maquinaria requerida en este
tipo de tecnología constructiva. Según evaluación
de cantidades de obra, se pudo establecer que el
valor total estimado para la ejecución del proyecto
asciende a un valor de mil cien millones de pesos
($1.100.000.000,oo) para la infraestructura y superestructura del puente, considerando las obras complementarias para protección, pre-ataguías y aislamiento temporal de la zona aledaña al proyecto.
IV. CONCLUSIONES
El sitio donde se ubica el proyecto corresponde
al cruce de la carretera que comunica al municipio
de Labranzagrande, en el Departamento de Boyacá,
con el corregimiento de El Morro, en el Departamento de Casanare.
El sitio del proyecto presenta una zona definida
desde el punto de vista geotécnico, para el diseño
y predimensionamiento de los dos estribos, correspondiendo a un suelo con un amplio depósito coluvio – aluvial, caracterizado por grandes bloques de
rocas areniscas embebidos dentro de una matriz de
limos arenosos, y gravas con bloques de arcillas, lo
que implicó un aumento en las dimensiones de la
estructura de cimentación.
Para la exploración del subsuelo en el sitio del
proyecto se realizaron dos (2) sondeos, con profundidad máxima de exploración de 5.0 metros, utilizando
equipo de perforación para las diferentes pruebas
de SPT y DCPT, determinándose la profundidad de la
cimentación de la infraestructura del puente.
La región ha sido catalogada como una zona de
riesgo sísmico alto, lo cual fue indicio de condiciones
críticas para el diseño.
Según los perfiles de suelos, se define una sola
zona de igual comportamiento geotécnico correspondiente a un depósito de tipo coluvio – aluvial, donde
el sustrato rocoso está en profundidad sin aflorar cerca al sitio del proyecto. Por lo tanto, el nivel de cimentación de los estribos debe estar en el mismo material
que conforma el depósito cuaternario, para de esta
manera garantizar estabilidad en la estructura.
En los sondeos efectuados se encontró nivel
freático a 1.20 mts de profundidad, por lo que se definió la implementación de sistemas de filtro y drenaje para el manejo de estas aguas.
Aunque para el caso de suelos estratificados no
se tiene definida una teoría única sobre los asentamientos, estos se calcularon con base en la teoría
elástica, la cual permite calcular asentamientos tolerables en las construcciones.
51
El sitio donde se localiza el proyecto corresponde
a una topografía abrupta, de pendientes en media
ladera, de forma cóncava sin desnivel entre las dos
orillas donde se proyecta el puente. Se evidencian depósitos de avalanchas provenientes de la parte alta de
la cuenca, sector Aguas Arriba, según pobladores de
la región, el régimen de la misma es continuo y torrencial en épocas de invierno, por lo que se tuvo en cuenta el diseño de estructuras de protección, contención
y estabilización de los taludes.
Según los análisis y estudios , el tipo de cimentación que mejor resultado ha presentado en otras
estructuras de características similares en este sector, ha sido el de construcción de zapatas corridas,
ya que por la geometría de los estribos, éstas deben
ser como mínimo iguales.
Este estudio se complementó con los análisis hidrológicos e hidráulicos de la cuenca para poder definir los sitios más convenientes en la localización de
los estribos, según el área de drenaje requerida para
eventos de precipitaciones máximas.
El nivel de cimentación de los estribos se recomienda a 4.50 metros de profundidad, retirados de la zona
de afectación de las avalanchas cuyos rastros se aprecian en todo el sector por lo que se debio establecer
puntualmente la ubicación de los estribos.
Una vez obtenidas las cargas reales que se transmiten al suelo, se deben chequear nuevamente los
asentamientos probables manteniendo la capacidad portante admisible de seguridad, si estas cargas
se mantienen dentro de los rangos presentados en
este estudio no será necesario chequearlas nuevamente, lo que nos indica que los valores están dentro de los rangos permisibles.
Para el diseño estructural se tuvieron en cuenta los
factores sísmicos provenientes del estudio de suelos,
la norma sismo resistente, NSR10, el código colombiano de diseño sísmico de puentes, CCDSP95, los cuales
rigen este tipo de construcciones.
Las especificaciones y resultados obtenidos del
diseño se deben seguir en el proceso constructivo
y si se presenta alguna duda sobre el proceso constructivo, debe concertarse cualquier cambio con el
ingeniero diseñador.
V. AGRADECIMIENTOS
Los autores reconocen las contribuciones y aportes dentro del proyecto al Ingeniero Néstor Rafael Perico, profesor titular de la Universidad Santo Tomás,
por la revisión del texto final. Agradecimiento a Félix
Hernando Poveda Tibavija, alcalde municipio de Labranzagrande, por el apoyo logístico dado al proyecto. Por el aporte en el proceso de diseño al Ingeniero
Hernando Puerto, especialista en estructuras. Por la
revisión del proyecto final al Ingeniero Harold Álvarez,
quien tiene maestría en estructuras y es Especialista
en Estructuras. Agradecimientos al Ingeniero Carlos
Vallecilla, director del Proyecto. Y gratitud al ingeniero Carlos Reyes, coordinador postgrados de la faculta
d de Ingeniería Civil Universidad Santo Tomás , por su
incondicional apoyo dentro del desarrollo de la especialización.
VI. REFERENCIAS
Asociación Colombiana de Ingeniería Sísmica.
(2010). Bogotá
Colombia, Código Colombiano de Diseño
Sísmico de Puentes. 30 de Junio de 2009,
Bogota.
R. Peck. 1987. Ingeniería de Cimentaciones.
Limusa
Vallecilla, Carlos.(2009). Manual de Diseño
de Puentes Preesforzados, Bogotá: Universidad Nacional.
Fuente Fotográfica: http://www.fotos.org/galeria/showphoto.php/photo/95120/size/big/cat/
52
L’ esprit Ingénieux
Vargas., J. (2010). Estudios de suelos, Puente
Quebrada Los Yopos. Sogamoso: en prensa.
Rediseño Geométrico
Fuente Fotográfica: http://www.construplan.com.mx/pavimentos.htm
Ing. Civil. Carlos Russi Peñarete
Esp. (c) Geotecnia vial y pavimentos, Universidad Santo
Tomás, Seccional Tunja
[email protected]
Ing. Transportes y Vías.
José Ferney Moreno Bautista
Esp. (c) Geotecnia vial y pavimentos, Universidad Santo
Tomás, Seccional Tunja
[email protected]
Rediseño Geométrico
y diseño de pavimentos de la vía variante
de entrada municipio de Ráquira
RESUMEN
ABTRAC
Se hace la presentación y desarrollo de los criterios técnicos y económicos fundamentales que se
tienen en cuenta al realizar el rediseño geométrico y
diseño de pavimentos de la vía variante, así como el
análisis y selección de una alternativa de solución con
base en la normatividad vigente del Instituto Nacional
de Vías-Invias. Se exponen aspectos como el tránsito, factores climáticos y ambientales y características
geotécnicas de los suelos de subrasante, con el fin de
obtener un diseño óptimo y adecuado de pavimentos
utilizando las metodologías del Invías y del Instituto
del Asfalto. El propósito de este proyecto es brindar
una solución técnica y económica favorable a los intereses de la comunidad de Ráquira que permitan mejorar las condiciones actuales de la vía existente.
It is the presentation and development of key
technical and economic criteria taken into account in the redesign geometric and pavement
design of the track variant, and the analysis and
selection of an alternative solution based on the
regulations force of the National Roads InstituteInvias. Exposed areas such as traffic, weather and
environmental factors and geotechnical characteristics of subgrade soils in order to obtain an
optimal design of pavements using appropriate
methodologies and Invias Asphalt Institute. The
purpose of this project is to provide a technical
and economical solution favorable to the interests of the community Ráquira to improve the current condition of the highway.
Palabras clave: diseño de pavimentos en ráquira, rediseño geométrico variante,
variable de tránsito de diseño en Boyacá.
Keywords: Ráquira design of pavements, geometric redesign variant design
variable traffic in Boyacá.
53
I. INTRODUCCIÓN
El presente documento constituye un aporte en el
campo de la ingeniería de carreteras para el desarrollo
de la infraestructura en el departamento de Boyacá.
Se ha elaborado de manera técnica con los conceptos
teóricos y la normatividad vigente en Colombia, así
como la utilización de bibliografía especializada de los
diferentes temas para el desarrollo de cada uno de los
capítulos que lo integran.
Este trabajo contiene trece capítulos, que tratan los
aspectos referentes a los estudios topográficos, estudios
de suelos y geotécnicos, análisis de tránsito, condiciones
ambientales, análisis y diseño del pavimento y costos del
proyecto, aspectos básicos para la obtención del resultado final del diseño de la infraestructura vial.
De igual manera, en el presente trabajo se muestra
un análisis y un desarrollo técnico favorable, ya que se
constituye en un proyecto donde se entrega el rediseño geométrico de la vía y el diseño de la estructura
del pavimento. Se contemplan las variables de diseño
necesarias utilizando la metodología base y acorde
con la normatividad vigente para Colombia como es el
Instituto Nacional de vías-Invías, así como los criterios
técnicos profesionales de los autores.
El objetivo principal en la elaboración del proyecto es determinar las condiciones geométricas, geotécnicas, comportamiento de los suelos y de drenaje
existente con el propósito de obtener un diseño óptimo, adecuado y económico, tanto a nivel geométrico como de la estructura del pavimento. Este fue el
Fuente Fotográfica: http://www.construplan.com.mx/pavimentos.htm
54
L’ esprit Ingénieux
producto de investigación hecha con el concurso de
aportes técnicos y teóricos básicos para cumplir con
los objetivos trazados inicialmente y se desarrolló en
un tiempo de seis meses.
La vía variante fue construida básicamente con el
fin de recibir el tráfico pesado que ingresa y sale del
municipio como el tráfico interurbano, de paso a los
diferentes municipios y veredas. En su estado actual
es una vía con una capa de material granular en regular estado. Tiene una longitud aproximada de 1.1 Km.
Dentro de las limitaciones en la elaboración del
proyecto, está la poca información de los procesos de
construcción y mantenimiento efectuados. Sin embargo, en la toma de datos de campo se obtuvo dicha información, necesaria para el análisis y procesamiento.
Con la realización de éste proyecto se pretende
hacer un aporte al desarrollo de la infraestructura vial
del municipio, así como de los municipios circunvecinos, ya que con la rectificación del diseño geométrico
y de la estructura del pavimento se busca mejorar las
condiciones actuales de la variante en los aspectos de
seguridad, comodidad y disminución de los costos de
operación.
De igual manera, con la pavimentación de la vía se
hace un aporte al mejoramiento de la imagen de esta
población que es atractivo turístico. Por otra parte, se
brinda comodidad a los vehículos que transiten y que
no sufran las consecuencias de una vía en mal estado.
Rediseño Geométrico
II. ANTECEDENTES
Ráquira es un municipio colombiano ubicado en el
Departamento de Boyacá. Su nombre proviene de la
lengua muisca-chibcha, significa “ciudad de las ollas”,
está situado a 63 kilómetros de Tunja, la capital del departamento de Boyacá.
El acceso al municipio también se efectúa en el desvío donde se encuentra el K0+000 del proyecto, pero
hacia el margen izquierdo atravesando un puente metálico ubicado sobre el río Dulce, con capacidad de 4
toneladas.
Entre sus principales factores de ingreso económico se encuentra la alfarería y la producción artesanal,
la explotación ganadera y agrícola en los alrededores y
márgenes de la laguna de Fúquene, junto con la explotación minera de carbón en las veredas de Firitas y Gachaneca. Estos elementos constituyen la base principal
de sus ingresos económicos.
En épocas de invierno se puede observar que esta
vía presenta deterioro significativo por efecto de las
lluvias, y en época de verano se presentan emisiones
de partículas volátiles que contaminan el medio ambiente del sector y en general del municipio.
El ancho de la vía variante actual es de 7 metros en
una longitud aproximada de 700 metros a partir del
K0+000 y de 5 metros en un tramo más corto
de 400 metros hasta el K1+100.
Para el proyecto actual se recoge información existente aportada por la secretaría de Planeación de Ráquira y por los habitantes vecinos de la obra. Con esta
información se determina la existencia de variante, la
cual fue construida hacia el año de 1992, y de algunas
alcantarillas de 36”, además de la existencia de alcantarilla doble ubicada en el primer tramo de acceso hacia
el municipio por esta vía. Su estado de mantenimiento
es regular.
No se obtuvo información precisa sobre el mantenimiento efectuado en la vía desde el momento de su
construcción.
III. APROXIMACIÓN CONCEPTUAL
A. Aproximación al concepto
de diseño geométrico
La pavimentación de una vía constituye un factor
importante para mejorar las condiciones de transitabilidad, seguridad, confort, disminución en los tiempos
de viaje y operación, durabilidad y economía para los
usuarios. Para determinar las condiciones topográficas
y geométricas se requiere hacer los estudios topográficos detallados existentes de la variante, tanto en planta como en perfil.
El diseño geométrico de una carretera es la ordenación de sus elementos físicos: alineamiento horizontal
y vertical, distancias de visibilidad, peralte, ancho del
canal, etc. Geométricamente una carretera queda definida por el trazado de su eje en planta y por la subrasante en perfil (Bravo, 1996).
55
B. Variante
D. CBR
Es la desviación de un trecho de carretera o de
un camino con el fin de impedir el acceso o ingreso de automotores, siendo el propósito efectuar
el recorrido en forma rápida en un tramo más
largo. Una carretera de Circunvalación, ronda,
variante o anillo periférico es una autopista, carretera o avenida que circula alrededor o dentro
de una ciudad ó área metropolitana, rodeándola
total o parcialmente, con el fin de evitar que los
vehículos que realicen una ruta, sin intención de
entrar en ella, eviten atravesarla.
El concepto de CBR, es una medida de la resistencia de los suelos de subrasante, al ser sometido a una
carga correspondiente a 0.1” ó 0.2” de penetración
expresada en por ciento en su valor estándar. Higuera
(2010), expresa que el CBR se define como la relación
entre el esfuerzo requerido para introducir un pistón
normalizado de 3 pulg2 dentro de una probeta de suelo de 6 pulgadas de diámetro y 5 pulgadas de altura,
con una velocidad de 0.05 pulg/minuto y el esfuerzo
requerido para introducir el mismo pistón hasta la
misma profundidad en una muestra patrón de piedra
triturada.
Para realizar estos estudios existen varias metodologías, entre las que se adoptan para Colombia, se cuenta con los Manuales de Diseño geométrico de carreteras para bajos, medianos y altos
volúmenes de tránsito del (Invías, 2008).
Es oportuno señalar la importancia que
tiene el estudio, evaluación y entendimiento de las características físicas y el comportamiento mecánico de los suelos y materiales en un proyecto de pavimentación. Los
ensayos de laboratorio, en ese sentido permiten
medir, evaluar y entender el comportamiento
mencionado.
Para determinar el diseño de un pavimento se requiere hacer evaluación de las condiciones topográficas, geotécnicas, climatológicas y de los estudios de
tránsito inherentes a la vía objeto del estudio. Sánchez (1985), expresa que el pavimento es una capa o
conjunto de capas de materiales seleccionados, comprendidas entre la subrasante y la superficie de rodamiento o rasante. El pavimento tiene como funciones
proporcionar una superficie de rodamiento uniforme,
resistente a la acción del tránsito y del clima, así como
transmitir en forma adecuada los esfuerzos generados
por las cargas del tránsito.
De acuerdo con el diseño de pavimentos, un suelo es aquel agregado de partículas minerales que
se pueden separar utilizando medios mecánicos de
poca intensidad. Sánchez (1985), expresa que siendo
el suelo elemento determinante en todos los diseños de pavimentos, el conocimiento de su origen y
procesos de formación constituye una herramienta
indispensable para quienes deben trabajar con él.
Los pavimentos están formados por una carpeta
asfáltica apoyada sobre una vía ó varias capas de gran
flexibilidad (admiten grandes deformaciones sin rotura bajo la aplicación de la carga) que transmiten los
esfuerzos al terreno de soporte repartiéndolos mediante un mecanismo de disipación de tensiones, los
cuales van disminuyendo paulatinamente con la profundidad (Garcés y otros, 1997).
C. Laboratorio de pavimentos
56
E. Diseño de pavimentos
L’ esprit Ingénieux
Rediseño Geométrico
http://www.promodisseny.com/construccion-y-mantenimiento-industrial/
IV. DESARROLLO DEL TRABAJO
Para hacer el diseño geométrico de la vía variante se llevó a cabo un recorrido previo de reconocimiento con la ayuda de GPS, para hacer una evaluación preliminar. Además, de la toma de fotografías
de la vía del proyecto, con la información obtenida
se definieron los primeros parámetros visibles por
tener en cuenta para programar las actividades de
toma de información topográfica básica para el rediseño geométrico de la vía, así como un análisis preliminar de las condiciones geotécnicas apreciables
para la programación de los estudios geotécnicos
necesarios.
Una vez hecha esa evaluación, se contrató una
comisión de topografía con equipo consistente en
una estación y herramienta menor para la toma de
información existente. Obtenidos los datos topográficos se alimentó en un programa y mediante análisis
de la información, se obtuvo el diseño geométrico
computarizado.
Posteriormente, sobre el diseño obtenido y características geotécnicas apreciables de la vía, se
determinaron y ubicaron los puntos de sondeos
y apiques por realizar. Estos se ubicaron cada 300
metros dentro del abscisado, donde se efectuaron a
una profundidad de 1.40 metros cada uno.
Para la toma de información, realización de los
sondeos y apiques, y posterior entrega de los resultados concernientes a las características geotécnicas y de resistencia de la subrasante, se contrató
con un laboratorio de suelos especializado. Con los
datos obtenidos y el análisis hecho sobre los mismos
se determinó la caracterización de la subrasante, parámetro fundamental para el diseño del pavimento.
También, se efectuaron aforos vehiculares y de
origen y destino en ambos sentidos durante los días
representativos de los flujos vehiculares: miércoles,
sábado y domingo. El domingo corresponde al día
de mercado. Con los datos obtenidos se determinó el tránsito diario promedio semanal TPDS. Para
la toma de información se clasificaron los vehículos
por tipo y características de peso por eje.
Los conteos se realizaron durante 16 horas durante tres días, a partir de las 05:00am a hasta las
9:00pm., iniciando el día 17 y concluido el día 21 de
noviembre de 2010. Con el análisis por las cargas del
tránsito y su proyección se determinó el número de
ejes de 8.2 toneladas en el período de diseño.
De igual manera, se solicitaron datos al Ideam
sobre la temperatura y precipitación de la zona para
determinar los datos promedio más importantes de
la zona del proyecto y definir la categorización de la
zona por este factor.
Con los resultados obtenidos de los parámetros
como son la caracterización de la subrasante, categorización por influencia del medio ambiente y del
tránsito, se procedió a efectuar el análisis de las alternativas de diseño de una estructura óptima de
pavimentos, basados en consideraciones económicas y de disponibilidad de materiales que cumplan la
normatividad vigente para Colombia.
De igual manera, se visitaron previamente las
fuentes de materiales granulares para determinar la
composición, calidad y cumplimiento de las especificaciones propias para el diseño de pavimentos. De
la misma forma, se visitaron plantas de producción
de asfalto más próximas, con el fin de determinar las
características y su viabilidad económica más factible y óptima para el proyecto. Con los datos obtenidos se realizó el presupuesto y cantidades de obra
basados en los costos de ítems para el año 2010.
57
V. CARACTERÍSTICAS AMBIENTALES Y CLIMÁTICAS
Debido a que el Ideam sólo posee la estación meteorológica más cercana al proyecto en el Municipio
de Villa de Leyva, con la información requerida para
los análisis climáticos y del medio ambiente, se tomaron los datos de esta estación correspondiente a temperaturas y precipitaciones de los últimos 10 años.
A. Hidrología y Temperatura
Con base en los datos de las precipitaciones de los
últimos 10 años (2000-2009), se obtuvo la precipitación media anual de diseño (PMA)= 1028 mm/año, en
el sector del proyecto, como puede verse en el cuadro I y Figuras 1 y 2. La Figura 1 muestra el comportamiento de la precipitación media mensual para los
años de la serie histórica considerada en el análisis.
Con la serie de datos de temperaturas medias mensuales de los últimos 10 años (2000-2009), se obtuvo
la temperatura media anual ponderada del proyecto
(TMAP)= 16.5°C, como puede verse en el Cuadro II Figuras 3 y 4. En la Figura 3 se muestra el comportamiento de la temperatura media mensual (TMM) de la serie
histórica escogido para el municipio de Ráquira.
B. Región climática
En resumen, para el municipio de Ráquira, entre
los años 2000 y 2009, se tiene una temperatura media anual ponderada de diseño: TMAP diseño=16.5°C
y una precipitación media anual de diseño: PMA diseño= 1028 mm/año.
Con base en la TMAP diseño y la PMA diseño,
se determinó la región climática para el diseño del
pavimento, la cual corresponde a una región R2 (región templada seca y templada semihúmeda). Para
la determinación de la región climática se basó en el
cuadro de regiones climáticas según la temperatura
y precipitación indicadas en el Manual de
diseño de pavimentos
asfálticos en vías con
medios y altos volúmenes de tránsito del
Invías (Invías, 1998).
CUADRO I
PRECIPITACIÓN MEDIA ANNUAL (PMA) DE RÁQUIRA
Fuente: Autores del proyecto.
FIGURA 1. PRECIPITACIÓN MEDIA MENSUAL (PMM) DE RÁQUIRA. Fuente: Autores del
proyecto
FIGURA 2. PRECIPITACIÓN MEDIA ANUAL DE DISEÑO (PMA) Fuente: Autores del proyecto
58
L’ esprit Ingénieux
CUADRO II. TEMPERATURA MEDIA ANUAL DE DISEÑO DE RÁQUIRA. Fuente: Autores del proyecto
Rediseño Geométrico
59
VI. CARACTERÍSTICAS DEL TRÁNSITO
Para la proyección del tránsito y cálculo del número de ejes equivalentes en el período de diseño (N) y con base en la información disponible, se
determinó el uso del nivel 1 para el pronóstico del
tránsito (ejes equivalentes acumulados en el período de diseño). Para este caso se requirió conocer el
tránsito promedio diario, el porcentaje de vehículos
comerciales y el factor de equivalencia de carga global para el año inicial del proyecto, así como la tasa
de crecimiento.
A. Aforos vehiculares y tránsito
promedio diario
Como no se pudo obtener series históricas de
tránsito, la cuantificación del tránsito se obtuvo realizando aforos vehiculares consistentes en toma de
información a partir de conteos por tres días en períodos de 16 horas/día, teniendo en cuenta el día representativo de más alto volumen y el día promedio
representativo entre semana. Con los datos obtenidos de los aforos vehiculares se determinó el tránsito promedio diario semanal (TPDs) = 823 vehículos
(día), como puede verse en el cuadro III.
B. Período de diseño para
pavimentos flexibles
El período de diseño estructural está definido
como el período durante el cual está previsto, con
Fecha: Nov-17-2010
Autos
Buses
Busetas
Totales
486
10
44
Fecha: Nov-20-2010
Autos
Buses
Busetas
Totales
719
52
62
Fecha: Nov-21-2010
Autos
Buses
Busetas
Totales
1396
54
52
TPDs=
Camiones
C2
C3
97
1
Camiones
C2
144
C3
1
Camiones
C2
C3
90
0
823
Motos
TPD(veh/día)
245
638
Motos
TPD(veh/día)
353
978
Motos
TPD(veh/día)
468
1592
veh(día)
CUADRO III RESULTADOS TRÁNSITO PROMEDIO DIARIO
SEMANAL DE LOS AFOROS VEHICULARES
Fuente: Autores del proyecto
alto grado de confiabilidad, que no se requerirá ningún mantenimiento estructural. Para satisfacer este
objetivo de diseño en términos de valor de costos
globales, de forma que el pavimento se desempeñe
en condiciones óptimas en el período de análisis, se
hace la selección del período de análisis y el período
del diseño estructural.
Con base en el cuadro de categorías de las vías del
Invias, indicados en el Manual de diseño de pavimentos asfálticos en vías con medios y altos volúmenes
de tránsito (Invias, 1998), se clasificó la variante como
categoría III (para vías de caminos rurales con tránsito
mediano, caminos estratégicos), de tipo poco importante, para tránsito promedio diario (TPD) con valor
menor de 1000.
El período de análisis según el cuadro de períodos
de análisis (PA), en años recomendados del manual
mencionado del Invias, se encontró un rango entre
Fuente Fotográfica: http://www.construplan.com.mx/pavimentos.htm
FIGURA 3. TEMPERATURA MEDIA MENSUAL (TMM) DE RÁQUIRA
Fuente: Autores del proyecto
10 y 30 años para la categoría III de la vía. Teniendo
en cuenta posibles variaciones en la vida geométrica
por la situación de tránsito cambiante así como la
carencia de fondos a corto plazo para su mantenimiento. El período de diseño estructural (PDE), de
acuerdo con el cuadro de períodos de diseño estructural recomendados por el Manual del Invías para la
categoría III de la vía, se determinó en 15 años para
un rango comprendido entre 10 y 20 años.
C. Factor de equivalencia global y
tasa de crecimiento
Para determinar el valor del Fcg, para el año indicado se consultó el Manual de diseño de pavimentos
asfálticos del Invias para medios y altos volúmenes
de tránsito (Invías, 1998). El valor del factor global
obtenido fue de 1.44.
Según el cuadro de la tasa de crecimiento del
Manual de diseño de pavimentos asfálticos del Invías para medios y altos volúmenes de tránsito (Invías, 1998). Se adoptó un valor de tasa de crecimiento del 6% para valores de TPDs entre 500 -1000 para
vehículos comerciales.
D. Factor de proyección y distribución
direccional, factor de distribución
para el carril de diseño
El valor obtenido de factor de proyección para un
período de diseño de 15 años y una tasa de crecimiento del 6%, fue de 23.967. La distribución direccional y
por carril (Fd) de vehículos pesados se adoptó para los
vehículos comerciales del 50% en cada dirección. Para
la corrección de los vehículos comerciales en cada dirección con el factor de distribución para el carril de
diseño (Fca) se tomó el valor sugerido por la Aashto
presentados en el del Manual de diseño de pavimen-
60
L’ esprit Ingénieux
FIGURA 4. TEMPERATURA MEDIA ANUAL DE DISEÑO (TMAP)
Fuente: Autores del proyecto
tos asfálticos del Invías para medios y altos volúmenes
de tránsito (Invias, 1998). Correspondió a (Fca)= 1.0,
en función del número de carriles en cada sentido.
E. Número de ejes equivalentes en
el período de diseño
Para los siguientes factores se obtuvo el valor del
número de ejes de 8.2 toneladas en el carril de diseño y período de diseño:
F. Corrección y rango de tránsito
Para garantizar una confiabilidad del 90% en la
determinación de los ejes, se obtuvo el siguiente resultado:
N8.2t= 1.261.658 ejes de 8.2 toneladas en el carril de diseño y en el período de diseño, que corresponde al tránsito proyectado.
n
= 15 años (período de diseño)
%vehículos comerciales= 21
Fcg = 1.44 (factor de equivalencia de carga
global)
Fp
= 23.6967 (factor de proyección)
Fd
= 50% (factor de distribución)
Fca = 1.0 (factor de distribución
para el carril de diseño)
N8.2t= 1.088.575 ejes de 8.2 toneladas en
el carril de diseño y en el período de
diseño.
Se estableció como un T2 según los rangos establecidos en el Manual de diseño de pavimentos asfálticos del Invías para medios y altos volúmenes de
tránsito (Invías, 1998). Este valor se utilizará para el
diseño de la estructura del pavimento flexible.
Rediseño Geométrico
61
VII.CARACTERÍSTICAS DEL REDISEÑO GEOMÉTRICO
La variante, construida con material granular
comprende los siguientes sectores: Puente – Plaza
de Mercado – Puesto de salud y Cementerio de Ráquira, iniciando en el K0+000 al K1+100.
De los datos recogidos, tanto en planta y perfil,
después de ser procesados y analizados con sus respectivos ajustes a las coordenadas, niveles y demás
información obtenida en campo, se pudieron establecer los resultados de diseño geométrico siguiendo las pautas consideradas en el Manual de Diseño
geométrico de carreteras para bajos, medianos y altos volúmenes de tránsito del Invías.
B. Diseño Horizontal
La clasificación de la vía en cuanto a su competencia corresponde a una carretera de tipo municipal, siendo una vía de tipo urbano a cargo del
municipio de Ráquira. En cuanto a su característica, corresponde a una calzada de dos carriles, uno
por cada sentido de circulación, con intersecciones
a nivel y accesos directos desde sus márgenes, del
tipo CC. En cuanto al tipo de terreno (plano) y por
su competencia se clasificó como una carretera de
tipo secundario según Fuente: Tabla 1.1 y Tabla 1.2
del Manual de diseño geométrico del Invías. La velocidad de diseño corresponde a 40KPH según Tabla
3.1.1 para carreteras secundarias y tipo de terreno
(plano) según Fuente: Manual de diseño del Invías.
Según su función, se clasificó como una vía que
une cabeceras municipales entre sí y/o que provienen de una cabecera municipal y conectan con una
principal. Para el diseño en planta se tuvo en cuenta
el criterio de coeficiente de fricción lateral dado en
la Tabla 3.3.2 de Manual de diseño del Invías, donde
para una velocidad de diseño de 40 kilómetros por
hora el valor del coeficiente es corresponde a 0.172.
El valor máximo del peralte adoptado es del 0.08 correspondiente al de vías de tipo rural.
De acuerdo con el criterio observado en la Figura
3.1.1.2 del Manual de diseño del Invías, los sobre anchos obtenidos para el diseño en planta, se obtienen
para las curvas C5 y C6 con valores de 1.39 y 0.28,
respectivamente.
En el diseño geométrico horizontal se obtuvieron
tres curvas de radio mayor a 200 metros, dos curvas
con radio mayor a 100 metros y una curva con radio
igual a 23 metros, para un total de 6 curvas horizontales. Esto indica un diseño suave con presencia de alineamientos largos y rectos entre curvas en la mayoría
de la longitud del proyecto, presentándose sólo una
curva de radio menor en el sector entre el K0+860 y
el K0+920, donde se encuentra ubicado el puesto de
salud, hacia el margen izquierdo de la vía.
En este diseño se trabajó con curvas circulares,
teniendo presente que el TPD de la variante es de
823. El Cuadro IV muestra los resultados obtenidos
para las curvas horizontales después de procesada,
analizada la información topográfica, y efectuados
los diseños geométricos de planta.
C. Diseño Vertical
La pendiente máxima longitudinal del diseño en
perfil corresponde al último alineamiento del proyecto en el sector del cementerio, con un valor de 9.9%.
Este valor se comparó con el criterio dado en la Tabla
3.4.1 del Manual de diseño del Invías, donde para
una velocidad de diseño de 40 kilómetros por hora, la
pendiente máxima es del 11% para terreno ondulado
y tipo de vía secundaria.
La inclinación de la línea de máxima pendiente en
cualquier punto de la calzada no será menor al 0.5% y
en cuanto al drenaje, la inclinación mínima para la capa
de rodadura pavimentada es del 2%.
En el diseño en perfil de la vía se obtuvo un total de
6 curvas verticales donde a partir del K0+000 hasta el
K1+100 el proyecto contempla 5 curvas con pendiente
positiva y sólo una curva con pendiente negativa. La
CUADRO IV ELEMENTOS DE LAS CURVAS HORIZONTALES
Fuente: Autores del proyecto
Fuente Fotográfica: http://www.construplan.com.mx/pavimentos.htm
Fuente Fotográfica: http://www.construplan.com.mx/pavimentos.htm
A. Topografía
pendiente menor del 0.7% en el sentido longitudinal
del alineamiento vertical. El Cuadro V muestra los resultados obtenidos para el diseño vertical.
D. Sección transversal
El ancho mínimo que se adoptó para la zona del
derecho de vía con base a la Tabla 3.5.1 del Manual
de diseño es de 20metros. Para el valor del bombeo
se obtuvo un valor del 2% de acuerdo con las condiciones de la superficie de rodadura muy buena, proyectada en concreto asfáltico. El ancho de corona de
Curva
Longitud
C1
30
C2
40
C3
40
C4
80
C5
60
3.2
Longitud entre
PIVS
100.00
8.8
100.00
0.7
100.00
-4.8
100.00
2.4
480.00
9.9
200.00
Pendiente %
Abscisa PCV
Abscisa
PIV
Abscisa
PTV
K0+085.00
K0+100.00
K0+115.00
K0+180.00
K0+200.00
K0+220.00
K0+280.00
K0+300.00
K0+320.00
K0+360.00
K0+400.00
K0+440.00
K0+850.00
K0+880.00
K0+910.00
CUADRO V DISEÑO DEL PERFIL Y ELEMENTOS DE LAS CURVAS VERTICALES
Fuente: Autores del proyecto.
la vía para las condiciones existentes es de 8 metros;
el ancho de calzada según la recomendación de la
Tabla 3.5.3 del Manual del Invías fue de 7 metros
con carriles de 3.50 metros para carreteras de tipo
secundaria y terreno plano-ondulado.
El ancho mínimo recomendado para la berma,
según Tabla No 3.5.4 del Invías es de 0.50 metros
para vías secundarias, con velocidad de diseño de 40
KPH y terreno plano. El talud para corte adoptado es
de ½ a 1 y para terraplén de 1 ½ a 1. La rectificación
del diseño geométrico consistió en la definición con
criterios técnicos ajustados según el Manual de diseño geométrico de carreteras del Invías para vías secundarias, para una velocidad de diseño de 40KPH.
Sondeo No
1
2
3
Abscisa
K0 + 350
K0 + 650
K0 +950
Profundidad
1.40 m
1.40 m
1.40 m
Ubicación
Lado Izquierdo eje vía
Lado Izquierdo eje vía
Lado Derecho eje vía
CUADRO V DISEÑO DEL PERFIL Y ELEMENTOS DE LAS CURVAS VERTICALES
Fuente: Autores del proyecto.
VIII.CARACTERÍSTICAS GEOTÉCNICAS Y DE LOS SUELOS
A. Exploración y muestreo
B. Contenido de humedad, límite
líquido, plástico e índice de plasticidad
El valor del nivel freático a la profundidad del sondeo
es igual a cero, no se encontró NF. En el cuadro VII se
muestran el valor de las humedades y en la Figura 5 se
muestra su comportamiento y su valor promedio.
De acuerdo con la norma I.N.V. E-125,126-07, se
obtuvo un límite líquido entre 48 y 62, un límite plástico entre 27 y 29, y un índice plástico entre 21 y 33.
En el Cuadro VII se muestra el valor discriminado de
los límites y en la Figura 6 se muestra el comportamiento de estos parámetros.
Con base en la norma I.N.V. E-122-07, se obtuvieron
valores de humedad bajos, que oscilan entre 20 y 22.
C. Índices de consistencia,
granulometría y clasificación de suelos
Se determinaron las abscisas y se llevaron acabo los
sondeos. Se realizaron 3 con una distancia entre ellos
aproximada de 300 metros, a una profundidad de 1.40
metros y en forma alternada. En el Cuadro VI se muestra la localización y número de sondeos.
Abscisa
Sondeo
K0+350
K0+650
K0+950
I.C.
Wn %
1.35
1.35
1.26
1.14
1.38
1.27
1.16
1.11
1.37
1.21
1.16
1.12
18.5
18.4
21.7
24.4
18.9
22.0
22.1
24.2
19.8
24.6
22.7
24.1
LL
LP
IP
44.9
25.3
19.6
50.7
27.6
23.1
55.6
29.1
26.5
67.7
28.4
39.3
60.9
30.9
30.0
72.2
29.4
42.8
Granulometría
Pasa #
4
Pasa
#40
Pasa #
200
U.S.C.S.
A.A.S.H.
T.O.
18.5
9.0
0.6
GP-GC
A–2-7
14.2
11.0
0.9
GP
A – 2 -7
13.8
12.6
1.0
GP
A – 2 -7
CUADRO VII RESUMEN DEL ANÁLISIS DE SUELOS. Fuente: Autores del proyecto.
Los valores obtenidos varían entre 1.26 y 1.21,
lo que indica que el suelo presenta una consistencia sólida de buena resistencia. En el Cuadro VII se
muestra su valor discriminado.
Con base a la norma I.N.V. E-123,124-07, se obtuvieron resultados para cada sondeo. La clasificación
se realizó teniendo en cuenta la norma I.N.V.E 10207, y por los métodos SUCS y la Aashto. En el Cuadro
VII se muestran los valores representativos obtenidos
para la granulometría y la clasificación de los suelos.
D. Ensayos de compactación, CBR
y categorización de la subrasante
Se efectuaron los ensayos de compactación de
acuerdo con la norma I.N.V. E-142-07 y de CBR inal-
62
L’ esprit Ingénieux
FIGURA 5. PERFILES DE HUMEDAD. Fuente: Autores del proyecto
Rediseño Geométrico
terado. En el cuadro VIII se muestran las características geotécnicas de los suelos y de la caracterización
de la subrasante. Con base en estos resultados en el
mismo cuadro se observa la categorización obtenida
para la subrasante.
Con los resultados obtenidos en la caracterización y categorización de la subrasante se deduce
que estos suelos corresponden a unas gravas del
tipo (GP-GC y GP), con plasticidad intermedia y alta,
con valores de consistencia mayores que uno, lo que
determina suelos de consistencia sólida. Los valores
de CBR inalterado obtenidos entre 17 y 22% indican
Capa
Asfáltica
Modelo
Multicapa
Subrasante
Estructura
Parámetro
€r
€z
δz
δz
Δz
Valor Servicio
-4
1.55 x 10
-4
2.51 x 10
2
0.507 kg/cm
2
0.507 kg/cm
0.251 mm
Valor Admisible
<
<
<
<
<
-4
2.750 x 10 (IA)
-4
4.579 x 10 (IA)
2
1.162 kg/cm (D-K)
2
2.271 kg/cm (CRR)
0.902 mm (IA)
Solicitación
(%)
56
55
44
22
28
CUADRO IX: PARÁMETROS DE CHEQUEO Y PORCENTAJE DE SOLICITACIÓN DE LA ALTERNATIVA DE DISEÑO. Fuente: Autores del proyecto
que corresponden a un suelo de tipo Regular y Bueno, aptos para el uso de subrasante sin necesidad
de utilizar estabilizaciones para incrementar su resistencia. De igual manera, con los datos obtenidos
en campo sobre el nivel freático cero en cada uno
de los sondeos permite deducir que no se requiere
el diseño de drenaje (filtros).
Características Geotécnicas
Abscisas
Suelo Predominante Sistema SUCS
Suelo Predominante Sistema AASHTO
Humedad Promedio (W%)
Límite Líquido Promedio (LL%)
Límite Plástico Promedio (LP%)
Índice Plástico Promedio (IP%)
CRB de la unidad de diseño (CBR%)
Módulo Resiliente de diseño (Mr Kg/cm2)
Categoría de subrasante (S) (pavim. Flexible)
Categoría de la subrasante (S) (pavim. Rígido)
Plasticidad
Recomendaciones de diseño
Unidad de diseño 1
K0+000 – K0+650
GP-GC
A – 2 -7
20.8
47.8
26.5
21.4
22
2200
S5
S5
Intermedia
Condición de
Subrasante (BUENA)
Unidad de diseño 2
K0+650 – K1+100
GP
A – 2 -7
22.3
64.1
29.5
34.6
17.1
1710
S5
S4
Alta
Condición de
Subrasante (REGULAR)
CUADRO VIII CARACTERIZACIÓN Y CATEGORIZACIÓN DE LA SUBRASANTE
Fuente: Autores del proyecto
IX. METODOLOGÍA PARA EL DISEÑO DE LA ESTRUCTURA DEL
PAVIMENTO DE LA VÍA VARIANTE
En el presente proyecto de adopta el diseño desarrollado por el Invías, que es aplicable a pavimentos de carreteras interurbanas de dos o más carriles
y abarca todas las gamas posibles de tránsito. Este
método es importante en el medio debido a que el
procedimiento de diseño adoptado nació de una
combinación de métodos existentes, la experiencia,
la teoría del comportamiento estructural y los mate-
riales disponibles. Sin embargo, esto no quiere decir
que se deban excluir otros métodos para los fines
propuestos y tipo de proyecto. Otro método aplicado para el presente estudio es el del Instituto del
Asfalto, con el propósito de analizar sus resultados y
establecer diferencias que enriquezcan el contenido
y definir la opción más cercana a los usados en la
práctica local.
Fuente Fotográfica: http://www.construplan.com.mx/pavimentos.htm
63
Item
1
2
3
4
5
6
7
8
Descripción
Explanación, excavaciones a máquina
Explanación, terraplén compensado,
compactado
Conformación de la subrasante
Subbase granular, tipo SBG -1
Base granular, tipo BG-2
Carpeta asfáltica MDC-2
Sumideros de reja horizontal
Bordillos
Unidad
M3
Cantid.
1139
$
Valor unitario
5.472.00
M3
3248
$
7.300.00
M2
M3
M3
M3
UND
ML
8640
1549
1500
616
8
2000
$
$
$
$
$
$
377.00
100.000.00
140.000.00
535.579.00
550.140.00
63.255.00
Valor Total
Valor total
$ 6.232.608.00
$ 23.710.400.00
$
$
$
$
$
$
$
3.257.280.00
154.900.000.00
210.000.000.00
329.916.664.00
4.401.120.00
126.510.000.00
858.928.072.00
CUADRO X PRESUPUESTO Y CANTIDADES DE OBRA TOTALES PAVIMENTACIÓN INCLUYENDO OBRAS Fuente: Autores del proyecto
X. DATOS DE ENTRADA PARA EL DISEÑO
DE LA ESTRUCTURA DEL PAVIMENTO DE LA VARIANTE
A. Método de diseño Invías
Con base en los resultados obtenidos de condiciones
climáticas (R), niveles de tránsito (T), resistencia de los
suelos de subrasante (S) y características de los materiales para cada una de las capas, se entra a determinar
la carta de diseño dentro de los rangos contemplados
en el Manual de diseño de pavimentos asfálticos en vías
con medios y altos volúmenes de tránsito (Invías, 1998)
Los siguientes son los parámetros de diseño: región climática R2, resistencia de la subrasante S5 y el rango de
tránsito T2. La carta de diseño determinado para las alternativas de diseño es la No 2.
La selección de la alternativa obedeció a las condiciones de disponibilidad de materiales de la zona y al respectivo análisis económico de las mismas. Ingresando a
la Carta de diseño No 2 se determinó dentro de las tres
alternativas posibles indicadas por el Método del Invías,
la opción óptima. En la Figura 7 se muestra el modelo
estructural obtenido.
B. Método de diseño del
Instituto del Asfalto
Los siguientes son los parámetros de diseño: módulo
resiliente de la subrasante (Mr) (lb/pulg2)= 24429, (Mr)
(Kg/cm2)= 1710, para CBR=17.1 (condición más crítica).
Tránsito de diseño método Invías = 1.2 x 106 ejes acumulados de 8.2 toneladas en el carril de diseño durante
el período de diseño.
De igual manera, para la selección de alternativa de
diseño, ésta se ha basado en el criterio de disponibilidad
de materiales en la zona del proyecto y a consideraciones económicas del diseño. Se determinó trabajar la alternativa con un modelo multicapa.
El diseño obtenido corresponde a una capa granular
compuesta por una capa de subbase tipo SBG-1con espesor de SBG= 15.0 cm, una capa de base tipo BG-2, con
espesor de BG=15.0 cm y una capa asfáltica tipo MDC2 con espesor de 10.0 cm. En la Figura 8 se muestra el
64
L’ esprit Ingénieux
FIGURA 7. ALTERNATIVA DE DISEÑO MÉTODO INVíAS
Fuente: Invias. Manual de diseño de pavimentos asfálticos en vías con medios y altos
volúmenes de tránsito. Popayán, 1998 .p. 79-82.
FIGURA 8. ALTERNATIVA DE DISEÑO MÉTODO INSTITUTO DEL ASFALTO
Fuente: Sánchez Sabogal, Fernando. Tomo I. Bogotá, D.C., 1984.p.158.
modelo estructural obtenido en la selección de la alternativa óptima.
C. Chequeo del modelo estructural
Utilizando el programa Depav, se realizó el chequeo
de los parámetros de esfuerzos, deformaciones y deflexión del modelo estructural. En el Cuadro IX se muestran los resultados obtenidos frente a los valores admisibles y el porcentaje de las solicitaciones.
De acuerdo con los valores obtenidos, la estructura
cumple con los criterios de deformación admisible de
tracción en la base de la capa asfáltica y deformación
vertical sobre la subrasante, ya que el porcentaje de las
solicitaciones no supera el 100% de lo admisible. Por lo
tanto, el dimensionamiento de la estructura de pavimento flexible es adecuado.
D. Selección de alternativa
óptima de diseño
Teniendo en cuenta las consideraciones económicas y el cumplimiento de los parámetros exigidos con
la normatividad vigente en Colombia, se escogió como
alternativa óptima de diseño la dada por el del método
del Instituto Nacional de Vías – Invías, con los siguientes
datos del modelo estructural: capa asfáltica tipo (MDC2) de 7.5 centímetros, base granular tipo (BG-2) de 15.0
centímetros y subbase granular tipo (SBG-1) de 15.0
centímetros.
Rediseño Geométrico
65
XI. MATERIALES DE CANTERAS Y DE LA MEZCLA EN CALIENTE
Después de haber efectuado visitas a los sitios de
explotación y producción de fuentes de materiales
más cercanos a la zona del proyecto y que cumplieran
con las especificaciones exigidas por las normas de
construcción del Invías, se escogieron los siguientes
sitios como los más favorables desde el punto de vista económico y de calidad para beneficio de Ráquira,
para la ejecución del proyecto.
Para materiales granulares de subbase y base
la cantera ubicada en Cucaita (Boyacá), de propiedad del Señor Obdulio Larrotta y la cantera ubicada
en el municipio de Simijaca (Cundinamarca), cuyo
propietario es el Señor Julio Pérez. Para materiales de mezcla asfáltica se recomienda la fuente de
producción ubicada en Simijaca, también de propiedad del Señor Julio Pérez.
XII. CANTIDADES Y PRESUPUESTO DE OBRA
Con las cantidades de obra de cada uno de los materiales utilizados en los diseños se estableció el presupuesto de obra, basados en los costos asociados a la
producción e instalación en obra de los mismos (subbase, base granular y mezcla asfáltica). No se incluyen
los aspectos de mantenimiento futuro, ni se analiza el
costo residual de la obra, al término de su vida útil. Los
cálculos se hicieron con valores del año 2010, considerando sólo la inversión inicial de construcción.
Los datos básicos del proyecto para tener en
cuenta son: longitud de la carretera = 1080 metros,
ancho de calzada = 7.00 metros, vía bidireccional
de dos carriles ancho= 3.50 metros, ancho de berma= 0.50 metros, ancho total a pavimentar incluyendo bermas= 8.0 metros y el área a pavimentar=
1080 m x 8.0 m = 8640 m2.
En el cuadro X se presentan los valores de las actividades descritas para la construcción, incluyendo
los costos de transporte e instalación. Los valores
usados son típicos para las carreteras rurales, localizados a distancias menores de 40 km de los centros
de producción. Se asumen condiciones normales de
construcción y se incluyen costos de algunas obras
complementarias.
Fuente Fotográfica: http://emplea.universia.es/informacion/sectores_profesionales/construccion_inmobiliaria/construccion/
XIII. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
La vía variante de Ráquira se constituye como la
principal vía de acceso que utilizan tanto el tráfico
pesado como el tránsito normal de pasajeros, para
dirigirse desde y hacia el municipio de Ráquira. De
igual manera, es utilizada por el tráfico de paso
para acceder a las ciudades, regiones circunvecinas
y sectores veredales.
El diseño geométrico horizontal y de perfil obtenido para la vía variante arrojó un diseño suave y adecuado conforme a la velocidad de diseño de 40 KPH
obtenido y demás especificaciones acordes con la
categorización de la vía tipo secundario interurbano y
vecinal. Esto indica un resultado ajustado a las necesidades de la comunidad y usuarios de la vía con el objeto de poder utilizarla en condiciones óptimas de confort, comodidad, visibilidad, seguridad y economía.
Según los datos obtenidos en los estudios de suelos
y geotécnicos adelantados, se determinó que la subrasante posee muy buenas condiciones de resistencia
con categoría tipo S5, excelentes para utilizarla como
capa base para las capas que conforman la estructura
de un pavimento flexible. Este resultado proporciona
la información suficiente para poder determinar que
no es necesario realizar ningún tipo de diseño para
estabilizar y/o incrementar la resistencia del material
del suelo de subrasante, lo cual permite utilizarla con
confianza en la parte constructiva del proyecto y contribuye con el crecimiento económico del municipio.
De igual manera, con los resultados en los estudios
de suelos y análisis de los datos aportados por las humedades en promedio de 21% para ambas unidades
de diseño y un nivel freático igual a cero encontrado
para cada sondeo, permite concluir que no es necesario efectuar diseño de drenaje subterráneo. Esto
indica la economía para el proyecto en su aspecto
constructivo y de vida del pavimento, siempre y cuando prevalezcan estas condiciones.
Los datos obtenidos en la evaluación y análisis del
tránsito con un TPDs= 823 y un N8.2t= 1.2 x 106, junto
con la información topográfica del eje del proyecto,
permitieron definir el tipo de vía, clasificación y su categorización. Estos resultados indican que la variante
pertenece a un tipo de vía secundaria interurbana y
vecinal, siendo conforme a las características que se
pueden apreciar por el servicio que presta y el tipo de
usuarios encontrados.
Los resultados arrojados en los estudios y análisis
de las condiciones ambientales, permiten observar
que la región climática de la zona del proyecto es del
tipo R2, corresponde a una zona templada seca y se-
66
L’ esprit Ingénieux
mihúmeda. Este dato es uno de los parámetros básicos para conocer las condiciones que se presentan en
este sector y para ser utilizado con confianza posteriormente en el diseño de la estructura del pavimento.
De acuerdo con las alternativas de diseños de pavimentos flexibles obtenidos basados en los métodos
del Invías y del Instituto del Asfalto, se puede apreciar
mediante el chequeo de sus parámetros de diseño,
que estos cumplen con los requerimientos mínimos
exigidos en cuanto a los valores admisibles de deformaciones actuantes o de servicio. Dentro de los de
los valores admisibles para las deformaciones se tienen: para la capa asfáltica es de 2.5 x10-4 y el valor
de servicio de 1.4 x 10-4, para la subrasante de 4.6 x
10-4 y el valor de servicio de 2.31 x 10-4. El valor de la
deflexión admisible de la estructura es de 0.90 mm y
el de servicio de 0.24 mm. Estos resultados aseguran
la obtención un diseño óptimo, adecuado, útil y económico, conforme a las necesidades buscadas por el
municipio y de beneficio para los usuarios.
El valor total de $ 858.928.072.00 obtenido en el
análisis para el presupuesto de obra dadas las cantidades obtenidas en los diseños geométrico y de pavimentos, permiten deducir que este proyecto representa una opción económica para los intereses
del municipio y su comunidad, con base a los precios
unitarios del año 2010.
Se recomienda, por consideraciones económicas
para el proyecto de la vía variante, adoptar la alternativa dada por el método del Invías con espesores de
capa asfáltica de 7.5 cms, base granular de 15 cms y
subbase granular de 15 cms. Este diseño brinda las exigencias mínimas requeridas para una estructura acorde con los parámetros que influyen en la escogencia
de una alternativa de diseño óptima. Su implementación indica un nivel de confianza aceptable dadas las
experiencias, tanto a nivel local como nacional y conforme a las especificaciones y normatividad exigida
por esta misma entidad.
Se recomienda utilizar las fuentes de producción
para las capas granulares, las canteras ubicadas en
Cucaita (Boyacá) y de Simijaca (Cundinamarca), ya
que por la disponibilidad de los materiales, calidad,
cumplimiento de especificaciones de construcción
y cercanía a la zona del proyecto, permiten brindar
condiciones de economía favorables para la ejecución del mismo. De igual manera, para el material
de mezcla asfáltica se recomienda utilizar la fuente
ubicada en Simijaca, dadas las condiciones de cercanía, economía, cumplimiento de especificaciones y
disponibilidad cerca a la zona del proyecto.
Rediseño Geométrico
XIV. REFERENCIAS
Bravo, P. (1976). Trazado y localización de carreteras. Bogotá: Carvajal S.A.
Higuera, C. (2010). Nociones sobre métodos de
diseño de estructuras de pavimentos de carreteras. Tunja: UPTC publicaciones.
Instituto Nacional de Vías – Invias. (2007). Manual de diseño de pavimentos asfálticos para vías
con bajos volúmenes de tránsito. Bogotá.
Instituto Nacional de Vías – Invias. (1998). Manual
de diseño de pavimentos asfálticos en vías con
medios y altos volúmenes de tránsito. Popayán.
Montejo, A. (1998). Normalización del diseño de
pavimentos flexibles en Colombia. Popayán: Universidad Católica de Colombia.
Fuente Fotográfica: http://emplea.universia.es/informacion/sectores_profesionales/construccion_inmobiliaria/construccion/
Montejo, A. (1998). Ingeniería de pavimentos
para carreteras. Bogotá: Universidad Católica de
Colombia.
Reyes, F. (2005). Diseño racional de pavimentos.
Bogotá: Editorial Ceja.
Sánchez, F. (1983). Manual de laboratorio de pavimentos. Bogotá: Universidad la Gran Colombia.
Sánchez, F. (1985). Pavimentos-Fundamentos
teóricos, guías de diseño. Bogotá: Universidad la
Gran Colombia.
Pavimentos-Materiales para la construcción,
evaluación de pavimentos en servicio, diseño de
obras de mejoramiento. (1985). Bogotá. Tomo II.
Especificaciones generales de construcción de
carreteras. (1998). Bogotá.
Normas de ensayos para materiales de carreteras. (2007). Bogotá.
Nociones sobre diseño de pavimentos para carreteras. Guías de clase. Facultad de Ingeniería
Civil. Universidad Santo Tomás. (2010).Tunja.
Universidad del Cauca. (1985). Programa INPACO-PDC. Popayán.
67
Jaime Yecid Chia Angarita
Ingeniero Civil, Universidad La Gran Colombia, Bogotá
[email protected]
Humberto Ramírez Montejo
Ingeniero Civil, Universidad La Gran Colombia, Bogotá
[email protected]
Secuencia de Construcción
usando ETABS
68
RESUMEN
ABSTRAC
Este artículo es el resumen del proyecto de investigación que permitió estudiar las opciones de diseño de
un edificio. Este se hace normalmente con la estructura
completa, pero realmente se construye piso a piso, situación que genera diferencia entre lo que se construye y lo que se diseña. Por esta razón, se hace el análisis
estructural de un edificio de concreto reforzado de diez
pisos, considerando únicamente el peso propio, comparando los resultados de un análisis tradicional con
un análisis por secuencia de construcción, utilizando el
software de Análisis Tridimensional Extendido de Sistemas de Edificios, ETABS, versión 9.7.0. Los resultados
obtenidos se comparan y se obtienen conclusiones.
When he / she is carried out the structural
calculation of a building this it is made with the
complete structure but floor is really built to
floor, situation that generates difference among
what is built and what is designed, for this reason
the structural analysis of a building of reinforced
concrete often floors is made only considering the
own weight, comparing the results of a traditional analysis with an analysis for construction sequence using the software of Three-dimensional
Extended Analysis of Systems of Buildings, ETABS,
version 9.7.0. The obtained results are compared
and conclusions are obtained.
Palabras clave: Análisis estructural; análisis tridimensional extendido de sistemas de edificios, etabs, versión 9.7; edificios de concreto reforzado; secuencia
de construcción.
Words Key Structural analysis; Three-dimensional extended analysis of systems
of buildings, etabs, version 9.7; buildings of reinforced concrete; construction
sequence.
L’ esprit Ingénieux
Secuencia de Construcción usando ETABS
I. INTRODUCCIÓN
Cuando se realiza el análisis estructural de un
edificio de cualquier número de pisos, se hallan
momentos y cortantes teniendo en cuenta el edificio completo, pero en realidad se construye piso a
piso o zona por zona, dependiendo del tipo de estructura. Utilizando el software Análisis Tridimensional Extendido de Sistemas de Edificios, ETABS,
versión 9.7, se compararon los resultados de un
análisis con secuencia de construcción y un análisis del edificio completo, para ver la diferencia y
apreciar que tan importante es tener en cuenta la
secuencia de construcción.
Ésta aplica para el caso de carga propia y consiste en realizar el análisis de una estructura, de
la misma forma como se va a construir, es decir,
determinar momentos y cortantes en los elementos de la estructura, cuando se construye el primer
piso, luego estos mismos valores cuando se cons-
truye el segundo piso y así sucesivamente hasta el
último de los pisos. La secuencia de construcción es
de gran importancia para edificaciones cuya construcción es por etapas, o que por su complejidad,
el tiempo de obra es muy prolongado. Esta herramienta permite al ingeniero calculista revisar si los
resultados de los análisis estructurales, incluidas
las fuerzas sísmicas son menores a los resultados
obtenidos con el método de secuencia de construcción en determinada etapa.
En la actualidad este método es usado en las
grandes edificaciones que construyen las potencias mundiales. Algunas edificaciones de estas no
solo contemplaron la secuencia de construcción,
si no que contemplaron la ocurrencia de un sismo
durante su construcción, entre estas están: Torre
Dubái Arch de 40 pisos y Torre Burj Dubái de 156
pisos, en los Emiratos Árabes.
Fuente Fotográfica: http://www.promodisseny.com/construccion-y-mantenimiento-industrial/
69
II. METODOLOGÍA
FIGURA 1. VISTA 3D EDIFICO DE 10 PISOS, ELEVACIÓN, Y PLANTA
Fuente: autores.
Se tomó un edificio de 10 pisos, con tres ejes por
cada lado totalmente simétrico, luz entre ejes de columnas de 6,0 m y altura de piso 2,50 m, columnas
de 0,60m*0,40m, vigas de 0,4m*0,3m, losa maciza,
tipo membrana de 15cm de espesor. Las propiedades de los materiales son:
Resistencia a la compresión del concreto
f´c= 210Kg/cm2
Peso por unidad de volumen del concreto
‫=ﻻ‬2,4T/m3
Relación de Poisson del concreto µ=0,2
Módulo de elasticidad del concreto
E=181142,2Kg/cm2
Esfuerzo de fluencia en el acero
fy =4200Kg/cm2
FIGURA 3. COORDENADAS MALLA DE PISO EDIFICIO
Fuente: autores.
70
L’ esprit Ingénieux
La secuencia de construcción es muy importante
en edificaciones cuya construcción es prolongada,
a través del tiempo. También, se puede modelar la
estructura para que suceda el sismo durante la construcción de cualquier piso y diseñar los elementos
estructurales para esta situación.
Usando el software ETABS, versión 9.7.0, se modela la estructura así:
Se genera la malla de trabajo: dos espacios de
6,0 metros en el sentido x y en el sentido y, 10 pisos
de altura con 2,5 metros cada uno.
Se definen las propiedades de los materiales, en
este caso para el concreto reforzado.
Se definen las secciones de vigas, columnas y
losa de entrepiso.
Se agrega el caso de secuencia de construcción.
Se crea un caso de carga para peso propio y se le
solicita al software
FIGURA 2. COORDENADAS MALLA
Fuente: autores.
Secuencia de Construcción usando ETABS
FIGURA 4. PROPIEDADES DEL CONCRETO REFORZADO
Fuente: autores.
FIGURA 5. SECCIONES DE VIGAS
Fuente: autores.
FIGURA 7. SECCIONES DE LOZA
Fuente: autores.
FIGURA 8. CASO DE SECUENCIA DE CONSTRUCCION.
Fuente: autores.
FIGURA 6. SECCIONES DE COLUMNA
Fuente: autores.
Después de cargar los datos del edificio en estudio se corre el software ETABS V.9.7.0 y se extraen
los datos generados para compararlos. En la Tabla I
se observan los valores de momento y cortante para
la columna C1, en todos los pisos para los casos de
secuencia de construcción y caso estático.
Ahora se observan tres escenarios. El primero de
ellos cuando se analiza la estructura completa para
el caso estático tradicional en la columna C1 del primer piso, en el cual se tiene un momento de 0,96Tm. El segundo escenario es cuando se termina de
construir el primer piso, y el valor de momento en
la misma columna es de 2,04T-m. El tercer escenario es cuando se termina de construir el edificio y se
contempló la secuencia de construcción, y el valor
del momento en la columna C1 es 1,714T-m. De lo
anterior, observando la Tabla I el comportamiento
piso a piso tiene la misma tendencia, pero más im-
71
FIGURA 9. MOMENTOS, PISO A PISO, SECUENCIA DE CONSTRUCCIÓN, PRIMER NIVEL.
Fuente: autores.
FIGURA 10. MOMENTOS, PISO A PISO, SECUENCIA DE CONSTRUCCIÓN, SEGUNDO NIVEL.
portante aún es el valor mayor de momento, cuando
está construido el primer piso y la reducción de este
valor a medida que se va construyendo cada piso.
Esto indica que la fuerza axial va estabilizando el sistema; es decir, a mayor carga axial disminuyen los
momentos en las columnas.
Si se comparan los escenarios finales, se observa un incremento aproximado del 80% en el caso de
secuencia de construcción, respecto al caso estático
en todos los pisos, menos en el último piso, donde
los momentos son aproximadamente iguales.
El proceso paso a paso se puede observar de la
figura 9 a la figura 12. Allí están los valores de momento en cada columna a medida que se construye
hasta el cuarto piso.
TABLA I MOMENTOS Y CORTANTES EN COLUMNAS PARA L
OS CASOS ESTÁTICO Y SECUENCIA DE CONSTRUCCIÓN.
COLUMNA
Fuente: autores.
FIGURA 11. MOMENTOS, PISO A PISO, SECUENCIA DE CONSTRUCCIÓN, TERCER NIVEL.
Loc
SECUENCIA DE
CONSTRUCCIÓN
DIFERENCIA ENTRE
MOMENTOS
CASO ESTÁTICO
CORTANTE
(T)
MOMENTO
(T-m)
CORTANTE
(T)
MOMENTO
(T-m)
MOMENTO (T-m)
C1
2,1
1,25
2,172
1,96
2,357
NO APLICA
C1
2,1
1,03
1,786
1,16
0,918
0,87
C1
2,1
1,1
1,868
1,31
1,162
0,71
C1
2,1
1,1
1,869
1,27
1,112
0,76
C1
2,1
1,11
1,874
1,26
1,104
0,77
C1
2,1
1,11
1,87
1,23
1,085
0,79
C1
2,1
1,09
1,86
1,21
1,064
0,80
C1
2,1
1,07
1,841
1,16
1,04
0,80
C1
2,1
1,05
1,813
1,23
1,009
0,80
C1
2,1
1,18
1,714
0,69
0,958
0,76
Fuente: autores.
TABLA II VALORES DE MOMENTO EN LA COLUMNA
VALORES DE MOMENTO EN LA COLUMNA C1 A MEDIDA QUE SE CONSTRUYE CADA PISO
PRIMER
PISO
SEGUNDO
PISO
TERCER
PISO
CUARTO
PISO
QUINTO
PISO
SEXTO
PISO
SEPTIMO
PISO
OCTAVO
PISO
NOVENO
PISO
DECIMO
PISO
MOMENTO MOMENTO MOMENTO MOMENTO MOMENTO MOMENTO MOMENTO MOMENTO MOMENTO MOMENTO
(T-m)
(T-m)
(T-m)
(T-m)
(T-m)
(T-m)
(T-m)
(T-m)
(T-m)
(T-m)
Fuente: autores.
FIGURA 12. MOMENTOS, PISO A PISO, SECUENCIA DE CONSTRUCCIÓN, CUARTO NIVEL.
0
0
0
0
0
0
0
0
0
2,172
0
0
0
0
0
0
0
0
2,17
1,79
0
0
0
0
0
0
0
2,16
1,78
1,87
0
0
0
0
0
0
2,15
1,77
1,86
1,87
0
0
0
0
0
2,14
1,76
1,84
1,85
1,87
0
0
0
0
2,14
1,75
1,83
1,84
1,85
1,87
0
0
0
2,13
1,74
1,81
1,82
1,83
1,85
1,86
0
0
2,12
1,73
1,8
1,8
1,81
1,82
1,83
1,84
0
2,11
1,71
1,78
1,78
1,79
1,79
1,8
1,81
1,81
2,04
1,63
1,7
1,7
1,7
1,7
1,71
1,71
1,71
1,71
Fuente: autores.
Fuente: autores.
72
L’ esprit Ingénieux
Secuencia de Construcción usando ETABS
Fuente Fotográfica: http://emplea.universia.es/informacion/sectores_profesionales/construccion_inmobiliaria/construccion/
III. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
Se recomienda al ingeniero calculista revisar la
secuencia de construcción de todo diseño estructural de edificios y comparar el valor de momento
en las columnas, incluida la fuerza sísmica y demás
efectos particulares, con el valor del momento piso
a piso de la secuencia de construcción, donde este
último debe ser menor para no tener grandes deformaciones o colapso de la estructura.
Así mismo se podrán saber los valores de las
fuerzas internas que actúan en la estructura piso a
piso, también es posible considerar un evento sísmico durante la construcción, situación muy común en
edificios de gran altura, complejidad y costos muy
elevados, donde no se puede dejar este tipo de fenómenos naturales a la suerte.
El uso de los microcomputadores y el poderoso
software de análisis estructural han refinado y disminuido el tiempo del diseño estructural, así como
la posibilidad de evaluar la secuencia de construcción en pocos minutos, proceso que al hacerlo manualmente, mediante un análisis no lineal, tomaría
meses en obtener los mismos resultados.
Los valores de momento obtenidos por secuencia de construcción superan en un 70%, aproximadamente, los valores de un análisis estático tradicional.
Lo que implica la importancia de verificar y comparar estos resultados con los obtenidos en el análisis
estructural, considerando fuerzas sísmicas.
Un análisis por secuencia de construcción es
ideal para edificaciones que se construyan por etapas o de alta complejidad, que requieren de varios
años para su culminación.
Los eventos sísmicos no se pueden predecir, situación que pone en desventaja a los constructores e inversionistas, pero el ingeniero calculista puede simular la ocurrencia de éstos, durante la construcción y
garantizar la respuesta positiva de la edificación ante
este hecho, para así resguardar la vida de los constructores y salva rel patrimonio de los inversores.
Aunque el análisis se hizo para un edificio de diez
pisos, para más o menos pisos ocurre algo semejante.
Sin embargo, se deja a consideración de cada calculista
la evaluación de cada caso en particular.
REFERENCIAS
Computers & Structures, Inc. (2009) Manual de Verificación ETABS y SAP2000.
Wilson, E.L. (2010) Análisis Estático y Dinámico de Estructuras, Berkeley: Universidad
de California.
73
Héctor Mauricio Sánchez Abril
MsC(c) en Ingeniería de Transporte, Universidad
Pedagógica y Tecnológica de Colombia
Docente Investigador Grupo ACI, Facultad de
Ingeniería Civil Universidad Santo Tomás
Seccional Tunja, Colombia
[email protected]
Fuente Fotográfica: http://fondos.wallpaperstock.net/train-wallpapers_
w13386.html
Descripción de la
Infraestructura
Ferroviaria
74
Resumen
ABSTRAC
El presente artículo muestra, en términos generals, las características físicas del corredor férreo
Sogamoso – Tunja, de cuyo conocimiento por parte
de los posibles operadores del proyecto de implementación de un tren de pasajeros promovido por la
Gobernación del departamento de Boyacá, depende
en gran parte la decisión de participar como empresa oferente del servicio de transporte de pasajeros
por ferrocarril. Se describen el área del proyecto, los
equipos rodantes con los que se cuenta, las estaciones con sus propiedades y estado actual, el estado de
la superestructura y sus especificaciones técnicas generales y las características geométricas del trazado.
The present work shows at general level, the
physical characteristics of the railroad Sogamoso Tunja of whose knowledge by part of the possible
operators of the project of implementation of a train of passengers promoted by the Government of
the department of Boyacá, largely depends the decision of participating as company offerer of the service of passengers transport for railroad. They are
described the area of the project, the rolling teams
with those that are counted, the stations with their
properties and current state, the state of the superestructura and their general technical specifications
and the geometric characteristics of the layout.
Palabras Clave: tren, pasajeros, características geométricas y de la infraestructura, equipos rodantes, estaciones, operadores, señalización.
Keywords: train, passengers, characteristic geometric and of the infrastructure, rolling teams, park, operators.
L’ esprit Ingénieux
Infraestructura Ferroviaria
I. INTRODUCCIÓN
b. Concesión
El interés de la Gobernación de Boyacá por implementar una nueva alternativa de movilidad, la llevó
a solicitar la colaboración de la Escuela de Ingeniería
de Transporte y Vías de la Universidad Pedagógica
y Tecnológica de Colombia, para la consecución de
información propia de la demanda y la oferta de un
tren de pasajeros entre Sogamoso y Tunja, además en
su papel de promotora del proyecto, busca mostrar
a los posibles operadores, las características propias
de la demanda en el corredor industrial de Boyacá y
el estado actual de la infraestructura férrea, instalaciones, equipos y elementos complementarios, necesarios para la toma de decisiones por parte de los
posibles operadores, la empresa FENOCO concesionaria del tramo y la Gobernación de Boyacá, promotora
del proyecto.
Actualmente, la concesión está a cargo de la
firma FENOCO que asumió esta responsabilidad
en 1999 por 30 años, se hace cargo de la instalación de tres mil kilómetros de riel continuo de 90
libras por yarda, traviesas en concreto pretensado,
comunicación por fibra óptica, equipos digitales,
control automatizado a lo largo de sus nuevas vías,
para contribuir a cimentar el desarrollo del siglo XXI
mediante el uso del tren, que es vital para el futuro
de Colombia. Todo esto significa interconexión de
progreso: renovación, recuperación, reactivación,
integración, nuevas vías para el manejo en grande
de la carga y la revitalización de los puertos secos y
ciudades intermedias.
C. Localización del proyecto
El proyecto está localizado en la zona denominada corredor industrial de Boyacá y atraviesa por
completo el denominado Valle del Río Chicamocha.
Abarca 12 municipios, entre los que se encuentran
cuatro de los más importantes del departamento
de Boyacá, como lo son Tunja, Paipa, Duitama y
Sogamoso, importantes polos de atracción y generación de movilidad, por sus características estudiantiles, turísticas e industriales.
D. Características de la Región.
La región ha sido tradicionalmente agrícola y pecuaria, por lo que prácticamente no se encuentra
vegetación natural en las áreas aptas para agricultura o ganadería y en la actualidad únicamente se
observan algunas manchas de vegetación secundaria natural en las zonas más escarpadas o más secas.
II. OPERACIÓN ACTUAL
DEL CORREDOR
a. Parámetros del Servicio Actual
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Sistemas de transporte de carga.
Densidad del tráfico: baja.
Velocidad de circulación: baja menos de 60 Km/h
Complejidad de las maniobras: baja sólo cruzamiento de trenes.
Modo de Tracción diesel-eléctrico
Trenes remolcados con formaciones estándar
Topografía del trazado combinación de diferentes pendientes y radios
Empleo de sistema de radiocomunicaciones para
enviar órdenes de movilización, mediante mensajes de voz.
Transporte de carga, densidad de tráfico baja y
velocidad de circulación baja en simple vía.
En algunos de los diferentes valles presentes en
la región, existen pequeñas áreas pantanosas, residuos de los grandes pantanos que fueron desecados con fines ganaderos.
En general, los usos de suelo en la región de influencia del proyecto se presentan así: agricultura,
ganadería, uso industrial, explotaciones mineras y
asentamientos urbanos.
iii. CARACTERÍSTICASGEOMÉTRICAS DEL
TRAZADO FERROVIARIO
A. Condicionantes Generales
del Trazado
El tramo en alguna época fue utilizado para transporte mixto. Actualmente, se encuentra operando
exclusivamente para transporte de carga entre Belencito y Bogotá. Con la puesta en marcha de un tren
75
de pasajeros se cuenta con la ventaja de la fácil acomodación de los equipos tractivos y sus complementos tanto de carga como de pasajeros a la vía existente y a los sitios de maniobra, que para estos servicios
se crearon. El trazado se localiza dentro del corredor
industrial de Boyacá, que comprende los municipios
de Tunja, Tuta, Cómbita, Sotaquirá, Paipa, Duitama,
Sogamoso, Tibasosa y Nobsa. Tomando inicialmente
como puntos de parada las estaciones ubicadas en los
municipios con mayor demanda de pasajeros como
Tunja, Paipa, Duitama y Sogamoso.
Como terminale, la ciudad de Tunja con su estación de pasajeros ubicadas en el kilómetro 181.5,
frente al terminal de transporte, y la estación Sogamoso ubicada en el kilómetro 255. La localización
de las estaciones y terminales en los puntos iniciales
de parada es propicia, ya que la línea penetra en
los núcleos urbanos de estas ciudades. La trocha en
este tramo es considerada mundialmente dentro del
rango de las trochas con una distancia de 0.914m
entre las caras activas de los rieles, en los alineamientos rectos; y de 0.914m hasta 0.919m, en curva.
Dentro de la propuesta se contempla la implantación de un sistema de tracción diesel-eléctrico, ya
que ofrece ventajas económicas en cuanto a consumo de combustible, bajo costo de mantenimiento y
mejor maniobrabilidad.
B. Especificaciones del Trazado
- Pendientes. Las pendientes en el tramo no superan el 1%, situación que garantiza un rango de
rectos y horizontales que hacen aporte al mantenimiento de velocidad de itinerario. (Figura 2).
En la zona urbana de Tunja y Duitama se aprecia
la existencia de curvas y contracurvas con pequeños
radios que influyen en la velocidad máxima que es
Figura 3. Curva con amplio radio de curvatura
posible desarrollar en ellas, en los costos operacionales debido a la resistencia que éstas oponen al
avance de los trenes, y en los costos de mantenimiento de vías y equipos, producto de la permanente deformación de las curvas debido a los esfuerzos
tangenciales y al mayor desgaste de ruedas y rieles.
En zonas interurbanas son notorios los largos
alineamientos rectos y curvas amplias (Figuras 3 y
4) con buena disposición para el desarrollo de velocidades operacionales factibles dentro del rango
las permitidas y seguras para este ancho de trocha,
siempre y cuando las condiciones estructurales de
vía se mejoren con la rehabilitación.
- Peralte. FENOCO, en calidad de concesionario,
consideró que el peralte en algunas curvas debía ser
corregido con el fin de evitar descarrilamientos, volcamientos, desplazamientos de vía, arrancamiento
de las sujeciones, desgaste prematuro del riel exterior de la curva y una incomodidad para el viajero.
Sin embargo, aún se presentan fenómenos derivados del regular estado de las traviesas y la condición
de vía eclisada.
Figura 2. Alineamiento Recto condiciones - Curvas
potencia y peso adherente optimo para mantener la
capacidad de arrastre de las locomotoras sin limitar
el tamaño de los trenes. También se garantiza la capacidad del frenado de los trenes.
- Alineamientos rectos. En este aspecto el tramo
presenta un número significativo de alineamientos
76
L’ esprit Ingénieux
Figura 4. Curva compuesta sentidos contrarios
Infraestructura Ferroviaria
Lo que se busca con el arreglo de los peraltes es
obtener un equilibrio entre el peso P del vehículo
(aplicado en el centro de gravedad) y la fuerza centrífuga Fc, de manera que la fuerza resultante de
ambas, R sea perpendicular al plano de la vía inclinada. La diferencia de altura entre los rieles se denomina peralte (h)
Los rieles que se encuentran tendidos en el tramo
cuentan con una serie de características físicas y químicas establecidas por el fabricante, atendiendo a las
necesidades del modo, en cuanto a dureza superficial
resistencia mecánica, forma, peso y longitud. Se destacan las siguientes: propiedades químicas, los rieles
presentes en el tramo de estudio fueron fabricados siguiendo las características establecidas por la norma
americana AREMA, con contenidos de carbono, manganeso y algunas impurezas de silicio, azufre y fósforo.
Forma del Riel. La forma del riel es Vignole, adoptada en todo el mundo debido que cuenta con una cabeza gruesa para la superficie de rodadura y un patín
plano para apoyarse en las traviesas. Ambas partes están unidas por un alma de pequeño espesor. Este perfil
es el que reúne las condiciones necesarias para su uso
óptimo.
A. Materiales de la Vía
Peso de los Rieles. El peso de los rieles está estrechamente ligado a la carga por eje, a la velocidad de
circulación y a la densidad del tráfico, siendo la carga
por eje el factor más relevante. En el tramo Bogotá- Belencito actualmente existen rieles de bajo peso como
los de 30 y 32 kg/ml, 60 y 75 lb/yd, que nunca han
gozado de las ventajas de durabilidad y disminución de
la resistencia al avance que poseen los rieles con pesos
superiores a 50 kg/ml.
- Rieles. Considerado el elemento más importante de la estructura férrea, el riel debe poseer
una estructura lo suficientemente resistente para
guiar y servir de calzada a los equipos que sobre él
se movilizan.
El tramo Tunja – Sogamoso está compuesto por
rieles de 32 kg/ml, sólo en algunas curvas como la del
K197+000 que está en riel de 75 lb/yd, en el kilómetro
k189+000 sólo el riel superior es de 75 lb/yd y en el
K215+000.
iv. SUPERESTRUCTURA DE LA VÍA FÉRREA
Figura 5. Plano en planta del tramo en planta
77
Los rieles de 30kg/m y 32kg/m son muy esbeltos y,
por ser tan altos, tienen deficiencia por inercia ya que
poseen poco patín. El riel de 75 lb/yd es mejor, por
tener un hongo más grande se desgasta menos en el
tiempo y es más robusto. Todo tramo con perfiles de
riel de 30y 32kg/m, se considera crítico debido a que
estos rieles son muy patinados y presentan DEFORMACIONES TRANSVERSALES lo que resulta incómodo para los pasajeros, debido a la manifestación de
golpes durante un viaje.
B. Algunos Defectos
encontrados en los rieles.
- Longitud de los Rieles. La longitud de los rieles
oscila entre 10 y 12 metros, aunque existen tramos
con longitudes de barra de 60 metros de riel soldados continuos en el K191+000, K192+000, K193+000
y K194+000. Los defectos más usuales en los rieles
encontrados a lo largo del tramo son:
Dilatación. Se presenta en todo el trayecto y su
efecto se contrarresta con la presencia de eclisas
que toleran los alargamientos. (Figura 8).
C. Traviesas
- Generalidades. En la actualidad se pueden encontrar dos tipos de básicos de traviesas: de madera
y de concreto. Dentro de las traviesas de madera encontramos traviesas de madera dura y madera blanda, tratadas y sin tratar, dispuestas como se muestra
en la figura. (Figura 9).
Las traviesas tratadas sólo se encuentran en una
relación de 20 por kilómetro, las demás no tiene
ningún tipo de tratamiento. Actualmente se llevan
a cabo labores de mantenimiento y se están colocando traviesas de madera dura, específicamente
eucalipto sin tratar y con una vida útil no mayor de
Patinado. Es común encontrar rieles patinados
con desgates moderados en zonas como Sotaquirá,
Tuta, Oicatá y Tunja, suman alrededor del 7% del total de vía. (Figura 6).
Figura 9. Traviesa tratada Vs. Traviesa sin tratar
Figura 6. Patinado del Riel
Desgaste ondulatorio. Se presenta muy a menudo debido a los desniveles y es común en el 10% de
la vía. (Figura 7).
Figura 7. Desgaste Ondulatorio
78
L’ esprit Ingénieux
Figura 8. Dilatación de los Rieles
Infraestructura Ferroviaria
Tabla 1. Estaciones en Concesión
Fuente: Informe de Ingenieros Seccionales Regional Central, 2003
Tabla 2. Estado actual de las estaciones
Fuente :Tibasosa En mal estado
Figura 9. Estaciones de Tunja, Paipa, Duitama y Sogamoso
cinco años, teniendo en cuenta que las labores de rehabilitación están próximas. Las traviesas de madera en
el tramo son el elemento más problemático por su estado. Los problemas más relevantes son:
• La mayoría del tramo se encuentra ubicado en zonas susceptibles de inundación y con escasa presencia
de drenajes.
• Los cambios de traviesas hechos en los mantenimientos anteriores se realizaron con maderas sin tratar,
lo que generó un deterioro de su estructura y modificó su capacidad de soporte, fijación y aseguramiento
de la posición del riel en lo referente a cota, separación e inclinación.
V. ESTACIONES
En el corredor férreo Sogamoso-Tunja existen las estaciones mostradas en las tablas 1 y 2, con su descripción y estado actual.
Figura 10. Equipos rodante y tractivo útiles y disponibles para el proyecto
79
VI. EQUIPOS
Dentro de los equipos disponibles sólo son útiles
para el proyecto. Equipo rodante y tractivo.
Los equipos dispuestos para el proyecto fueron adquiridos por la Gobernación de Boyacá, mediante contrato de comodato No. 0312004 con el fondo Nacional de Pasivos de los
Ferrocarriles Nacionales.
VII. CONCLUSIONES Y
RECOMENDACIONES
Actualmente, las velocidades de circulación están por el orden de los 20 a 25KPH para el transporte de carga, pero esta velocidad se ve afectada por
la presencia de puntos críticos de movilización, que
hacen que durante el trayecto se varíen los rangos
de aceleración, que para el transporte de pasajeros
no es recomendable, ya que generan incomodidad
y dudas acerca de los itinerarios de viaje.
La presencia de puntos críticos durante todo el
tramo es en su mayoría provocada por el estado de
la superestructura y los continuos problemas de
estabilidad que presenta. También la plataforma es
considerada como inestable, lo que hace aún más
complejo el problema de estabilidad estructural
de la vía.
La interferencia con los centros de desarrollo urbano son de vital importancia para quienes vayan a
operar el tren de pasajeros, debido a los continuos
problemas que se presentan en estos. Es común ver
que paralelo a la vía se encuentran asentamientos
humanos que nacieron a raíz del auge del tren en su
época dorada; estos asentamientos han dejado de
ser tradición para convertirse en parte de las exigencias sociales, a partir de los derechos que según
ellos, han sido adquiridos.
La presencia de un interminable número de
pasos a nivel en el tramo, ha generado malestar
a los municipios y a la empresa FENOCO, hoy encargada del uso y manejo del tramo BelencitoBogotá; lo realmente importante es que de ese
número, apenas el 20% está registrado como legal, y cuenta con elementos de control y señalización, además de una estructura estable en el
cruce. Los cruces ilegales no cuentan con ningún
tipo de seguridad, así se aumenta el riesgo de
accidentes a lo largo de la vía.
Actualmente en el tramo sólo opera el transporte de carga y la estructura general del ferrocarril
80
L’ esprit Ingénieux
en este tramo está siendo subutilizada, comprobado con el abandono de las líneas secundarias, estaciones, talleres, triángulos de inversión y demás
elementos que hacen parte de ésta. El abandono al
que fueron sometidos dichos elementos, generó el
deterioro de los mismos y por eso se hace necesario
recuperar la totalidad o parte de la vía ferrea, que
incluye la reparación de la línea segunda en Sogamoso, Duitama y Paipa, los triángulos de inversión
de Tunja y Sogamoso, las estaciones, talleres y demás instalaciones que hacen parte del sistema.
En este caso se cuenta con una vía con radios de
curvatura variables que van desde muy pequeños,
en algunas zonas urbanas, hasta muy grandes a lo
largo del trayecto, rieles sujetos con clavos rieleros,
eclisas a lo largo del recorrido y muchas obras de
drenaje como alcantarillas, tajeas y pontones, debido a que el tramo se ubica sobre un valle que es
muy dado a presentar problemas de drenaje.
La rehabilitación plantea una vía con rieles de 90
lb/yd, con traviesas de concreto monoblock, con peraltes mejorados, balasto nuevo con espesores entre
15 y 20 cm., y una perfecta nivelación y ajuste, con la
finalidad de poder desarrollar velocidades que mejoren los tiempos de viaje al doble o más si es posible.
De ser así, el tren de pasajeros sería una opción aún
más competente para viajar por el corredor.
La implementación de rieles de mayor perfil como los son el de 75 y 90 lb/yd, mejores condiciones técnicas para dar continuidad a los rieles
y el mantenimiento de las buenas características
geométricas del tramo, redundaría en un considerable aumento de la velocidad de operación, lo que
beneficiaría al proyecto de movilidad de pasajeros.
Infraestructura Ferroviaria
VIII. REFERENCIAS
SECRETARÍA DE PLANEACIÓN, Gobernación de
Boyacá. Perfiles Provinciales de Boyacá. Tunja:
Talleres Gráficos Ltda., 1997. 354 p.
REDEFE. Recomendaciones para el diseño de infraestructura ferroviaria. Chile, 2003. 300 p.
OFICINA DE PLANEACIÓN MINISTERIO DE
TRANSPORTE, Republica de Colombia. Revista El
transporte en cifras. Bogotá: 2004.
INSTITUTO NACIONAL DE VÍAS. Manual Sobre
dispositivos para la regulación del tránsito en calles y carreteras. Bogotá Colombia, 1998. 821 p.
MINISTERIO DE TRANSPORTE (online). 2002
http://www.mintransporte.gov.co/Ministerio/
Old/DGTFM/Historia
PLANEACIÓN MUNICIPAL TUNJA. Plan Nacional
de desarrollo 2004-2007. Tunja 2004.
PLANEACIÓN MUNICIPAL PAIPA. Plan Nacional
de desarrollo 2004-2007. Paipa 2004.
PLANEACIÓN MUNICIPAL DUITAMA. Plan Nacional de desarrollo 2004-2007. Duitama 2004.
Fuente Fotográfica: http://www.fondos10.net/fondos-de-pantalla-defantasia/ciudad-en-ruinas-wallpapers-12832
PLANEACIÓN MUNICIPAL SOGAMOSO. Plan Nacional de desarrollo 2004-2007. Sogamoso 2004.
Fuente Fotográfica: http://objetivogipuzkoa.diariovasco.com/fotos-Maxi/
tren-vapor-497183.html
Fuente Fotográfica: http://islaazulinversiones.com/index.php?o=photos
81
FELIPE ANDRÉS CRUZ MOJICA
Estudiante de 8º semestre de Ingeniería Civil
USTA – TUNJA
[email protected]
VICTOR MANUEL PEÑARANDA VÉLEZ
Docente de la Facultad de Ingeniería Civil USTA – TUNJA
[email protected]
Fuente Fotográfica: http://csanchezreyes.wordpress.
com/2010/09/27/bangkok-y-alguno-de-sus-alrededores/
Sistemas Hídricos
Un Paso en Dirección al Manejo Eficiente
de los Sistemas Hídricos. Caso de estudio:
Municipio de Samacá (Boyacá).
RESUMEN
ABSTRACT
Al observar la evolución demográfica mundial y
aún más, la del departamento de Boyacá, la disponibilidad hídrica actual ha venido disminuyendo significativamente, debido principalmente a los fenómenos
macroclimáticos persistentes y también por efecto de
la acción antrópica que ha causado los mayores niveles de contaminación en la historia. A través de estos
efectos, se induce en un futuro próximo, condiciones
de escasez del recurso hídrico y por tal razón, los planeadores y gestores ambientales deben establecer los
mecanismos de acción para enfrentar esta problemática. El presente estudio de diagnóstico, desarrollado
sobre el sistema de acueducto del municipio de Samacá, propone un plan de desarrollo sostenible, maximizando los recursos y estableciendo algunas directrices
para la operación efectiva y eficaz de los sistemas de
abastecimiento. Los alcances que se presentarán son
la formulación, el desarrollo y la expectativa sobre un
programa de uso racional del agua.
Observing worldwide demographic evolution,
and even more, in Boyacá state, actual water
stress availability has been decreasing significantly, due principally to macroclimatic phenomena in persistence, and also by anthropic
action, which has been caused highest levels of
contamination in the history. Through of these
effects, induces to a future, in conditions of hydrical water stress availability scarcity, and for
that reason, planners and environmental managers must establish mechanisms of action for this
problem. The present diagnostic, developed in
the municipality of Samacá, proposes a sustainable development plan, maximizing resources, and
establishing some guidelines, for an effective and
efficient operation of supplying water systems.
Scopes to be presented are the design, development and the expectation of a program on rational use of water.
Palabras Clave: uso racional del agua, sistemas de abastecimiento, diagnóstico de acueducto.
Keywords: rational use of water, supplying systems, water supplying system
diagnosis.
82
L’ esprit Ingénieux
Sistemas Hídricos
I. INTRODUCCIÓN
Entre las principales prioridades de las poblaciones está el desarrollo eficiente y eficaz de los
sistemas de abastecimiento de agua, entendiéndose esto último como el adecuado servicio tanto en
cantidad como en calidad. En vista de la importancia de un adecuado sistema de abastecimiento de
agua, grandes esfuerzos se han venido desarrollando desde los entes gubernamentales, aumentando
las inversiones en ampliaciones y mejoramientos
de los sistemas, de tal forma que hoy por hoy se
cuenta con una mayor cobertura y menores indicadores de morbilidad (Tomoyuki, 2005). A pesar
de la evolución mundial en los sistemas de distribución y recolección, el recurso hídrico se enfrenta
a un problema de deterioro, debido a los manejos
deficientes de su oferta (Jiménez, 2003). Hoy se
observa un crecimiento poblacional desbordado
que supera la oferta hídrica, que enlazado con los
potenciales efectos negativos de cambio climático, darán lugar a una época de decadencia social
y de guerras por el agua. Muchas acciones loables
se vienen desarrollando por mejorar los niveles de
vida, subsanar las necesidades básicas, entre otros
aspectos. Aún así, se observa la gran deficiencia
por cobertura de agua potable y saneamiento básico, especialmente, en los países en vía de desarrollo (Jiménez, 2003). Se cree que el problema subyace en las prácticas ancestrales de desarrollo, que
no toman en cuenta la dinámica macroambiental y
la sostenibilidad de los recursos hídricos (ver Línea
de conducción del municipio de Samacá (Boyacá),
la cual se dispone sobre una zona de alta inestabilidad geotécnica, dando lugar a la incidencia de
altas pérdidas técnicas en el momento de falla del
terreno.).
Por otra parte, resulta importante destacar algunos apartes de una nota especial publicada por el
periódico Boyacá 7 Días, el viernes 26 de febrero de
2010, en la cual se expresa que a pesar de la coyuntura en materia de agua, que se desarrolla en Boyacá, más de cien (100) municipios presentan dificultades en la prestación eficiente del servicio, dando
lugar a la posición número uno (01), a nivel departamental, por desabastecimiento. Otra publicación
expuesta el 5 de febrero de 2010, reconoce los efectos de agua en la zona rural del municipio de Tunja,
en donde 13 veredas sufren de racionamiento, perjudicando a cerca de ocho mil (8.000) personas en
El Porvenir, Chorro Blanco, Pirgua, La Colorada, Tras
del Alto y La Esperanza. Bajo estos antecedentes,
es clara la necesidad de mejorar los procedimientos en la concepción de los sistemas de abastecimiento, aún más, en la interiorización de las políticas públicas hacia una consciencia de uso racional
del recurso hídrico.
Figura 1. Línea de conducción del municipio de Samacá (Boyacá), la cual se dispone
sobre una zona de alta inestabilidad geotécnica, dando lugar a la incidencia de altas
pérdidas técnicas en el momento de falla del terreno.
Ante la problemática anterior, resultan diversos
interrogantes sobre cómo aprovechar los recursos
disponibles (cada día más escasos), cuáles deben
ser las estrategias para la concepción de la infraestructura física de los proyectos de abastecimiento y
cómo orientar a los usuarios hacia la racionalización
del recurso hídrico. A primera vista las respuestas
abundan, sin embargo, la materialización de las posibles respuestas es aún una utopía.
En primera instancia, este artículo, discute los elementos que componen una propuesta para el manejo
eficiente del recurso agua, la cual está basada en una
moderada revisión bibliográfica y en el análisis de un
caso de estudio. La investigación aún no está finalizada, sin embargo, guarda la intención de proveer al lector interesado, una composición conceptual sobre el
manejo eficiente del recurso agua y una visión sobre
las dificultades encontradas para entender los problemas de desabastecimiento en la región Boyacense.
II. USO RACIONAL
DEL AGUA
Una de las razones agravantes de la situación ambiental relacionada con el abastecimiento de agua
de la población, es la distribución desigual y vertiginosa de la población sobre un área de asentamiento, como también al desarrollo económico desigual
de las ciudades. Tales circunstancias contribuyen de
forma determinante a la disminución de la disponibilidad del agua. En vista de lo anterior, los entes gubernamentales han promovido programas de con-
83
servación del agua, ejemplo de ello se observa en la
Ley 373 de 1997, en donde se establece el Programa
de Uso Eficiente del Agua Potable. Bajo esta ley se
propone que todos los municipios colombianos deben incorporar obligatoriamente, en los sistemas de
prestación de servicio de agua potable, un programa
de ahorro del agua y uso eficiente del mismo, el cual
deberá estar basado en el diagnóstico de la oferta
hídrica de las fuentes de abastecimiento y la demanda de agua, así mismo, deberá contener las metas
anuales de reducción de pérdidas, las campañas
educativas a la comunidad, la utilización de aguas
superficiales, lluvias y subterráneas, entre otros aspectos. En apoyo a la Ley 373 de 1997, el Ministerio
del Medio Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial (MINAMBIENTE) y la Comisión de Regulación de
Agua Potable y Saneamiento Básico (CRA), expide
el pasado 25 de febrero de 2010, la resolución CRA
493 de 2010, en la que se adoptan las medidas para
promover el uso eficiente y ahorro del agua potable
y desincentivar su consumo excesivo.
La resolución 493 de 2010, ha dado lugar a un
aumento en las tarifas del servicio de agua potable
y alcantarillado, castigando en primera instancia a
aquellos consumidores que sobrepasen el consumo
máximo fijado. Así mismo, trata aspectos tan importantes como la orientación en los programas de ahorro del agua en sectores que se han visto afectados
por los efectos del cambio climático. En esto último,
centra una especial atención en la destinación de los
recursos económicos para las zonas afectadas por el
cambio climático (i.e. zonas que describen un decrecimiento de los niveles pluviométricos), concediendo a
éstas, un mayor capital de inversión para protección,
reforestación, y conservación de las cuencas hidrográficas abastecedoras de acueductos municipales, como
también para incentivar programas de uso eficiente y
ahorro del agua.
La aplicación de la resolución CRA 493 de 2010,
aún está en desarrollo y se espera que los efectos
consecuentes traigan buenos resultados. No obstante, otra causa importante de las condiciones sanitarias desfavorables, se asocia con el bajo nivel de ingeniería de las instalaciones para el el suministro de
agua del territorio colombiano (ver descripción de
un punto hidráulico en el sistema de abastecimiento
del municipio de Samacá, en el cual se observa el
desperdicio y desuso eficiente del agua). No basta
con considerar el racionamiento del recurso agua a
los usuarios dentro de un programa de uso y ahorro
eficiente del agua, sino también en el desarrollo de
programas de reducción de pérdidas, de rehabilitación de redes, reducción de consumos de energía, el
aprovechamiento del agua lluvia y en establecer los
instrumentos para una gestión sostenible que contribuya a la preservación de la humanidad.
84
L’ esprit Ingénieux
Cabe anotar que las sequias que se han presentado por el calentamiento global en Colombia, han
afectado de forma ineludible al pueblo colombiano,
causando racionamientos y suspensiones en el surtido eléctrico, como se ha visto en tiempos anteriores
(e.g., en los años de 1976 y 1977 (Mesa et at., 1997)).
Los niveles de los embalses siguen disminuyendo
considerablemente, generando restricciones en el
uso libre del recurso energético disponible y elevando las tarifas en el cobro de estos servicios públicos.
Por lo anterior, es claro que el cambio necesario
de cultura referente al manejo del agua, las normativas legales y los nuevos estatutos de uso del recurso
hídrico, el entendimiento de los patrones climáticos
y el uso de nuevas tecnologías, deben ser acompañadas de una metodología clara para la implementación de nuevas estrategias holísticas que complementen un programa de uso eficiente y ahorrativo
del agua; con un fin que parte desde la preservación
natural de las especies (e.g. flora y fauna) hasta la
subsistencia misma del hombre.
A pesar de los problemas que son causados por
la disminución del recurso hídrico (i.e., desabastecimiento de agua potable, racionamientos de energía,
entre otros), el uso racional del agua se extiende
desde una consciencia por el aprovechamiento eficiente hasta la conservación del mismo; esto último,
Figura 2. Descripción de un punto hidráulico en el sistema de abastecimiento del municipio de Samacá, en el cual se observa el desperdicio y desuso eficiente del agua.
entendido por el efecto que es causado por la acción
antrópica cuando deposita residuos en las fuentes
hídricas y por el consumo excesivo del agua que reside en los manantiales (Tomoyuki, 2005). Un artículo
publicado en Bakanika en septiembre de 2009, expresa: “Muy pronto el oro azul será más valioso que
Sistemas Hídricos
el oro negro; muy pronto será el oro azul el culpable
del derramamiento de sangre en el planeta. Porque
el oro negro era sinónimo de riqueza, pero el oro azul
será sinónimo de supervivencia y en esa medida, de
tremendo poder”. De no existir pronto un cambio de
consciencia por parte de todos nosotros en dirección
al aprovechamiento del recurso agua, la naturaleza
violenta del hombre por la subsistencia y la supremacía será lo que quedará durante los prolongados
periodos de estiaje.
A. ¿QUÉ SE PUEDE HACER?
Brasil, uno de los países más enfocados en América
latina frente al consumo, cuidado y racionalización del
uso del agua, ha generado métodos muy interesantes
de ahorro y concientización ciudadana, posee un proyecto bandera llamado “Programa Nacional de Combate Contra el Desperdicio del Agua”, que se enfocó en
promover el uso racional del agua, en beneficio de la
salud pública, el saneamiento ambiental y la eficiencia
de los servicios, proporcionando la mejor productividad de activos existentes, y consiguiente postergación
de inversión para expansión de sistema de saneamiento. Compañías de relevancia trascendental para
este país, pertenecientes al sector industrial, ya han
adoptado diversas medidas de control, difundiendo la
concientización sobre la conservación de los recursos
naturales y el uso racional y correcto del agua sobre
la población brasilera (Tomoyuki, 2005). La región metropolitana de Sao Paulo, que es la cuarta mayor concentración urbana del planeta, apenas superada por
Tokio, Nueva York y Bombay, solamente contiene una
disponibilidad de 201 m³/Hab/año, para usos directos e indirectos, cuando la Organización de Naciones
Unidas (ONU), indica un consumo de 2000 m³/Hab/
año. Preocupados por estas cifras, la Compañía de
Saneamiento Básico del Estado de Sao Paulo, adoptó
una política de incentivos al uso racional del agua, que
exigía marchas culturales para la concientización de la
población en cuanto al desperdicio del agua, reconocida oficialmente en Río de Janeiro en 1996. Así, se creó
entonces, un programa de racionalización de agua
potable, que era un programa para combatir los desperdicio de agua, debido a los procesos acumulativos
por usos predatorios del agua, tales como: la intensificación de usos individuales y excesivos, mal uso del
agua, desperdicio de sistemas públicos y pérdidas del
sistema hidráulico de la red de distribución del acueducto. Este programa fue desarrollado conjuntamente a través del convenio con la Escuela Politécnica de la
Universidad de Sao Paulo, el Instituto de Investigación
Tecnológica y con la Asociación Brasilera de Fabricantes de Equipos Hidráulicos para Saneamiento, donde
su enfoque principal fue el de desenvolver y desarrollar una base tecnológica para reducción de consumo
de agua en diversas categorías de uso por tipología de
edificios (Tomoyuki, 2005).
Para combatir el desperdicio y promover la concientización de los recursos naturales en cuanto a
cuidado de los mismos, se desarrolló un gran programa de campañas educativas, haciendo uso de
marchas culturales, empleando los medios de comunicación masiva, así como también, se desarrolló un proyecto específico para la red de educación
escolar de primer grado de básica primaria para
todo el estado de Sao Paulo. Las acciones futuras
prevén estudios en cuanto a proponer desarrollos
en proyectos de regulación y legislación para instalaciones hidráulicas, mejorando la distribución y
racionalizando la misma, para optimizar el consumo y generar ahorros significativos en torno a estos ambientes.
Colombia no se ha quedado atrás en términos de programas de uso racional y eficiente del
agua. La Empresa de Acueducto y Alcantarillado
de Bogotá definió un programa de control de pérdidas para alcanzar un valor del Índice de Agua
No Contabilizada (IANC) igual al 30% en el mediano plazo, el cual se conformó por un conjunto de
obras físicas de reducción de pérdidas operativas y comerciales, y la generación de herramientas que les permitiera controlar la efectividad de
la inversión y el aseguramiento de la sostenibilidad en el tiempo (Jiménez, 2003). Algunos de los
alcances obtenidos ha sido la incorporación real
de usuarios, la asignación de códigos de sectorización a nuevos usuarios, el desarrollo de un
programa de control de pérdidas en tanques, la
investigación y detección de fugas no visibles y
la implementación de una metodología del IANC
por zonas. Otros lugares en Colombia también
han mostrado su interés por mejorar la prestación del servicio de agua potable y saneamiento
básico, sin embargo, el proceso ha sido muy lento y no actúa con la misma celeridad con que se
está degradando el recurso hídrico. Mayores esfuerzos deberán ser conducidos en los próximos
años en relación con esta temática.
B. ¿CÓMO LO PUEDO HACER?
Con el desarrollo de los programas de uso racional de agua, resultado de la asociación entre
Escuela Politécnica de la Universidad de Sao Paulo
y el Instituto de Investigación Tecnológica, se produjo una metodología básica con algunas intervenciones, de acuerdo con las actividades de uso
del agua y la tipología de las edificaciones. La metodología parte de la caracterización de las instalaciones hidráulicas; esto se refiere a: la identificación de los puntos de consumo (i.e., baños,
cocinas, lavanderías, etc), la identificación de los
componentes (i.e., cisternas (con caja acoplada o
válvula), grifos (de fregadero o lavabo), orinales
(colectivos o individuales), duchas (eléctricas, a
85
gas o simples), bebederos, filtros), la verificación
de las condiciones de funcionamiento de los componentes (i.e., fugas en grifos, duchas, bebederos,
filtros, en las cajas de inspección), la observación
de los puntos de infiltración en paredes, techos y
pisos (i.e., indagar a los usuarios sobre eventuales puntos de fugas) y la verificación de fugas (i.e.,
detección de fugas en tuberías incrustadas, en tuberías externas, en tanques de almacenamiento y
en cajas de inspección).
Posteriormente a la caracterización general de
los componentes hidráulicos, es necesario definir
claramente los sectores hidráulicos de acuerdo
con el uso del agua. Estos estudios se podrán desarrollar mediante observaciones directas, entrevistas con los usuarios y el monitoreo continuo de
sectores aislados (i.e. esto sugiere la instalación
24 horas de traductores de presión en grifos y
tuberías, monitorear los consumos diariamente
mediante lecturas manuales o telemétricas, y la
revisión de las redes internas y externas). Entendiendo el funcionamiento del sistema hidráulico
y las cuantías de los consumos, se deben estudiar
las alternativas tecnológicas que deberán implementarse para la reducción de pérdidas, ponderando aspectos costo – beneficio. Ya establecida
la alternativa, se deberán realizar las obras civiles
para la instalación de la tecnología seleccionada,
teniendo en consideración que deberá efectuarse
un monitoreo periódico de las obras realizadas.
Los programas de uso racional del agua podrían
sugerir otras acciones alternativas, diferentes a
las ya mencionadas, para la reducción de consumos; algunas de ellas son indicadas en las Acciones alternativas para la reducción de consumo de
agua (Tomoyuki, 2005).
III. CASO DE ESTUDIO
A. LOCALIZACIÓN DE LA ZONA DE ESTUDIO
El municipio de Samacá (ver identificación del casco urbano del municipio de Samacá y algunos componentes geográficos.) tiene una extensión de 170 Km2,
pertenece a la provincia centro del departamento de
Boyacá. Dista 32 Km de Tunja y 159 Km de Bogotá.
Geográficamente está situada a los 5°29’ Latitud Norte y 73°30’ Longitud Oeste del meridiano de Greenwich. Fuera de la zona centro, el municipio se compone por las siguientes veredas: Tibaquirá, Guantoque,
Páramo Centro, Gacal, Quite, Pataguy, Salamanca,
Chorrera, Loma Redonda, Ruchical y Churuvita. La
temperatura presente en el municipio de Samacá
fluctúa de 12,4 ºC (temperatura mínima mensual) a
15.9 ºC (temperatura máxima mensual).
El municipio de Samacá se localiza en la cordillera
oriental, la cual es predominantemente sedimenta-
86
L’ esprit Ingénieux
ria y la secuencia geológica que constituye el municipio hace parte del Sinclinal de Checua – Lenguazaque. La principal estructura regional en la zona está
constituida por rocas en edades que van desde el
Cretáceo Superior hasta el Cuaternario. Las rocas
aflorantes de tipo sedimentario, están dispuestas
en franjas más o menos paralelas con una dirección
predominante SW – NE. La zona que conforma el
municipio es estructuralmente muy compleja, se
destacan varios plegamientos y fallamientos de
continuidad regional y otros menores que afectan
localmente la secuencia sedimentaria.
Según las cifras presentadas por el DANE para el
censo de 2005, el municipio de Samacá cuenta con
una población total de 17.352 habitantes, localizados en el área urbana: 4.809 habitantes (27.7%) y
en el sector rural: 12.543 habitantes (72.3%). La población actualmente está conformada por un total
de 8.812 hombres (50.7%) y 8.540 mujeres (49.3%).
Dada la estructura poblacional del municipio se espera que la mayoría de adultos (52.83%) puedan
sostener a los grupos de primera infancia (14.23 %),
segunda infancia (12.44 %), adolescencia (15.77%) y
tercera edad (4.93%).
Por otra parte, las cifras expuestas por el DANE
para censo efectuado en el año de 2005 en Samacá, existen 3.995 hogares, 1.205 en el sector urbano
y 2.790 en el sector rural. 872 hogares del sector
urbano no presentan déficit en el sector vivienda,
pero 333 hogares sí lo presentan. En el sector rural 1.155 no presentan déficit de vivienda, pero los
1.635 hogares restantes sí lo presentan. La estratificación de la vivienda se describe en proporción,
de la siguiente forma: Estrato I: 73.8%; Estrato II:
14.1%; Estrato III: 7.58%; Estrato IV: 2.1%; Estrato V:
1.34% y Estrato VI: 0.8%.
B. DESCRIPCIÓN GENERAL DEL SISTEMA DE ABASTECIMIENTO EXISTENTE
Fuente de abastecimiento: El municipio de Samacá cuenta con cuatro captaciones para abastecer
la población, las primeras dos localizadas sobre el
Sistemas Hídricos
río Teatinos, la tercera fuente aprovecha las aguas
de un reservorio natural localizado en la margen izquierda del río Teatinos y la cuarta fuente resulta del
aprovechamiento de un pozo profundo que se localiza sobre la cabecera municipal, al margen derecho
del canal San José
Desarenador: La fuente que se localiza sobre el río
Teatinos (en Cortaderal), cuenta con un desarenador
convencional, construido con el propósito de sedimentar partículas en suspensión por la acción de la
gravedad; construido en concreto, enterrado y cubierto con poli-sombra para evitar la mezcla con hojas de los árboles cercanos o cualquier otro tipo de
material o sedimento. Adyacente a la segunda fuente sobre el río Teatinos se encuentra el desarenado
denominado “principal”, cuyas dimensiones son de
10.50 m de largo y 2.70 m de ancho (ver Identificación de componentes y/o unidades del sistema de
distribución del municipio de Samacá).
Línea de aducción: La línea de aducción está integrada por una doble conducción (en manguera), para la
primera fuente (en Cortaderal), cada línea construida
en tubería de diámetro de 4 pulgadas y conforma una
longitud de 1038.80 m de distancia medida hasta el
desarenador principal. La conducción de la segunda
captación es construida en tubería de asbesto cemento de 10 pulgadas diámetro y conforma una longitud de 39.55 m. La conducción de la tercera captación es construida en tubería PVC de 6 pulgadas de
diámetro y conforma una longitud de 46 Km.
Saliendo del desarenador principal, el agua es
conducida a través de una tubería de asbesto ce-
a) Desarenador principal
b) Conducción
c) Cámara de quiebre
d) PTAP
87
con escalera y tapa de acceso al tanque para poder
hacer operaciones de mantenimiento. Cuenta con
dos tubos en hierro galvanizado (HG) de 3 pulgadas
de diámetros para la ventilación del tanque y con
dos válvulas de control.
Figura 5. Definición de sectores hidráulicos sobre el casco urbano del municipio de Samacá.
mento de 10 pulgadas de diámetro. En los primeros
metros la tubería se encuentra destapada (Línea de
conducción del municipio de Samacá (Boyacá), la cual
se dispone sobre una zona de alta inestabilidad geotécnica, dando lugar a la incidencia de altas pérdidas
técnicas en el momento de falla del terreno.), sin algún tipo de protección, conformando una longitud de
949 m, con la presencia de una sola ventosa. En este
punto, la línea de conducción se divide en dos tuberías de 8 y 6 pulgadas de diámetro. Las dos redes son
paralelas aproximadamente, y tienen una longitud de
3925 m.
Planta de tratamiento de agua potable (PTAP): El
municipio de Samacá cuenta con un sistema de tratamiento de dos plantas compactas (Identificación
de componentes y/o unidades del sistema de distribución del municipio de Samacá.d). La primera que
entró en funcionamiento fue construida en el año
1999, de propiedad de la empresa ACUATÉCNICA
Ltda. La segunda unidad fue implementada en el
año 2005 por la empresa IDEAGUAS de Colombia.
La planta de tratamiento compacto Nº 1 (Sistema
Unipack), se ubica dentro de un contenedor de sección circular de diámetro 4.80 m y altura de 5.50 m,
cuenta con una unidad externa de 2 m de diámetro,
incluye los procesos de aforo, adición de químicos,
mezcla, floculación, sedimentación, filtración y esterilización. La planta de tratamiento compacto Nº 2,
cumple con las funciones de aireación, coagulación,
floculación, sedimentación, filtración rápida y desinfección del agua.
Sistema de almacenamiento: El municipio cuenta
con dos tanques principales semi-enterrados con
una capacidad de 645 m3 y 566 m3, la placa de fondo de los tanques es en concreto reforzado, los muros son de 0,25 m de espesor en concreto, cuenta
88
L’ esprit Ingénieux
Red de Distribución: La red de distribución del acueducto urbano es una red heterogénea en diámetros;
la cual fue construida en tubería de PVC de 6, 4, 3,
2.5, 2, 1.5, 1 y ¾ de pulgada de diámetro. El sistema
cuenta con 37 válvulas para su control y sectorización
(ver Definición de sectores hidráulicos sobre el casco
urbano del municipio de Samacá), sin embargo, existe
una errada disposición de las mismas. Tal situación ha
ocasionado que durante las reparaciones y mantenimientos en la red, se realicen cortes de agua en grandes sectores del casco urbano.
C. CONSUMOS ACTUALES DE AGUA
De acuerdo con los registros de la macromedicion, en el periodo normal del servicio los consumos
van desde los 1800 a los 2200 m3/día. Durante el
verano el consumo disminuye a un valor medio observado de 1600 m3/día. Es importante destacar
que el servicio no es permanente, tal información
fue obtenida del fontanero y los usuarios. El servicio
de abastecimiento en tiempo seco es de más o menos de 6 horas al día (desde las 5:00 a.m a las 11:00
a.m) Durante los periodos normales de operación el
servicio es de 24 horas.
D. DIAGNÓSTICO GENERAL DEL SISTEMA
DE ABASTECIMIENTO
En términos de cobertura, el servicio de acueducto
cuenta con 1254 usuarios en la zona urbana, lo que corresponde aproximadamente a un 100% de cobertura
del servicio de agua potable. Como anteriormente se
indicó, el consumo medio varía en el rango entre los
Sistemas Hídricos
1800 a 2200 m3/día (en verano 1600 m3/día). La continuidad no es regular, por efecto del agotamiento de
agua en las fuentes de abastecimiento. Esta situación
ha conducido a la intermitencia del servicio durante los
periodos de estiaje.
Según las apreciaciones de los usuarios, en épocas
de invierno, la calidad del agua es afectada por alta
turbiedad y la presencia de un color café, situación
que no genera satisfacción por parte del usuario. Así
mismo, durante las épocas de invierno, es necesario
hacer mantenimiento continuo a los filtros, en razón a
las altas tasas de sedimentos que se depositan en ellos.
Finalmente, es de destacar que las pérdidas técnicas
que son estimadas por la oficina de SERVITEATINOS,
alcanza un valor de 30%.
E. PROPUESTA INICIAL DE
IMPLEMENTACIÓN DE UN PLAN DE USO RACIONAL
DEL AGUA EN EL MUNICIPIO DE SAMACÁ.
Teniendo en cuenta los parámetros empleados para
el análisis del caso de estudio y al haber observado los
factores que influyen en los problemas de eficiencia del
sistema de abastecimiento, se sugiere, por parte de los
autores, implementar un plan de uso racional del agua,
que tenga en consideración los siguientes aspectos:
• Adecuación y diagnóstico final del sistema de acueducto existente, revisando los datos técnicos proporcionados por las entidades encargadas del manejo
del sistema de abastecimiento.
• Medición de caudales en los tramos de conducción y
verificación del estado de los accesorios, identificando las posibles fuentes de pérdidas por fugas y de
conexiones erradas.
• Propender por la desconexión de acometidas ilegales
existentes a la fecha y vinculación al sistema tarifario
de la empresa de servicios públicos.
• Dado que las fugas representan un importante factor
agravante de las pérdidas debido a su naturaleza y a
su gran participación porcentual en las mismas. Se
debe generar un programa de control de fugas, donde se presenten los procedimientos, metodologías
e indicadores de gestión de la empresa de abastecimiento de agua. Proponiendo metas factibles que
busquen reducir en un tiempo mínimo el afloramiento de fugas. Esto deberá estar anidado a un programa
de sistematización y control automático del sistema
de acueducto.
• Establecer un proyecto de mejora de las acometidas
domiciliarias. Este proyecto está destinado a desarrollar un sistema racional de diseño, dimensionamiento,
patronización, construcción, fiscalización, recepción
y control de calidad de las conexiones domiciliarias.
Debido al hecho de que la gran mayoría de las fugas
del sistema de distribución ocurre en las conexiones
domiciliarias, este proyecto debe ser desarrollado
con marcada prioridad.
• Establecer un proyecto de operación del sistema de
abastecimiento de agua. Dado que la operación eficiente y eficaz de un sistema de abastecimiento de
agua depende del conocimiento que el personal de
operación tiene sobre las variables que intervienen
en la regularidad, confiabilidad y cantidad de agua suministrada a la población, es importante mejorar las
técnicas de operación y vincularlas a las nuevas tecnologías para uso racional del agua. Por otra parte, el
planeamiento de operación consiste en la definición
de criterios de operación ante determinadas configuraciones esperadas del sistema de abastecimiento
de agua. Estos criterios son definidos con base en el
análisis de los reflejos de determinadas acciones de
operación, en la configuración hidráulica del sistema
de abastecimiento de agua y en función a estudios de
casos simulados de operación. Es usual la utilización
de modelos matemáticos para ese fin.
• Proponer un programa de educación del agua a los
habitantes de las áreas rural y urbana, para enseñarles los procedimientos de conservación del agua
y de un adecuado uso de la misma. Es necesario
hacer una concientización, empleando material
didáctico y dinámico, que permita sensibilizar a la
población de forma trascendental, a cerca las consecuencias que acarrea el mal uso y el deterioro del
recurso hídrico.
• Establecer un proyecto de mantenimiento y rehabilitación de unidades operacionales. Este proyecto
tiene por objetivo implementar una metodología racional y ordenada para la realización de acciones, que
conduzcan a la recuperación de determinadas partes
del sistema de abastecimiento de agua, teniendo en
cuenta problemas de obsolescencia por el mal estado de conservación o por deficiencia del diseño,
construcción, calidad de materiales y operaciones
inadecuadas.
• Se deben crear campañas continuas sobre el cuidado
del recurso hídrico, así como también el cuidado del
espacio físico circundante, bien sean lotes dentro del
casco urbano de la cuidad o fuera de ella, que visto
anteriormente es el punto más álgido por atacar en
este plan de mejoramiento del uso del agua.
• Establecer un proyecto de revisión de criterios de diseño y construcción. Los sistemas de distribución en
su concepción, diseño y construcción deben contemplar facilidades para la realización de programas de
control de fugas, mediciones de consumos, operación de la red y mantenimiento de tuberías y acce-
89
sorios. El proyecto de revisión de criterios de diseño
y construcción, propone introducir alteraciones en
procedimientos clásicos para minimizar los costos
globales de implantación y control de sistemas de
distribución.
IV. CONCLUSIONES
Como anteriormente se mencionó, la investigación está en su fase inicial, por lo cual sólo el reconocimiento del sistema de abastecimiento ha dado lugar
a la identificación de problemas y requerimientos para
establecer un programa completo de uso racional del
agua. Por lo anterior, se observa que el municipio de
Samacá cuenta un sistema de distribución adecuado,
pese a los problemas particulares que se han denotado en las inspecciones de campo. No obstante, pueden
establecerse algunos planes de control que mejoren
el funcionamiento total del sistema, los cuales estarán vinculados a diversas propuestas de control que
propenden por el uso racional y eficiente del agua. Se
espera que durante el desarrollo de la investigación se
logre obtener una metodología funcional y compatible
con el estado socioeconómico del municipio.
V. REFERENCIAS
1. Á. G. Sótelo. Hidráulica general, Vol. I, Fundamentos, México Limusa, 1977.
2. R. H. Corcho. Acueductos, teoría y diseño. Universidad de Medellín. 1993.
3. L. H. Arturo. Diseño Básico de Acueductos y
Alcantarillados. Universidad Nacional. Bogotá. 1977.
4. R. A. López. Elementos de diseño para acueductos y alcantarillados. 2da edición. Escuela
Colombiana de Ingeniería. Bogotá. 2003.
5. M. Jiménez. La sectorización hidráulica como
estrategia de control de pérdidas en sistemas
de acueducto. Sociedad Colombiana de Ingenieros. Bogotá. 2003.
6. M. Tomoyuki. Abastecimento de agua. Escuela
Politécnica de la Universidad de Sao Paulo. S.
P. 2005.
7. O. Mesa, G. Poveda y L. F. Carvajal. Introducción al clima de Colombia. Universidad Nacional de Colombia. Sede Medellín. Facultad de
Minas. Medellín. 1997.
8. MINISTERIO DE DESARROLLO ECONÓMICO.
Reglamento técnico del sector agua potable
y saneamiento básico – RAS-2000. Dirección
General de Saneamiento y Agua Potable. Bogotá D.C
9. MINISTERIO DE AMBIENTE. Ley 373 de 1997,
programa para el uso eficiente y ahorro del
agua. Bogotá D.C. 6 de junio de 1997.
10. BOYACA 7 DIAS. Artículos publicado el 5 de
febrero de 2010 y viernes 26 de febrero de
2010.
11. BAKANIKA. Revista, publicación de septiembre de 2009.
90
L’ esprit Ingénieux
Residuos Sólidos
SARA C. RODRÍGUEZ. R.
Estudiante de Ingeniería Civil, Universidad Santo Tomás,
Seccional Tunja.
[email protected]
Residuos Sólidos
En Colombia:
Su manejo es un compromiso de todos
RESUMEN
ABSTRACT
El hombre a través de la historia ha sido un agente activo transformador de su medio, los residuos sólidos son desechos, desperdicios o sobrantes de las
actividades humanas. El presente artículo tiene por
objeto realizar un análisis crítico respecto del manejo adecuado de estos, su influencia negativa sobre el
medio ambiente, las causas del deterioro del mismo,
las estrategias para minimizarlo y las posibles soluciones al problema de la falta de compromiso ciudadano en el mantenimiento y conservación del medio
ambiente.
The human being thought the history has been
an active agent of his medium, the solid waste are
waste and surplus of the human activities.
Se parte del hecho de que en los últimos años
en el mundo el hombre en su afán de industrialización ha incrementado significativamente la
producción de residuos sólidos. Además, la falta
de conciencia sobre esta problemática ha anulado
la posibilidad de que se consolide una verdadera
cultura de conservación del medio y manejo adecuado de estos residuos.
It´s began from the fact that in the last years in
the world, the human being in his rush of industrialization has made a significantly increase in the
production of solid waste. Although the missing of
conscience over this problematic has nullified the
possibility of consolidation a true environment conservation culture, and the right management about
this waste.
Es así como el hombre como agente activo ha influido significativamente en el medio para mejorar
su calidad de vida pero también, su afán de industrialización lo ha cegado, pués no ve que la pérdida
de esencia de la persona y el cambio de ésta por las
máquinas, lo está llevando paulatinamente a la autodestrucción.
This is how the human being as active agent has
influenced significantly in the environment to improve his life quality, but also his rush of industrialization has been blinded him, because he doesn´t
hat the lost of the human essence and the rush of
change this by machines is taking him gradually to
the self destruction.
Palabras Claves: Medio ambiente, residuos sólidos, industrialización, gestión
ambiental, gestión pública y desarrollo.
Key words: Environment, solid waste, industrialization, environmental
management, public management, development.
The present article aims to make a critical analysis about the best way of treat this, it´s negative
influence of the environment, The types of deterioration in itself, the strategies for minimize this and
the possible solutions to the lost civil compromise
problem in the maintenance and the environment
conservation.
91
I. INTRODUCCIÓN
Actualmente la protección del medio ambiente se ha convertido no sólo en un derecho y un
deber, sino también en una obligación del Estado
y de los ciudadanos a fin de propender por la conservación del mundo. El manejo adecuado de los
residuos sólidos por parte de las personas es un
buen comienzo en el camino hacia el progreso. No
obstante esta situación, la falta de conciencia respecto de la ausencia de políticas públicas para el
manejo de estos residuos y la falta de gestión ambiental en el tema, aumentan la contaminación en
el planeta y aceleran su autodestrucción.
En los últimos años se ha cuadriplicado la producción de residuos sólidos en los hogares. La producción de desechos es inversamente proporcional
al del desarrollo del país. El hombre a través del
tiempo ha sido un agente transformador de su entorno, la actual problemática respecto del manejo
de los residuos sólidos genera contaminación ambiental y tiene su origen en la necesidad que creó la
persona de industrializar el mundo. Las actividades
humanas han tenido un impacto negativo dentro del
planeta dejando como resultado problemas medio
ambientales como la contaminación.
Raquel Gutiérrez Nájera sostiene que los problemas ambientales son tan antiguos como el
hombre mismo, la magnitud en la que se presentan en nuestros tiempos es distinta. La actual problemática ambiental por la que atraviesa nuestro
planeta se deriva de una serie de perturbaciones
que son resultado de las actividades humanas desde tiempos muy tempranos que datan de la época
de Platón. Sin embargo, es hasta los años sesenta
cuando la preocupación por el medio ambiente se
acrecienta, sobre todo en los países altamente industrializados de Europa y Norteamérica, debido a
la acumulación de desechos producidos por las actividades industriales, es decir, al aumento significativo de la contaminación del agua, aire y suelos.
Esta realidad medio ambiental solamente podrá
ser transformada en la medida en que el hombre se
concientice respecto de su papel determinante como
agente activo en la conservación del medio ambiente en aras de conservarlo y evitar la autodestrucción
del mundo.
El presente artículo tiene por objeto realizar un
análisis crítico respecto del manejo adecuado de
los residuos sólidos, su influencia negativa sobre el
medio ambiente, las causas del deterioro del mismo, las estrategias para minimizarlo y las posibles
soluciones al problema de la falta de compromiso
ciudadano en el mantenimiento y conservación del
medio ambiente.
92
L’ esprit Ingénieux
II. LOS RESIDUOS SÓLIDOS Y LA
CONTAMINACIÓN EN COLOMBIA
A. RESEÑA HISTÓRICA
Los residuos sólidos existen desde los albores de
la humanidad, como subproducto de la actividad de
los hombres. Desde luego, su composición física y
química ha ido variando de acuerdo con la evolución
cultural y tecnológica de la civilización.
La forma más fácil que encontró el hombre primitivo de disponer de desechos no comibles por
los animales fue arrojarlos en un sitio cercano a
su vivienda; asi nació el botadero a cielo abierto,
práctica que se ha mantenido hasta nuestros días.
Los residuos sólidos se convirtieron en un problema a medida que el hombre se hizo gregario y se
concentró en ciudades.
El alejar de su vista los residuos no fue tan fácil,
las guerras y la acumulación de desperdicios en las
ciudades propiciaron que el hombre aprendiera a vivir con su propia basura con todas las consecuencias
que esto acarrea.
La revolución industrial, la ciencia y la tecnología
nos han traído, además de fabulosos cambios, el desarrollo científico tecnológico; cambios en nuestros
hábitos de consumo: el novedoso sistema de cosas
desechables, tarros desechables, frascos, pañales,
vestidos de usar y botar, doble, triple y cuádruple
empaque, platos para usar y dejar; en fin, sistemas
que aunque cómodos exigen que para el simple uso
de un objeto sea necesario generar varias veces su
peso en basura.
Por lo tanto, se puede establecer que a lo largo
de la historia, el primer problema de los residuos
sólidos ha sido su eliminación, pues su presencia es
más evidente que otro tipo dé residuos y su proximidad resulta molesta. La sociedad solucionó este
problema quitándolo de la vista, arrojándolo a las
afueras de las ciudades, cauces de los ríos o en el
mar u ocultándolo mediante enterramiento.
El crecimiento acelerado de la población en los últimos años, así como el proceso de industrialización
han aumentado la generación de residuos. Hace 30
años, la generación de residuos por persona era de
unos 200 a 500) gr/hab/día, mientras que hoy se estima entre 500 y 1.000 gr/hab/día. En los países desarrollados, esta cifra es dos a cuatro veces mayor. Pero
el problema no radica solamente en la cantidad sino
también en la calidad o composición que pasó de ser
densa y casi completamente orgánica a ser voluminosa, parcialmente no biodegradable y con porcentajes
crecientes de materiales tóxicos.
Residuos Sólidos
Al contrario de lo que sucede con otros servicios de saneamiento básico, como el del agua potable, el manejo de los residuos sólidos siempre
ha permanecido en manos de los municipios. Por
esto, los procesos de descentralización y municipalización no ha afectado tanto. Por otro lado, la
mano de obra calificada en el aseo urbano es 10%
comparada con los servidos de agua y alcantarillado, lo que se traduce en serias deficiencias en el
campo técnico y gerencial.
De lo anterior surge la necesidad de crear e implementar estrategias y métodos que permitan a las
personas hacer un manejo adecuado de los residuos
sólidos.
Especialmente en los últimos cinco años, el impacto más espectacular que ha tenido el servicio de
residuos sólidos, ha sido el proceso de privatización
o concesión de la operación de los mismos, como
parte de un proceso más amplio que está ocurriendo en todas las ciudades del país.
La fracción orgánica de los residuos no se ha
recuperado, es decir, residuos vegetales, cueros,
papel no recuperable, etc., se puede utilizar para
producir una especie de “abonado orgánico” o
compost, que aunque usualmente no cumple con
las características de lo que se denomina agrícolamente como abono, sí tiene gran utilidad como
acondicionador de suelos para mejorar la textura,
la capacidad de intercambio iónico, la capacidad
de retención de agua y de nutrientes, etc. Este
compuesto se puede producir a través del proceso denominado como compostaje, el cual, dependiendo de la tecnología seleccionada, puede estar
acompañado de la generación de gas metano, un
gas combustible que puede potencialmente ser utilizado para recuperación de energía.
El aseo urbano puede consumir de 15 a 20% del
presupuesto municipal, la debilidad institucional y
la falta de educación sanitaria y participación comunitaria han conducido a esta situación de manejo
escaso e inadecuado de los residuos sólidos municipales, que aflige a todo el país.
B MANEJO DE RESIDUOS SÓLIDOS
De acuerdo con lo establecido en !a Política Nacional para la Gestión de Residuos y Basuras, “Residuos son todos aquellos que mediante cualquier
forma de aprovechamiento se reincorporaran al ciclo económico, mientras que basura es lo que no se
aprovecha, no reingresa al ciclo económico y va a
disposición final”.
Fuente Fotográfica:
http://blog.ewm.com/2008/06/23/nuevo-sistema-de-recoleccion-de-basura/
Uno de los retos que deben enfrentar los agentes y representantes del Estado en el mundo, es
la problemática del manejo de los residuos generados por los habitantes de éste. Actualmente se
albergan millones de toneladas diarias de basura
en todas partes.
El concepto de basuras es relativo, porque todos
los residuos son potencialmente aprovechables dependiendo de la disponibilidad tecnológica y financiera. Por basura se puede entender todos los residuos o
desechos generados por la actividad humana.
Una de las grandes ventajas de utilizar la incineración como opción de manejo de los residuos sólidos es
la gran disminución de los volúmenes de residuos por
procesar - Se logran reducciones típicas del 90% o más.
Sin embargo, la incineración representa también
graves desventajas, una de las cuales es, adicionalmente, a la emisión de humos tóxicos, la producción
de cenizas que pueden ser muy peligrosas y debe
considerarse desde el principio su disposición adecuada. Aunque en el mundo ya existen tecnologías
de incineración que tienen controlados sus impactos
sobre el ambiente, ellas resultan demasiado costosas.
Finalmente, otro elemento funcional de un sistema
integrado de manejo de residuos sólidos domiciliarios
municipales, es la disposición final de éstos.
En todos los casos analizados anteriormente se produce alguna cantidad de residuos finales que debe ser
dispuesta adecuadamente para minimizar los efectos
ambientales. La cantidad de residuo que llega al sitio
de disposición final va a variar considerablemente dependiendo del esquema de funcionamiento que se implemente, pero siempre va a resultar necesario tener
un sistema de disposición final.
El sistema de disposición final más utilizado en el
mundo entero es el denominado relleno sanitario,
el cual es un sitio en donde se depositan finalmente
93
los residuos sólidos de una manera ordenada y tecnificada y que obedece a diseño de ingeniería que busca
minimizar los efectos ambientales nocivos de los residuos sólidos.
El principal efecto medio - ambiental negativo de
los rellenos sanitarios es la generación de lixiviados,
los cuales son líquidos que pasan a través de la basura
y que a su paso recogen la esencia de esta, tornándose
en afluentes altamente contaminantes que se deben
manejar apropiadamente para minimizar los efectos
nocivos sobre las aguas superficiales y subterráneas.
C. EL IMPACTO AMBIENTAL NEGATIVO DE LOS RESIDUOS SÓLIDOS
Los desechos son desperdicios o sobrantes de las
actividades humanas. Se clasifica en gases, líquidos y
sólidos; y por su origen, en orgánicos e inorgánicos. La
política ambiental, el ordenamiento territorial, la evaluación del impacto ambiental el fenómeno de la contaminación, la vida silvestre, la educación ambiental y
el paisaje, deben ser temas de relevancia en Colombia.
La política ambiental está relacionada con la dirección pública o privada de los asuntos ambientales
internacionales, regionales, nacionales y locales. El
ordenamiento territorial establece la distribución de
los usos del territorio de acuerdo con sus características. El impacto ambiental lo determina el conjunto de
acciones que permiten establecer los efectos de proyectos, planes o programas sobre el medio ambiente y
establecer medidas correctivas que sean compensatorias y protectoras de los potenciales efectos adversos,
que con el desarrollo de los mismos se puedan ocasionar. La contaminación, por su parte, debe ser estudiada, controlada y tratada a fin de mitigar los efectos
provocados por la adición de substancias y formas de
energía al medio ambiente. Es procedente mencionar
que también deben establecerse estrategias tendientes a propender por la conservación de los seres vivos
y orientar su relación con el medio a fin de conservar
la biodiversidad existente.
Para lograr lo anterior, se hace necesaria la implementación de educación ambiental tendiente a buscar
un cambio de paradigma en la mentalidad del hombre
frente al medio ambiente para que como agente activo contribuya eficientemente a la comprensión y solución de los problemas ambientales.
La gestión ambiental debe incluir políticas ambientales, cuya función sea regular la manera como
los agentes del Estado, y más aún, sus gobernantes
deben actuar y, cuál es el procedimiento a seguir en
los asuntos ambientales no sólo a nivel internacional,
sino también regional, nacional y local. El ordenamien-
94
L’ esprit Ingénieux
to territorial establece los lineamientos para hacer la
distribución de los usos del territorio de acuerdo con
sus características propias, por lo que debe asignarse un rubro para el manejo adecuado de residuos en
nuestro país. La evaluación del impacto ambiental
permitirá establecer en Colombia un conjunto de acciones que se deben ejecutar a fin de implementar
estrategias tendientes a disminuir la contaminación
ambiental que se producen con la ejecución de proyectos, planes o programas, que pueden afectar el
medio ambiente. Es por ello que frente al problema
de la contaminación el Estado establece los lineamientos que deben ser tenidos en cuenta por los dirigentes
del mismo, para estudiar este fenómeno, controlarlo
y tratar los efectos que la misma produce en el medio
ambiente para lograr la proteccion efectiva de los seres vivos en su medio y de sus relaciones, con el objeto
de conservar la biodiversidad.
Es un hecho conocido, que desde el punto de vista
cultural, nos encontramos permanentemente con un
sentimiento de rechazo hacia todo lo relacionado con
la basura y un progresivo alejamiento con respecto a
los residuos en relación con nuestras vidas y actividades cotidianas.
Todo lo aquí expuesto hace que surja la necesidad
inminente de una Educación Ambiental en aras de
cambiar la actitud del hombre frente al medio biofísico, y lograr una mejor comprensión y solución de la
problemática ambiental. Estas estrategias se complementan con los métodos establecidos para observar y
tolerar la interrelación de factores bióticos, estéticos y
culturales sobre el medio ambiente.
Es de anotar que la aparente inexistencia o falta de
conciencia sobre el impacto de las basuras en el medio generan una contaminación significativa, situación
que no es visible en la cotidianidad toda vez que las
personas que prestan sus servicios como recolectores
de basura impiden que haya acumulación de residuos
sólidos, pero es preciso comenzar a generar conciencia ciudadana para esta problemática.
La quema a cielo abierto de basura ocasiona la
emisión de distintos contaminantes. Basados en el cálculo de cargas de contaminación del aire proveniente
de la disposición de desechos sólidos, según el Centro
Panamericano de Ecología Humana y Salud de la Organización Panamericana de la Salud, las cantidades calculadas de los principales contaminantes por la quema
a cielo abierto de basura municipal son:
Por cada tonelada de desechos sólidos quemados
(t): Partículas: 8 Kg./t,SO2: 0.5 Kg./t, Óxidos de Nitrógeno (NOx) : 3 Kg./t, Hidrocarburos : 15 Kg./t y CO :
42 Kg./t.
Residuos Sólidos
La basura genera dos tipos de gases a saber:
gases ie invernadero y los degradadores de la capa
de ozono. Los primeros son el metano y el bióxido
de carbono cuyas propiedades son retener el calor
generado por la radiación solar y elevar la temperatura de la atmósfera. Así mismo, hay productos
que por la naturaleza de su fabricación y los agentes químicos utilizados en su elaboración, generan
ciertos gases que desintegran la capa de ozono.
Estos gases son conocidos como clorofluorcarbonados o CFC´s y se emplean en la fabricación de
envases de unicel, como propulsores de aerosoles
para el cabello, en algunas pinturas y desodorantes. Cuando los envases de estos productos son
desechados a la basura se convierten en fuentes
de emisión de estos gases.
iii. GESTIÓN PÚBLICA FRENTE AL
IMPACTO DE LA ACTIVIDAD DEL
HOMBRE EN EL MEDIO AMBIENTE
En nuestro país, como en el resto de la región, los
gobiernos locales presentan una débil gestión ambiental, debido a variados y persistentes déficit de
capacidad institucional (DCI). Mejorar la capacidad
que posee un municipio “medio” para formular e
instrumentar una política ambiental implica un desafío político, técnico, económico y administrativo,
que demanda conocer profundamente el origen y
las consecuencias de los déficit de capacidad e implementar las medidas que permitan reducirlos y, de
ser posible, eliminarlos, es decir, que resulta necesario promover el desarrollo institucional.
El análisis de las Políticas Públicas consiste en
examinar una serie de objetivos, medios y acciones
definidos por el Estado para transformar parcial o
totalmente la sociedad, así como sus resultados y
efectos. Es pertinente precisar que la Política Pública existe solamente en la medida en la que señala su
campo de acción.
Para López (2001) “la política pública es la actividad gubernamental, o sea los comportamientos,
y las acciones de los actores gubernamentales, así
como de aquellos comprometidos en el proceso político que conduce a acciones gubernamentales”.
Se colige de la definición anterior, que la actividad gubernamental, en cuanto al medio ambiente
se refiere, debe encaminarse a la consolidación de
una política pública ambiental tendiente a que la
gestión pública ambiental materialice los fines del
estado consagrados en la norma superior y la legislación que sobre medio ambiente existe en Colombia.
Es aquí donde se articula la Normatividad Ambiental
con la gestión pública ambiental, siendo una obligación de todos contribuir como agentes activos para
que este objetivo sea posible.
La gestión de políticas ambientales requiere de
una adecuada articulación de los objetivos y metas,
se hace necesario partir de la realidad en la que se
va a llevar a cabo.
Las metodologías y estrategias deben ser revisadas periódicamente según las circunstancias y percepciones de los problemas.
La mayoría de los gobiernos locales no consideran en sus diagnósticos ambientales los problemas asociados a su propio desempeño; pues por
ignorancia, negligencia o intencionalidad no es
analizada y evaluada su capacidad institucional.
Parece no asumirse que los aparatos de gestión
encargados de solucionar el conflicto, forman
parte del conflicto.
Teniendo en cuenta que cambian en forma permanente la capacidad institucional y el control social, los organismos internacionales recomiendan
que los planes de gestión ambiental tiendan a ser, al
menos, consensuados con la comunidad.
Con el marco contextual aquí presentado, parece resultar de utilidad la eventual aplicación del
SADCI, como metodología de análisis y desarrollo
de la capacidad institucional orientada al mejoramiento de la gestión pública ambiental local. Como
antecedente histórico, aparece la exitosa aplicación
del sistema en instituciones que poseían características análogas a las presentes en las áreas ambientales municipales: un importante componente
tecnológico, ejercicio de actividades regulatorias,
manejo de recursos ambientales, administración
de sistemas complejos y necesidad de armonizar
intereses confrontados.
Las políticas nacionales se vienen construyendo
en armonía con los lineamientos internacionales. En
Colombia desde hace casi medio siglo se ha intentado dirigir el manejo de residuos sólidos a través
de la legislación con la cual se pretende minimizar
la problemática que afecta principalmente al medio
ambiente y consecuentemente a la sociedad.
iv. POLÍTICAS NACIONALES PARA EL
MANEJO DE RESIDUOS SÓLIDOS
La política nacional para la gestión de residuos
sólidos se fundamenta, principalmente, en la constitución colombiana de 1991, la ley 99 de 1993, la
ley 192 de 1994 y el documento CONPES 2750 del
Ministerio del Medio Ambiente.
95
Esta normatividad tiene por objeto minimizar la
cantidad de residuos que se generan, aumentar el
aprovechamiento racional de dichos residuos y el
mejoramiento de los sistemas de eliminación, tratamiento y disposición de residuos sólidos.
Para la materialización de dicha normatividad se crea un plan nacional para el impulso de la política de residuos que permitan a las
autoridades ambientales disminuir el impacto
negativo de estos en el medio ambiente, mediante la implementación de métodos y estrategias de acuerdo con la problemática que se presenta, pero con la observancia de una realidad
determinada.
v. CONCLUSIONES
El manejo adecuado de los residuos sólidos es una
necesidad imperante en nuestro mundo actual para
que se puedan implementar estrategias y métodos
tendientes a disminuir el impacto ambiental negativo
sobre la orbe.
Si bien en la actualidad la conservación del
medio ambiente es una problemática de interés
general, también es procedente afirmar que en el
mundo no se ha consolidado una cultura de conservación del medio ambiente, por lo que el Estado a través de sus representantes está llamado
a reforzar e implementar métodos que permitan
que las personas se eduquen y concienticen de los
riesgos que el manejo inadecuado del medio ambiente puede tener para las personas.
El manejo adecuado de residuos sólidos es una
tarea de todos, por lo mismo estamos llamados
a capacitarnos y dirigir nuestra actividad hacia la
conservación efectiva del medio ambiente.
vi. AGRADECIMIENTOS
Agradecemos a Dolly Milena Rodríguez Ruiz,
abogada de la Universidad Santo Tomás, Seccional
Tunja, por la orientación en los aspectos de consulta bibliográfica y redacción. Así mismo, al Ingeniera
Diana Angarita, docente de la Facultad de Ingeniería
civil de la Universidad Santo Tomás, Seccional Tunja,
quien cumplió funciones de tutoría y nos regaló las
pautas y el conocimiento para que la producción del
presente artículo se hiciera de manera eficiente.
vii. REFERENCIAS
Castillo Áureo, “Educación Familiar y Ciudadana
7º Grado”
E. Morán. Alberto. Alberto. Apuntes para introducir el sistema de análisis del déficit de capacidad institucional en la gestión ambiental local.
Universidad Nacional de San Martín. Argentina
Editorial Obelisco, Caracas 1993
ROTH. DEUBEL. ANDRÉ NOEL. Políticas Públicas.
Formulación, implementación y evaluación.
Pag. 28.
LÓPEZ, Wilson. (2001). Psicología y Diseño de
Políticas Públicas. IV Congreso Iberoamericano
de Psicología de la Salud. 2001.
Manual de evaluación de impacto ambiental,
CONAMA, 1994.
Fuente Fotográfica:
http://construyendoeldia.blogspot.com/2009/10/construyendo-el-dia.html
96
L’ esprit Ingénieux
VEGA Leonel, Gestión Ambiental Sistémica,
un nuevo enfoque funcional y organizacional
para el fortalecimiento de la gestión ambiental
pública, empresarial y ciudadana en el ámbito
estatal”. Bogotá, D.C., 2007.
Daños Estructurales
Ginna Paola Cano Castro
E (c) en Ingeniería de Estructuras, Universidad Santo Tomás, Tunja
Arquitecta, Universidad Santo Tomás, Seccional Tunja
Investigadora Grupo Temas de Arquitectura, Facultad de Arquitectura
Universidad Santo Tomás, Seccional Tunja, Colombia
[email protected]
Edgar Elías Martínez Cruz
E (c) en Ingeniería de Estructuras, Universidad Santo Tomás, Tunja
Ingeniero Civil, Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia,
Tunja
[email protected]
Fuente Fotográfica: http://www.bibliocad.com/biblioteca/conexion-vigas-de-madera-ipr-de-acero_9384
Daños Estructurales
Estudio de daños estructurales y no estructurales de las viviendas
ubicadas sobre el eje vial de la Avenida Los Patriotas.
Resumen
Abstract
Este artículo es el resultado de una investigación que
se llevó a cabo sobre los daños estructurales y no estructurales, de las viviendas localizadas a lado y lado de la
Avenida Los Patriotas, ocasionados a partir del inicio de
la construcción de la doble Calzada BTS, en donde los
vehículos que transportaban los materiales de construcción aumentaron considerablemente la carga viva de
la Avenida, generando afectaciones importantes en las
viviendas aledañas. Se recopiló información, se hizo revisión de fuentes secundarias, visitas al sector, registro fotográfico, levantamiento de daños por medio de aforos
realizado en cada uno de los inmuebles. Para clasificar
las viviendas, según el nivel de daño y a su vez, formular
las posibles reparaciones y reforzamientos de las edificaciones. Con estas intervenciones se pretende aportar
rigidez a estas viviendas afectadas y por consiguiente
minimizar el riesgo ante un sismo u algún otro evento de
acuerdo a las normas vigentes.
This article is the result of research carried
out on non-structural damage of the houses located on either side of the Avenue The Patriots,
resulting from when it began construction of the
highway from BTS, where vehicles transporting
construction materials increased significantly
Avenue live load, generating important affectations in the nearby houses. Information was collected, it was review of secondary sources, visits
to industry, photographic record, rising by gauging
damage done in each of the buildings and houses
are classified according to the level of damage and
in turn, make the possible interventions to repair
and strengthening of buildings. These interventions are intended to provide rigidity to the homes affected and therefore minimize the risk in
an earthquake or some other event according to
current standards.
Palabras clave - Viviendas averiadas por tráfico, Barrio Patriotas, Rehabilitación
viviendas de Los Patriotas.
Keywords - Homes damaged by traffic, Barrio Patriots, Patriots housing rehabilitation
97
I. INTRODUCCIÓN
El presente artículo es el resultado de un estudio del fenómeno causado por la construcción
de obras de infraestructura. Se estudiaron las
viviendas pertenecientes al barrio Los Patriotas
y la Urbanización Xativilla, localizadas a lado y
lado de la Avenida Los Patriotas, hasta llegar a la
doble calzada, las cuales sufrieron daños importantes en sus elementos estructurales y no estructurales, que a diario representan un peligro
para la vida de las personas que habitan en estas
viviendas. La carga viva causante de los daños, es
producto del tránsito continuo de tráfico pesado, de los vehículos requeridos en la ejecución
de las obras de la construcción de la doble calzada Briseño – Tunja – Sogamoso (B.T.S) iniciadas
el año 2005.
Debido a la presencia de daños estructurales y no
estructurales, ocasionados por el paso del tráfico pesado y ante la posible eventualidad de un sismo futuro,
se hace necesario el reforzamiento estructural con el
fin de salvaguardar las vidas humanas de los habitantes de las viviendas ubicadas a lado y lado de la avenida
Los Patriotas.
En el seguimiento realizado se identificaron las
fallas estructurales de las viviendas, indagando, por
medio de videos y testimonios, las posibles causas
que originaron los daños para establecer y definir,
de acuerdo a los criterios, la patología que se presenta en estas viviendas, definir el procedimiento
de reforzamiento estructural, que mitigue la vulnerabilidad a la que están expuestas.
Es pertinente señalar que a lo largo de la investigación se encontraron dificultades para localizar a los habitantes de las viviendas en horas laborales, ya que era
el tiempo disponible para realizar el estudio. Debido al
costo del estudio de suelos, levantamiento topográfico,
ensayos de calidad de materiales, ensayos de patología,
no se logró un análisis más profundo sobre los daños
que se presentaron en cada una de las viviendas.
Este proyecto va servir de ejemplo aplicable para
otras comunidades marginales, en las cuales sus viviendas presenten la misma situación aquí descrita.
Las instituciones municipales pueden elaborar un plan
vial para evitar la afectación de las viviendas de las comunidades vulnerables, en los eventos de construcciones de gran magnitud, para cumplir con lo establecido
en las normas vigentes de diseño y construcción.
Fuente Fotográfica:
http://universomx.com.mx/DSCF7867.jpg
98
L’ esprit Ingénieux
Daños Estructurales
II. PROCESO DE INTERVENCIÓN
Según la guía de la Asociación Colombiana de
Ingeniería Sísmica, (2004,p.2), el propósito principal
de la inspección es determinar el grado de amenaza
que representan los daños, sobre la integridad estructural de la edificación, para clasificarla en términos de acciones que deben tomar tanto las autoridades competentes como los usuarios.
A. Búsqueda de Información
En la etapa de información se indagó sobre la documentación existente, del caso de estudio, desde el
momento en que se inició la consolidación de este
asentamiento humano, las técnicas de construcción
utilizadas, los diseños con los que contaba cada una de
las viviendas y las causas que produjeron el fenómeno
actual, de daño estructural.
El análisis fue un estudio cualitativo y cuantitativo, basado en las condiciones actuales sobre el daño
estructural. La información histórica fue la fuente
para entender cómo se consolidó el asentamiento
humano de esta zona y los sucesos que influyeron en
el daño que actualmente se presenta.
.
La información obtenida en el trabajo de campo
tuvo como finalidad tener un acercamiento inicial
con las viviendas afectadas, lo cual permitió enfocar
la metodología de estudio.
1) Información histórica - Antecedentes
El barrio Los Patriotas en los años 60s y a comienzos de los 70s era considerada una zona rural, existían
pocas viviendas construidas y hacía parte de la vereda
de Pirgua de Tunja. En ese momento la zona no contaba con servicios públicos ni con infraestructura vial.
La avenida Los Patriotas era un camino de herradura,
el cual se trazó por el intercambio comercial que se
desarrollaba entre Tunja y la provincia de Márquez.
Con el pasar del tiempo, los habitantes se organizaron e iniciaron la tarea de gestión con la Alcaldía
Municipal y la Gobernación, con el fin de lograr la instalación de servicios y pavimentación del camino de
herradura que poco a poco iban recebando por sus
propios medios. “En el año de 1973, el concejo municipal declara bajo la resolución No 320, a esta comunidad con el barrio Los Patriotas, conformada por
seis familias que integran la junta de acción comunal”
(Roa, 2009).
Luego la avenida toma el nombre de Los Patriotas,
mediante el Acuerdo 028 del 08 de octubre de 1973,
considerando que en ese momento se adelantaban
las obras de la avenida que conduciría al municipio de
Fuente Fotográfica: http://es.dreamstime.com/fotos-dearchivo-vigas-de-acero-estructurales-image3975023
Soracá, trazada por la Secretaría de Obras Públicas en
coordinación con la Oficina de Planeación Municipal
(Colombia, Concejo Municipal de Tunja, 1973).
En adelante el crecimiento de este barrio ha sido
impulsado por la comunidad, pero se ha evidenciando la falta de normalización e intervención de los organismos municipales encargados de la planeación y
desarrollo de la ciudad. En el año 2000 la constructora Proedificar Ltda, compra el terreno esquinero que
linda por un costado con la avenida Circunvalar y por
el otro costado con la avenida Los Patriotas, en donde
se construyó la urbanización Xativilla, siendo esta una
solución de vivienda de interés social. Las casas se
cominezan a vender en el año 2003, por tanto, son
construcciones con una edad aproximada de 6 años.
En el año 2000, mediante la resolución No 708
del 13 de julio, se otorgó la licencia ambiental, para
la construcción de la vía BTS. En ésta se especifica
que se deben cumplir algunas obligaciones, de las
cuales es importante mencionar la siguiente: El Instituto Nacional de Vías y con el fin de evitar conflictos
que se puedan generar por daños en las edificaciones, ocasionados durante la etapa de construcción
y/o rehabilitación, deberán establecer estrategias
para la verificación del estado de aquellas, antes y
durante esta etapa. En el año 2002 el Ministerio de
Transportes a través del Instituto Nacional de Concesiones, en adelante INCO, y el consorcio Solarte
y Solarte, suscribieron el contrato para la construcción de la doble calzada BTS, y el tramo 12 lo debían
iniciar el 29 de julio. En el año 2007, la situación de
daños estructurales se hace más aguda, ya que se
empiezan a ver fenómenos de muros y techos caídos, lo cual pone en riesgo la vida de las personas
que habitan estas viviendas”, Sosa (2004).
Actualmente existe una acción de grupo instaurada por los propietarios de las viviendas en contra del
consorcio Solarte y Solarte, el municipio de Tunja e
INCO, para que reconozcan e indemnicen a cada uno
de los afectados los daños y perjuicios ocasionados a
sus viviendas. Las viviendas afectadas hacen parte del
barrio Los Patriotas y otras de la urbanización Xativilla.
99
B. Reconocimiento de las viviendas afectadas
El estudio de los daños estructurales se comenzó con el reconocimiento de los diferentes tipos de vivienda y levantamiento de los daños visibles, a través de fotografías.
1) Tipos de Vivienda
FIGURA 1. MAMPOSTERIA NO CONFINADA,
BARRIO LOS PATRIOTAS
Fuente: Autores del proyecto
FIGURA 2. MAMPOSTERÍA EN ADOBE, BARRIO
LOS PATRIOTAS
Fuente: Autores del proyecto
FIGURA 3.
PÓRTICOS EN CONCRETO
Fuente: Autores del proyecto
FIGURA 4.
MAMPOSTERÍA ESTRUCTURAL
Fuente: Autores del proyecto
En este sector las viviendas afectadas están
construidas por diferentes tipos de sistemas estructurales según la NSR – 10, tales como mampostería
no confinada, que es un sistema que está contituido
por muros sin acero de refuerzo alguno. Las unidades pueden ser de piedra, de arcilla cocida o de concreto, macizas o huecas; muros en adobe que es un
sistema que no está reglamentado por la NSR-10 y
está construido por muros sin refuerzo alguno. Las
unidades utilizadas son piezas hechas de una masa
de barro, mezclada con paja, moldeada en forma
de ladrillo y secada al sol; pórticos en concreto, que
son un sistema conformado exclusivamente por un
conjunto de columnas y vigas que se encargan de
la transferencia de cargas verticales y horizontales
hasta la cimentación y mampostería estructural que
es un sistema contituido por muros cuyas unidades
tienen perforaciones verticales en las cuales se colocan las barras de acero de refuerzo y se inyecta
con concreto (Asociación Colombiana de Ingeniería
Sismica, 2004, p. 8).
100 L’ esprit Ingénieux
Estas edificaciones corresponda a viviendas unifamiliares de estratos uno, dos y tres. En algunas viviendas se evidencian cimentaciones conformadas
por vigas de amarre, concreto ciclópeo y en otrascon zapatas y viga de cimentación. En cuanto a la cubierta, la gran mayoría de viviendas posee cubierta
de asbesto cemento, algunas tienen teja de barro y
teja de zinc.
Daños Estructurales
Estas viviendas, sufrieron daños estructurales y
no estructurales que se ocasionaron por la energía
vibratoria transmitida por el suelo.
2) Levantamiento de daños
En esta fase tomaron fotografías, de forma exhaustiva de los daños de la estructura, realizó la inspección ocular a cada vivienda, permitiendo hacer
el reconocimiento de las fallas estructurales y no estructurales de las construcciones.
Se identificó la clasificación del nivel de daño en
los elementos estructurales y no estructurales para
garantizar que las diferentes intervenciones propuestas aportaron una solución adecuada, económica y
segura para la rehabilitación de estas viviendas.
Estas casas presentan daños tales como: fisuras
transversales en los muros, hundimientos en las placas de contrapiso, deformaciones en la placa de entrepiso, agrietamiento en los peldaños de las escaleras y desplome de algunos elementos estructurales y
no estructurales. Algunos propietarios han mandado
a elaborar diagnósticos y evaluación de daños de las
viviendas, encontrando de acuerdo al informe entregado por los ingenieros Vivas y Ruiz (2009), que las viviendas presentan una inclinación leve de la fachada
y un cortante en forma transversal a estas, en cada
uno de los niveles de la parte frontal, tanto en piso
como en las placas; es decir, se presenta fisuramiento
transversal en algunos muros.
FIGURA 5. FORMATO PARA LEVANTAMIENTO DE DAÑOS
Fuente: Darwin Vivas Coronel y Diana Marcela Ruiz Muñoz, 2009.
El número de viviendas en las que se identifican
visualmente estos daños, es aproximadamente de
39, de las cuales algunas tienen su respectiva licencia
de construcción y otras se edificaron sin ningún diseño, ni asesoría calificada. El paramento que existe
entre las viviendas y la vía no cumple con las especificaciones técnicas de la sección transversal, de acuerdo con el tipo de vía detallado en las normas vigentes
en el plan de ordenamiento territorial de la ciudad y
en las curadurías.
La clasificación de las edificaciones corresponde al grupo de uso I por ser estructuras de ocupación normal, para un coeficiente de importancia
I=1.0 y un coeficiente de aceleración pico efectiva
Aa =0.20 y un coeficiente de velocidad horizontal pico efectiva Av=0.20 para la ciudad de Tunja,
(NSR10, 2010).
C. Trabajo de Campo
Este trabajo se realizó mediante el uso de fichas
de levantamiento en donde se consignaron los datos
generales, datos de la vivienda, aspectos técnicos, características, descripción de los daños y los propietarios, de tal forma que pueda hacerse una idea sobre el
comportamiento estructural, es decir una evaluación
de los síntomas de los procesos patológicos existentes.
El modelo de ficha técnica utilizada fue el siguiente:
101
D. Diagnóstico
1) Posibles causas
En primer lugar, se definieron las causas del daño estructural y no estructural, a través del análisis cualitativo y cuantitativo que arrojó el trabajo de campo, basándose principalmente en la observación de daños,
levantamientos y los testimonios de los habitantes de las viviendas, se encontraron en común las siguientes: aumento de la carga viva a la estructura de la vía, viviendas sin diseño estructural y nivel freático y
composición del suelo de fundación.
3) Análisis de datos
Se analizan los datos para calificar el nivel de daño de los elementos estructurales y no estructurales, dependiendo del sistema estructural, se determinaron las posibles intervenciones a cada una de las viviendas
afectadas, esto está compilado a través de la figura 6, figura 7 y figura 8.
FIGURA 6. DAÑOS LEVES Y SU REHABILITACIÓN
DETALLE DE DAÑO:
DAÑO LEVE
DETALLE DE DAÑO:
DAÑO LEVE
Mortero agrietado y fisurado en la parte superior e inferior de las
uniones. No se presentan grietas en las unidades de mampostería.
Grietas en forma escalonada pero no continuas a través del muro. Se
han iniciado pero no hay desplazamiento horizontal. Grietas diagonales pequeñas en unidades de mampostería, en un poco menos del
5% de las hiladas.
REHABILITACIÓN DE LA EDIFICACIÓN:
Requiere Intervención menor, que consiste en reparaciones cosméticas, tales como pañete, reparación de juntas de mortero e inyección de grietas con epóxico.
REHABILITACIÓN DE LA EDIFICACIÓN:
Requiere Intervención menor, que consiste en reparaciones cosméticas, tales como pañete, reparación de juntas de mortero e inyección de grietas con epóxico.
Fuente: Autores del proyecto
FIGURA 7. DAÑOS MODERADOS Y SU REHABILITACIÓN
DETALLE DE DAÑO:
DAÑO MODERADO
DETALLE DE DAÑO
DAÑO MODERADO
REHABILITACIÓN DE LA EDIFICACIÓN:
REHABILITACIÓN DE LA EDIFICACIÓN:
Grietas diagonales en el muro, muchas de las cuales van a través de
las unidades de mampostería con grietas de ancho menor a 6 mm.
Las grietas diagonales llegan a alcanzar las esquinas. No se presentan
roturas o fisuras en las esquinas del muro.
Pueden aplicarse medidas de reforzamiento tales como construcción de vigas y columnas de confinamiento en concreto reforzado,
confinamiento de aberturas y revestimiento estructural, mediante
fibras compuestas
102 L’ esprit Ingénieux
Fuente Fotográfica: http://www.arqhys.com/articulos/licencias-obra-construccion.html
Grietas en la placa de piso, las cuales se presentan en ambas direcciones, en un área moderada.
Remplazo de piso por otro reforzado para evitar la fisuración
Daños Estructurales
DETALLE DE DAÑO:
DAÑO MODERADO
Grietas horizontales en las juntas, indican que ha ocurrido un desplazamiento horizontal, a lo largo de las grietas y se crean aberturas
en las juntas de 6 mm
DETALLE DE DAÑO:
DAÑO MODERADO
Predominan grietas verticales y mortero fisurado a través del muro.
Se presentan grietas que atraviesan las unidades de mampostería.
REHABILITACIÓN DE LA EDIFICACIÓN:
REHABILITACIÓN DE LA EDIFICACIÓN:
Costura de la grieta con barras de refuerzo.
Pueden aplicarse medidas de reforzamiento tales como construcción de vigas y columnas de confinamiento en concreto
reforzado, confinamiento de aberturas y revestimiento estructural, mediante fibras compuestas
Fuente: Autores del proyecto
103
FIGURA 8. DAÑOS SEVEROS Y SU REHABILITACIÓN
DETALLE DE DAÑO:
DAÑO SEVERO
DETALLE DE DAÑO:
DAÑO SEVERO
Posible movimiento en el plano o fuera de él, en la parte superior
e inferior del muro. Unidades de mampostería rotos y fisurados en
las esquinas del muro.
Se presentan grandes desplazamientos horizontales a lo largo de la
grieta. Grietas diagonales en la base del muro que pueden atravesar
las unidades de mampostería. Algunas de ellas pueden generar rotura
de partes de la mampostería.
REHABILITACIÓN DE LA EDIFICACIÓN:
REHABILITACIÓN DE LA EDIFICACIÓN:
La medida por aplicar es el remplazo de los muros.
La medida por aplicar es el remplazo de los muros.
Fuente: Autores del proyecto
III. RESULTADOS Y ANÁLISIS
Las 39 viviendas analizadas presentan la misma patología debido a que la causa es el tránsito de los vehículos
de carga pesada por la calle 15, que ocasionaron vibración constante y elevada a las estructuras, creando cargas
vivas que se transmiten al suelo de soporte de las viviendas, generando una serie de momentos cortantes que
ocasionan la inclinación de las viviendas y por lo tanto el fisuramiento y agrietamiento de las mismas.
El nivel socioeconómico de la muestra evaluada es variable y corresponde a estratos uno, dos y tres.
Se observa que la mitad de la muestra corresponde a estrato dos, lo cual limita la posibilidad de inversión
de recursos en la calidad de los inmuebles. En el siguiente gráfico se muestran los diferentes porcentajes:
FIGURA 9. NIVEL SOCIOECONÓMICO DE LA MUESTRA
De la muestra de viviendas evaluadas, según el
nivel de daño se presenta de la siguiente manera:
FIGURA 11. NIVEL DE DAÑO DE LA MUESTRA
Fuente: Autores del proyecto
Las viviendas ubicadas a lado y lado de la Avenida Los
Patriotas están construidas como muestra la siguiente
figura, en cuanto al sistema estructural empleado:
FIGURA 10. SISTEMA ESTRUCTURAL DE LA MUESTRA
Fuente: Autores del proyecto
La elección de estos sistemas obedece a la falta de
recursos económicos de la comunidad para invertir en
diseños requeridos y en mano de obra calificada, evidenciando que el sistema estructural más empleado en
esta zona corresponde a mampostería no confinada. El
44% de las viviendas no fueron diseñadas y construidas
con una adecuada configuración estructural, para soportar fuerzas causadas por un sismo o por algún otro
evento y el 26% de las edificaciones presentan limitantes frente a la NSR-10. Las viviendas de la urbanización
Xativilla representan el 31% de la muestra y cumplen
con los requisitos mínimos exigidos para este tipo
de construcciones.
Fuente: Autores del proyecto
El diseño y construcción de la Avenida Los Patriotas no corresponde a las solicitaciones de una vía de
tráfico pesado. Las vibraciones ocasionadas por el
tránsito de los vehículos pesados afectaron estructuralmente a las viviendas aledañas a la Avenida. La
presencia de fallas, grietas y deformaciones evidentes
en la gran mayoría de elementos no estructurales, especialmente en fachadas, pone en gran riesgo la integridad de la población que en este sector reside.
De acuerdo con el resultado obtenido de las fichas
técnicas se evidencia que todos los inmuebles analizados presentan fisuras en muros, pisos, escaleras y entrepisos, lo cual es constante en toda la construcción.
Estas fisuras varían de forma y dirección, afectan
los diferentes elementos que conforman la vivienda.
Las actividades de construcción que se requieren
para la rehabilitación de las viviendas afectadas, dependiendo del tipo de daño, consisten principalmente
en demolición de muros en ladrillo, estuco y vinilo en
muros, demolición y conformación de pisos, placas y
construcción de nuevos muros, entre otras. Para las
viviendas que sufrieron daños severos es necesario
demoler y construir nuevamente los elementos estructurales y no estructurales, cumpliendo con las especificaciones descritas en la NSR10.
IV. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
Los daños ocasionados a las viviendas localizadas
a lado y lado de la Avenida Los Patriotas fueron generados por el tránsito de vehículos de tráfico pesado,
presentes en la construcción de la doble calzada BTS,
desde el año 2006, que ocasionaron vibración constante y muy elevada a la estructura de las viviendas.
Las fisuras y grietas presentes en las viviendas
analizadas no son debidas a asentamientos normales
de la edificación, ya que este fenómeno se manifiesta
por lo general en los primeros 4 o 5 años después de
104 L’ esprit Ingénieux
la construcción. Estos inmuebles tienen en promedio
una antigüedad de 5 años, como es el caso en la urbanización Xativilla y un promedio de 10 años de antigüedad en el barrio Los Patriotas.
La inversión de recursos en la construcción de las
viviendas, por parte de sus propietarios al estar ellos
en su mayoría en estratos uno y dos, influyó en la falta
de diseños y mala calidad de los materiales al momento de construir dichas viviendas y por consiguiente estas viviendas no cumplen con los requisitos mínimos
Daños Estructurales
exigidos, por la Norma Colombiana de Diseño y Construcción Sismo Resistente, vigente.
de este sector, a excepción de la Urbanización
Xativilla.
Se evidenció que el diseño de la vía proyectada
para la Avenida Los Patriotas no cumplió ante las solicitaciones de tránsito de tráfico pesado, en la construcción de la doble calzada BTS.
No se encontró el Plan de mitigación de Impactos generados por la construcción de la doble calzada BTS, específicamente a la altura de la Avenida
Los Patriotas de la ciudad de Tunja.
La mayoría de las viviendas afectadas pueden
ser rehabilitadas mediante reparaciones cosméticas
pués se trata de daños leves en viviendas de muros
confinados. En las viviendas de muros no confinados
es necesario en algunos casos realizar reforzamiento
estructural y si el daño que se presenta es severo, la
mejor alternativa es demoler y reconstruir, con el fin
de cumplir los requerimientos exigidos en la Norma
Sismo Resistente, vigente.
Los reforzamientos estructurales y no estructurales planteados se deben realizar en el menor tiempo
posible, ya que de ellos depende la integridad de las
personas que allí habitan. Es importante realizar el diseño de los elementos no estructurales a fin de salvaguardar vidas humanas y minimizar costos ante un sismo u otro evento, teniendo en cuenta que la mayoría
de daños presentados en las viviendas se presentan
en elementos no estructurales
En el estudio efectuado se encontró que no
hubo control por parte de los organismos municipales en cuanto a la planeación, diseño y construcción de la Avenida Los Patriotas y de las viviendas
Las autoridades encargadas deben ejercer control y
vigilancia en las licencias de construcción y urbanismo, así
como la elaboración de planes de mitigación de impactos
cuando se desarrollen obras de gran importancia.
IV. REFERENCIAS
• Asociación Colombiana de Ingeniería Sísmica. (2004). Guía de patologías constructivas
estructurales y no estructurales. Bogotá.
• Asociación Colombiana de Ingeniería Sísmica. (2010). Reglamento Colombiano de Construcción Sismo resistente NSR-10. Bogotá.
• Colombia, Concejo Municipal de Tunja.
(1973, Octubre 08). Acuerdo No 028 de
1973, por el cual se da el nombre a una avenida y se concede un auxilio. Tunja.
• Medina, J. (2009). Archivo Digital de Tunja.
Tunja, Colombia: Universidad Santo Tomás,
Seccional Tunja.
• Ruiz, J. R. (2009). www.manceras.com.co.
Retrieved Agosto 15, 2010 Sísmica, A. d.
(2002). Evaluación del nivel de daño en viviendas de uno y dos pisos en mampostería
efectadas por sismos. Bogotá.
• Sosa, J.C. (2007). Proceso N° 2007-223. Juzgado trece administrativo.
• Vivas, D., & Ruiz, D. (2009). Estudios de daños no estructurales realizado a las viviendas de la urbanización Xativilla de la ciudad
de Tunja - Boyacá. Tunja
• Consejo Mundial, Resolución 320
• Resolución 708 de 2002
105
Brigid Hiomara Pachaco García
Estudiante de Ingeniería Civil, Universidad Santo Tomas,
Seccional Tunja
[email protected]
Fuente Fotográfica: hthttp://hemisferiosurguayana.blogspot.
com/2010/03/embate-del-nino-sobre-el-sistema.html
¿Es Duitama
una Ciudad Seca?
RESUMEN
Ante la crisis de agotamiento del recurso hídrico
por efecto del cambio climático y los efectos sociales
consecuentes por el desabastecimiento de los sistemas urbanos, es necesario establecer procedimientos
claros para la interpretación de procesos hidrológicos,
con el propósito final de establecer los mecanismos
para el manejo sostenible de los recursos hídricos. En
esta investigación se describen los resultados del análisis de un modelo de cuenca no lineal, que permite
ver, para el caso de estudio, un panorama diferente en
términos del uso de las fuentes de aprovechamiento.
En este sentido, se destaca que las fuentes de agua
subterránea son la única respuesta para atender la
demanda de agua de los ciudadanos Duitamenses, sin
embargo, persisten varios interrogantes muy importantes: ¿Por cuánto tiempo las fuentes de agua subterránea abastecerán la ciudad de Duitama?, ¿es la calidad del agua subterránea adecuada para el consumo
humano? ¿Los costos de operación de pozos de agua
subterránea podrán ser manejados efectivamente
por la economía local?
106 L’ esprit Ingénieux
ABSTRACT
The crisis of water resource depletion, the
effect of climate change and consequent social
effects of the shortage of urban systems, it is
necessary to establish clear procedures for the
interpretation of hydrological processes, with
the ultimate aim of establishing mechanisms
for sustainable management water resources.
In this research, described the results of the
analysis of a nonlinear model basin, which lets
you view, for the case study, a different picture
in terms of the use of sources and uses. In this
sense, it underlines that the sources of ground
water is the only answer to meet the water demand of citizens Duitamenses, however, there
remains several important questions: How long
will groundwater sources will supply the city of
Duitama?, is the quality of ground water fit for
human consumption? Are the costs of operation
of groundwater wells can be effectively managed by the local economy?.
¿Es Duitama una Ciudad Seca?
i. INTRODUCCIÓN
En la actualidad el recurso hídrico se ha visto seriamente afectado por la influencia de la mano del
hombre en el ecosistema, esto es evidente a simple
vista con la innegable variación climática que sufre
la tierra, además de la llegada de diferentes fenómenos tipo ENSO, los cuales son capaces de deteriorar
el medio ambiente y generar prolongados periodos
de escasez de agua, que en un futuro pueden llegar
a agotar el recurso hídrico. Por ésta razón, el hombre
se ve en la obligación de emplear métodos que obedezcan a las características físicas de la naturaleza, y
den solución así al problema de desabastecimiento
de agua. Si bien es claro que la acción del hombre en
el mundo es la culpable del cambio que sufre la tierra,
se debe resaltar la preocupación que éste ha adquirido con el tiempo, por implementar planes de acción
que contribuyan al mejoramiento del ecosistema, a
través de organizaciones destinadas al estudio del
medio ambiente.
planes de acción para conservar el agua en las cuencas Colombianas.
Según la OMM “Organización Meteorológica
Mundial”, el problema de cambio climático por el cual
atraviesa el mundo trae como consecuencias tormentas frecuentes e intensas, inundaciones y sequías de
larga duración, y presencia de erosión en la tierra;
además de los daños que se ocasionan al ecosistema, se puede ver muy afectada la salud publica, por
la vulnerabilidad de las comunidades a los desastres
naturales de todo tipo. Teniendo conocimiento de las
secuelas que puede dejar el cambio climático en el
mundo, se han venido convocando una serie de eventos cuyo propósito es tomar medidas preventivas y en
última instancia dar solución al problema que aqueja
a la humanidad. Entre tanto, el IDEAM “Instituto de
Hidrología Meteorología y Estudios Ambientales”,
presenta algunos impactos proyectados del cambio
climático como: una aumento en el calentamiento
global de cerca de 0,2ºC, y un aumento en el promedio de la temperatura superficial global en un rango
entre 2ºC y 4,5 ºC, se afirma que el hombre será el
único responsable de tales efectos. A nivel local se encuentra una entidad pública nacional llamada CORPOBOYACÁ cuyo fin es administrar los recursos naturales
y proteger el ambiente mediante procesos de planificación; ésta entidad realizó un estudio en compañía
de un grupo de ingenieros de la Universidad Santo
Tomás, seccional Tunja, que afirma que actualmente
existe una gran cantidad de agua subterránea en el
municipio de Duitama, estudio que fue publicado por
el periódico BOYACA 7 DÍAS (2010) pag.18, en su publicación del 25 de Junio de 2010.
El modelo de cuenca de Thomas [2] yace como
una necesidad para modelar cuencas donde no hay
información disponible de caudales, razón por la
cual, no se podrían calibrar y analizar eventos hidrológicos en estas locaciones. A través del presente
estudio se caracterizará una cuenca piloto con información climatológica disponible, que permita la estimación de los parámetros del modelo y las características hidrogeológicas de la región de estudio. El
modelo “abcd” es un modelo de cuenca no lineal, el
cual acepta la precipitación y la evapotranspiración
potencial como entradas de modelo, produciendo la
magnitud del flujo en la corriente hídrica de estudio.
Internamente el modelo también representa la humedad almacenada en el suelo, el almacenamiento
subterráneo, la escorrentía superficial, las descargas
de flujo procedente de acuíferos a las corrientes y
la evapotranspiración actual. Este modelo originalmente introducido por Thomas (1981) y Thomas et
al. (1983), es una adecuada estructura matemática
que permite evaluar el rendimiento regional del recurso hídrico empleando una escala temporal anual.
Este modelo ha sido sometido a diversas comparaciones con modelo mensuales de balance hídrico,
llevando los resultados a distinguirse por su estructura no lineal de respuesta hidrológica. El modelo
“abcd” define dos variables de estado: Wt, denominado “Agua Disponible” y Yt, denominado “Oportunidad de Evapotranspiración”. El agua disponible se
define como: t
Gracias a las investigaciones realizadas por éstas
y otras organizaciones, es posible ejecutar estudios,
que implementan modelos matemáticos cuyo fin es
acercarse lo más posible a la realidad, generando
Éste estudio busca mostrar, de manera empírica, la estructura de un modelo empleado para la
calibración de una cuenca aledaña al municipio de
Duitama, llamada Cuenca del Río Surba; teniendo
en cuenta que este enfoque no es tan extenso,
simplemente se da a conocer la complejidad para
la calibración del mismo. Aquí es clara la sensibilidad de los caudales en la medida de los cambios
climáticos. El objetivo final es poder comprender
los procesos físicos que dominan la sensibilidad de
los caudales con el clima; se pretende dar respuesta a ciertos interrogantes que cuestionan la importancia del agua subterránea en el caso de estudio
(Duitama – Boyacá).
II. MODELO DE CUENCA DE THOMAS
W t =P t +S t-1
(1)
Donde Pt es la precipitación durante el periodo t y St-1 es la humedad almacenada del suelo al
principio del periodo t. La oportunidad de evapo-
107
transpiración es el agua que eventualmente abandona la cuenca en forma de evapotranspiración y es
definida como:
Y t =E t + S t
recarga de agua subterránea, menos la descarga de
agua subterránea, resultando:
(7)
(2)
Donde Et representa la evapotranspiración actual durante el periodo t y St representa la humedad almacenada del suelo al final del periodo t. La
oportunidad de evapotranspiración, Yt, es postulado como una función no lineal del agua disponible
Wt, utilizando la siguiente ecuación:,
(3)
Finalmente, la escorrentía total Qt es la suma
de la escorrentía superficial directa y la descarga de agua subterránea hacia la corriente de flujo,
de modo que:
(8)
Donde Et representa el error del modelo en el mes t.
III. CUENCA DEL RÍO SURBA
Esta función simplemente asegura que:
(4)
De hecho, el límite superior de Wt es el parámetro b. Thomas et al. (1983) hace notar que a pesar de
estas propiedades, la función Y(W) no tiene particular significancia. La distribución del agua disponible,
Yt, entre Et y St se obtiene asumiendo que la tasa de
pérdida de humedad del suelo por evapotranspiración (PE) es proporcional a la humedad almacenada
del suelo, tal que:
(5)
Resolviendo la ecuación diferencial y asumiendo
que St-1 = Yt se obtiene que:
(6)
La diferencia entre agua disponible y la oportunidad de evapotranspiración, Wt – Yt, es la suma de
la recarga de agua subterránea y la escorrentía directa. El parámetro c distribuye la cantidad Wt – Yt
entre recarga de agua subterránea c(Wt – Yt) y la
escorrentía superficial directa (1 – c)(Wt – Yt). Finalmente, la descarga de agua subterránea a la corriente principal de flujo es modelada como dGt, donde d
es el cuarto parámetro del modelo y Gt es el almacenamiento de agua subterránea al final del periodo t.
El agua subterránea almacenada es modelada
empleando la ecuación de continuidad, de tal forma que el agua subterránea almacenada al final de
periodo t es igual al almacenamiento previo, más la
108 L’ esprit Ingénieux
A. ASPECTOS FÍSICOS
El caso de estudio “cuenca del río Surba” (ver Figura 1) se encuentra situada en la provincia de Tundama al noroeste del municipio de Duitama, con un
área superficial de 41,01 km2; se encuentra sobre
un terreno montañoso, donde sus pendientes oscilan entre el 20% y el 50%. En el nacimiento de la
cuenca la altitud es de 3.800 m.s.n.m y en el sitio
de interés (donde se localiza la estación hidrométrica) la altitud es de 2.700 m.s.n.m. La cuenca del río
Surba presenta 2 microclimas, la primera se localiza
por encima de los 3.200 m.s.n.m donde la temperatura promedio es de 6°C, y la segunda, en dos sectores localizados a 2.600 m.s.n.m y 3. 200m.s.n.m,
los cuales presentan una temperatura promedio de
¿Es Duitama una Ciudad Seca?
14°C. Es de gran importancia destacar que el rio Surba es uno de los principales afluentes del municipio
de Duitama.
B. ASPECTOS SOCIALES
La región donde se localiza la cuenca del río Surba es famosa por los huertos frutales de manzana,
peras, duraznos, curubas, y ciruelas. En éstas tierras
también se cosechan: papa, trigo, maíz, frijoles, cebada y hortalizas. La cabecera de la provincia del
Tundama, Duitama, es reconocida por sus talleres
artesanales que producen desde finas y elaboradas
cestas, pasando por los pañolones de macramé,
hasta mobiliario de estilo rústico colonial. El empuje de sus industrias ha hecho de esta ciudad una de
las más importantes en la construcción y ensamble
de carrocerías, siendo reconocidas y premiadas en
el ámbito nacional e internacional por su excelente
calidad. El sector comercial forma parte importante para el abastecimiento de la región, teniendo la
más alta productividad por personas ocupadas. Las
industrias dedicadas a la laminación reportan un índice significativo de lesiones por accidentes de trabajo; circunstancias que junto con la alta accidentalidad en las carreteras, incide notoriamente en los
determinantes de salud. Un factor importante de la
economía local es el transporte. El municipio de Duitama es punto convergente de las vías de comunicación con diferentes poblaciones del departamento
y fuera de él; es centro y despegue de las diversas
carreteras del oriente colombiano. El parque automotor que posee la ciudad se cataloga como el mejor del departamento y es uno de los primeros en el
ámbito nacional.
C. INFORMACIÓN HIDROCLIMATOLÓGICA
DISPONIBLE DE LA ZONA DE ESTUDIO
La cuenca de estudio cuenta con información
pluviométrica de la estación climatológica ordinaria
denominada Andalucía (2403535) y con información
hidrométrica de la estación limnimétrica denominada Las Vegas (2403710). La información pluviométrica disponible se encuentra limitada, especialmente,
por la discontinuidad en la operación de la estación,
muestra vacíos entre días, meses o años a lo largo del
periodo de operación. Para una mejor calidad en los
reportes de modelación, que a continuación se presentarán, se adoptó un periodo de estudio de 9 años
(1997 – 2005) dentro de la región temporal de operación de las estaciones.
D. DESCRIPCIÓN DE LA
INFORMACIÓN DISPONIBLE
A partir de las series históricas de valores totales
diarios de precipitación, correspondientes al perio-
do de estudio, se puede inferir, a partir de los datos,
un régimen de lluvias que oscila en un rango medio
mensual de 106 mm para los registros de la estación
Andalucía (2403535). En las series de valores medios
diarios de caudal (ver Figura 3 a Figura 10), en los
cuales se distingue un régimen periódico característico de esta variable física. El caudal medio observado en la estación Las Vegas es de 0,60 m3/s. Dadas
estas características estadísticas, la cuenca del río
Surba preserva un rendimiento hídrico de 14,71 l/sKm2.
E. REGISTROS DE VARIACIÓN CLIMÁTICA
Figura 2. Fotografías parte alta de la Cuenca del rio Surba a 3750 m.s.n.m.
109
Los registros de precipitación preservan una
frecuencia dominante de 0.005 día-1, o bien, una
periodicidad de 200 días, correspondiente al lapso
promedio de tiempo entre los dos periodos húmedos (e.g. ver Figura 43). De igual forma, los registros
medios diarios de caudal mantienen la misma periodicidad, sin embargo, en los espectros se detecta
Figura 11. Espectro de frecuencia de los valores totales diarios de precipitación de la estación (CO) Andalucía.
FFigura 12. Espectro de frecuencia de los valores totales diarios de caudal de la estación (LM) Las Vegas.
Figura 12. Espectro de frecuencia de los valores totales diarios de caudal de la estación
(LM) Las Vegas.
la periodicidad anual del proceso físico y una periodicidad de 0.00055 día-1, lo que corresponde a una
periodicidad de 5 años. Este último valor identifica,
posiblemente, la periodicidad de un evento climático tipo ENSO.
IV. RESULTADOS Y DISCUCIÓN
Los resultados de la calibración dependen totalmente de la forma en que sea aplicado el modelo
seleccionado; en este caso para el empleo del modelo de Thomas, fue de gran importancia hacer un
reconocimiento del área de estudio, de tal forma
que se conocieran las características físicas de la
cuenca y se facilitara la estimación de los parámetros fundamentales del modelo. Según las visitas
realizadas a la zona de estudio, se logró tener una
clara idea de las características físicas de la cuenca,
las cuales permitieron estimar con mayor facilidad
cada uno de los parámetros.
De acuerdo con lo indicado, el modelo de Thomas
tiene cuatro parámetros intrínsecos que componen
la estructura del modelo y que a su vez se relacionan
con una interpretación física de la cuenca. El parámetro “a”, el cual varía entre 0 y 1, se define como la
tendencia de la cuenca a generar flujo por escorrentía,
dada la estructura aluvial que conforma la cuenca y la
predominancia de suelos arcillosos, se adopta un rango de búsqueda para este parámetro entre 0.9 y 1.0
110 L’ esprit Ingénieux
considerando que la cuenca es susceptible a la escorrentía superficial directa. El parámetro “b” es el límite
superior en la suma de la evapotranspiración real, de
la cantidad de agua evaporada, más aquella que reside
en el suelo, y en consideración a que los valores de evaporación registrados en la estación CO Andalucía, son
semejantes en magnitud a los valores totales mensuales de precipitación, se asume que el agua precipitable
de la cuenca del río Surba es la resultante del vapor de
agua producto de la evaporación, la cual se convierte
en precipitación mediante un proceso orográfico local.
Por esto, se adopta un rango de búsqueda del parámetro “b” entre los 90 mm y 200 mm, valor semejante al
rango de observación de la precipitación.
¿Es Duitama una Ciudad Seca?
Figura 14. Resultados de la calibración del modelo de Thomas para los valores de los años de 1997 a 2000. Valores observados en color azul y valores simulados en color rojo. Figura 14.
Resultados de la calibración del modelo de Thomas para los valores de los años de 1997 a 2000. Valores observados en color azul y valores simulados en color rojo.
Tabla 1. Valores estimados de los parámetros del modelo
de Thomas, para los años de estudio.
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Tabla 2. Comparación de valores observados y simulados para los valores de los años de 1997 a 2000.
Tabla 3. Comparación de valores observados y simulados para los valores de los años de 2001 a 2004.
Fuente Fotográfica: http://www.yanmarsur.com/index.php?m=det&cat=1&iditem=115
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¿Es Duitama una Ciudad Seca?
En el modelo se observa también un parámetro “c”,
el cual varía entre 0 y 1, es igual a la fracción de caudal
que se deriva por aportes de agua subterránea. Cuando se realizó la visita de campo, la cuenca a travesaba
un marcado periodo de sequía, sin embargo, se observa una moderada cantidad de flujo por escorrentía;
de esto se puede deducir que la mayor parte del flujo
procede de la descarga del acuífero hacia la corriente
principal; según ésta apreciación se infiere un valor del
parámetro “c” en el rango entre 0.7 y 0.8.
A lo largo del reconocimiento de la zona de estudio,
se observaron ciertas zonas de descarga identificadas
por la variación en la cantidad del flujo en ciertos puntos del río, aguas debajo de la cuenca. Para el estimativo del parámetro “d”, se asume un tiempo de residencia del agua subterránea en la cuenca de 3 meses
basados en la descripción morfométrica de la cuenca
y la distribución de los datos; éste parámetro se estima
en 0.33, Los parámetros en mención fueron estimados
mediante un proceso de calibración manual, la cual requirió gran perspicacia en la estimación de los valores
de cada uno de los parámetros, es presentada en la
Tabla 1. Los resultados obtenidos de estos parámetros
son presentados en la Tabla 2. y en la Tabla 3. Según los
resultados se muestran dificultades para ajustar el mo-
Figura 15. Resultados de la calibración del modelo de Thomas para los valores de
los años de 2001 a 2005. Valores observados en color azul y valores simulados
en color rojo.
Fuente Fotográfica: http://whttp://spanish.alibaba.com/productgs/hot-rolled-steel-h-beam-240151169.html
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delo, sin embargo, se alcanzan los mejores estimativos
para el año 2004; en este año se asumió que el almacenamiento del agua subterránea al inicio del año es de
100 mm, además el flujo de agua subterránea se estima
en un 70% del valor que se logra almacenar en los acuíferos. La variación de los parámetros no es muy amplia,
lo que podría señalar que los procesos hidrológicos que
aquí se desarrollan son recurrentes.
CONCLUSIONES
Para la calibración de una cuenca con información
escasa, se requiere de una gran interpretación de los
parámetros del modelo basados en los procesos físicos
que se llevan a cabo en la zona de estudio. El modelo
empleado para esta calibración sólo nos da una pequeña visión del modo en que se calibra una cuenca
hidrográfica, arrojando así, datos estimativos que se
relacionan con la presencia de agua subterránea en la
zona de estudio. De esta manera se obtuvo un promedio para los parámetros del modelo de: 0.86 para la
tendencia de la cuenca a generar flujo por escorrentía,
151.12 mm para la cantidad de agua evaporada más
aquella que reside en el suelo, 0.71 para la fracción de
caudal que se deriva por aportes de agua subterránea,
y finalmente, para el valor recíproco del tiempo de residencia del agua subterránea en la cuenca se estima
un periodo de 3 meses; por otra parte, se calculó una
humedad almacendada del suelo de 86 mm para el periodo de estudio de ocho años y un promedio de almacenamiento de agua subterránea de 67.5 mm.
Gracias a los resultados obtenidos mediante la calibración y comparándolos entre sí con cada periodo
de estudio, es posible deducir que efectivamente hay
presencia de agua subterránea en la cuenca, tal vez a
futuro pueda ser utilizada para abastecer al municipio
de Duitama, ¿Por cuánto tiempo? es incierto; pero si
fuera necesario utilizar este recurso, sería conveniente
realizar los estudios pertinentes para conocer las características del agua, y así determinar si es apta o no
para el consumo humano
.
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Fuente Fotográfica: http://www.el-buskador.com/galeria/img-wallpapers-tecnology-(5)-5139.htm
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Facultad de Ingeniería Civil