proyecto sobre puentes, Apuntes de Ingeniería Civil

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Unidad Académica de Ingeniería, Industria y Construcción

Carrera: Ingeniería Civil

Vulnerabilidad de puentes sobre el río Burgay dentro de

la ciudad de Azogues.

Ciclo: 5TO CICLO

Asignatura Integradora: Hidráulica Integrantes:

1. Alicia Gavilanes Pinos **2. Carolina Peña Ortega

3. Cinthia Siguencia Bermeo**

Período académico: septiembre 2018 – febrero 2019

Fecha: Enero 2019

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Vulnerabilidad de puentes sobre el río Burgay

dentro de la ciudad de Azogues.

Alicia Gavilanes, Carolina Peña, Cinthia Siguencia. Unidad Académica de Ingeniería, Industria y Construcción/Facultad de Ingeniería Civil, Universidad Católica deCuenca Sede Azogues. [email protected], [email protected], [email protected]. Resumen Por medio del presente trabajo podemos establecer la aplicación de cada una de las cátedras estudiadas y en curso, — estas son importantes para la determinación de la vulnerabilidad del puente Tedasa sobre el río Burgay, dentro de laciudad de Azogues, además se da a conocer los diferentes parámetros hidráulicos, los materiales constitutivos de dicho puente, su estado actual y patologías visibles, también, las diferentes alturas del río en el puente y variación devolúmenes, asimismo, los valores máximos de fuerza cortante y momento flexionante, metodologías de aforo en los ríos para la determinación de los distintos caudales, igualmente, está basado en un levantamiento topográfico y en unanálisis estructural. Todo este informe está citado con normas APA, georeferenciado y explicado por cátedra, su objetivo, el proceso y los resultados obtenidos. Palabras Claves— Puente, Caudal, Volumen, Vulnerabilidad.

I. INTRODUCCIÓN

En el presente trabajo se aplicará los conocimientos adquiridos e investigados, para el estudio de ciertos aspectos que influyen en el río Burgay, en la ciudad de Azogues, ubicado en la Av. Andrés F. Córdova. Uno de los elementos que conforman una vía son las estructuras de cruce o puentes, la finalidad de un puente es pasar con el eje del camino por encima de un accidente geográfico o cualquier otro obstáculo físico, como por ejemplo un río y de esa manera lograr la comunicación entre ambos lados de este cuerpo de agua. Pero para lograr lo anterior es necesario realizar un estudio sobre la zona, y sobre la estructura; utilizando todos los métodos e instrumentos necesarios, además es de mucha importancia saber las velocidades de un río, como los caudales de el mismo, aplicando los distintos métodos para la obtención de estos. Las secciones constan de las cátedras que giran en torno a la cátedra integradora, cada una de ellas presenta una manera aproximada para calcular la vulnerabilidad del puente en estudio, y lo que se debe considerar para que el estudiante a través de su conocimiento aplique y se familiarice en el campo de Ingeniería Civil.

II. OBJETIVO GENERAL

Identificar los problemas de puentes sobre el río Burgay dentro de la ciudad de Azogues, que puedan comprometer su seguridad.

III. OBJETIVOS ESPECÍFICOS

-Determinar los materiales constitutivos de los puentes, su estado actual y patologías visibles. -Levantar información sobre altura del río en el puente y determinar variaciones en volúmenes. -Determinar los valores máximos de fuerza cortante y momento flexionante en el puente. -Realizar un levantamiento topográfico de un tramo del sector (incluido el puente) y determinar áreas de influencia o afecciones. -Identificar metodologías de aforo en ríos para determinar caudales y aplicar metodologías seleccionadas, en los sectores de los puentes de estudio. -Determinar parámetros hidráulicos de flujo en el río Burgay, en la sección del puente en estudio.

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V. MÉTODOS, PROCESOS Y RESULTADOS.

A. CÁTEDRA 5: MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN

Puente Es una obra permanente que permite salvar un obstáculo natural o artificial como puede ser una vía fluvial, marítima, un valle, una vía de circulación (autopista, ruta, ferrocarril), etc. Estos pueden ser de dos tipos:  Según la vía soportada  Según el material que lo constituye

1. Materiales empleados en la construcción de puentes Este proyecto se basa en reconocer los materiales que posiblemente fueron utilizados en la construcción del puente Tedasa ubicado en la Av. Andrés F. Córdova, en el cantón Azogues. A lo largo de los siglos, el hombre ha mejorado continuamente la construcción de puentes para hacerlos más resistentes al clima, a los movimientos fortuitos del terreno y para conectar distancias mayores. Hoy en día hay muchos materiales utilizados para la construcción de puentes, entre los principales se tiene:  El acero El acero proviene de una aleación entre dos elementos: el hierro es uno de los metales más abundantes en la Tierra, pero también es muy común en el medio ambiente. El punto fuerte del acero es principalmente su resistencia cuando se somete a esfuerzos de arrastre. También tiene grandes cualidades de durabilidad, ya que puede hacer frente al óxido y la corrosión cuando se combina con un bajo porcentaje de cromo, que se llama acero inoxidable. (Matiére, 2018) Este material se puede usar para varias partes del puente, como el tablero, los anclajes, las bóvedas, los obenques y todas las otras piezas para resistir a grandes esfuerzos. (Matiére, 2018) Sin embargo, el acero todavía tiene algunos puntos débiles, especialmente la predisposición a la fatiga cuando se somete a grandes esfuerzos durante un largo período de tiempo, pero también a su fragilidad a bajas temperaturas. Hoy en día existen diferentes tratamientos para hacer que este material enfrente las limitaciones físicas y ambientales, como lo es un revestimiento especial hecho con una cera de petróleo. (Matiére, 2018)  El hormigón El cemento Portland es el principal componente, y está compuesto por silicatos de calcio, sulfato de calcio y piedra caliza; estas rocas se cuecen en hornos a una temperatura de 1450°C. Este

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cemento se mezcla con agua, áridos finos y áridos gruesos para formar el hormigón. (Matiére, 2018). Los áridos son fragmentos que se originan por la disgregación natural de las rocas, debido a la acción de diferentes agentes naturales. Son, por tanto, un material de origen sedimentario, que puede obtenerse a pie de la roca de la cual se ha disgregado, o en los cauces de los ríos, donde queda depositado. (CONSTRUMÀTICA, 2016) Los áridos pueden dividirse en: Áridos gruesos o gravas: Son aquellos que tienen un diámetro superior a 5 mm. Áridos finos o arenas: Son los de un diámetro inferior a 5 mm. Cuando las arenas son muy finas, de tamaño inferior a 0,08 mm, reciben el nombre de limos. El hormigón puede ser usado en diferentes estados (de plástico a fluido) para verterlo en moldes y luego dejarlo secar para hacerlo sólido. Su fuerza también proviene de su longevidad, ya que tiene una vida útil de hasta 100 años, dependiendo de su composición. Sin embargo, aunque tiene capacidades significativas en términos de esfuerzos de compresión, su rendimiento en tracción es mucho menor. Pero el puente es uno de los trabajos más restringidos. (Matiére, 2018) Hay dos soluciones para hacer que el concreto sea más resistente:  El hormigón armado El hormigón armado es un hormigón con refuerzos metálicos añadidos. Para esto, las varillas de refuerzo de acero están sumergidas en el hormigón todavía fluido donde la pieza de trabajo estará sometida a las mayores fuerzas de tracción. Para evitar el menor desplazamiento del acero en la mezcla, se acostumbra girar el extremo de las barras dentro del concreto. (Matière, 2018) La pieza puede resistir de manera muy efectiva tanto las fuerzas de compresión como las de tensión. Este material se encuentra a menudo para la construcción de pilones. (Matière, 2018) Sin embargo, hay un punto negativo para este material, ya que se deteriora prematuramente en ambientes húmedos y está sujeto a los efectos del oxígeno, esto se llama oxidación. Estos efectos pueden contrarrestarse con un mecanismo colocado dentro de la estructura que lo deshidrata. (Matière, 2018)  El hormigón pretensado Para crear piezas de hormigón pretensado, es suficiente agregar refuerzos activos al hormigón, a menudo en forma de hebras de acero, para que el hormigón pueda soportar mejor los efectos de la tracción. El proceso es simple, en un molde, el cable tensado se coloca sobre el que se vierte el

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estructural. (Mascia, 2011) 3.1 Patologías del hormigón reforzado y pre-tensado Existen muchos factores que influyen en el comportamiento final del hormigón, los más relevantes para la patología en estudio, dentro de las estructuras de concreto reforzado y pre- tensado, son: calidad del material, relación agua/cemento (w/c), medio ambiente, medidas y la calidad del proceso de construcción de obra civil. (Mascia, 2011) 3.1.1 Causas de patologías en estructuras de hormigón En el análisis de la estructura dañada, el reconocimiento de la causa patológica es indispensable junto con correcto tratamiento, necesario para garantizar la minimización de la patología post- recuperación. Las causas del deterioro de las estructuras pueden ser divididas en dos grandes grupos. Estas pueden ser causas intrínsecas y extrínsecas. (Mascia, 2011) Las causas intrínsecas son aquellas que residen en la estructura misma. Tienen su origen en los componentes y materiales de la estructura. Son causas provocadas por errores humanos durante la ejecución y/o fase de empleo, así como por agentes naturales externos como ataques químicos e incluso accidentes. Mientras que las causas extrínsecas son entendidas como factores que agreden las estructuras "desde fuera hacia adentro" durante todo el proceso de concepción, ejecución, o diseño de vida útil. (Mascia, 2011) 3.1.2 Formación y mecanismos manifiestos a) Grietas La formación de grietas se debe a la deformación provocada por la carga medioambiental o mecánica en una pieza de hormigón reforzado o pre-tensado, y puede tener origen en muchos factores, tales como: grietas por deformación de tensión o compresión, grietas originadas por esfuerzo cortante o torsión, grietas causadas por desplazamiento del hormigón, grietas originadas por contracción, grietas causadas por deformación de longitud térmicas, grietas provocadas por deficiencia en el posicionamiento de equipo de soporte y detalles en las juntas dentadas. (Mascia,

b) Reacciones químicas Además de las reacciones químicas necesarias para la hidratación de los componentes del hormigón, que inducen a deformaciones por encogimiento, pueden existir reacciones nocivas tales como reacciones expansivas. Las más comunes de este tipo son: reacción alcalina del agregado, reacción alcalina dolomita, feldespato calcio-sódico, ataque de sulfatos. (Mascia, 2011)

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c) Daño provocado por la colisión de vehículos y fuego La colisión de un vehículo contra las estructuras del puente provoca cargas extremas y elevadas difíciles de dimensionar, causando deformación aguda y daños tales como el desprendimiento de la cubierta y la exposición de la barra de acero reforzado, exigiendo un programa de protección para tales reparaciones. (Mascia, 2011) Puesto que el estudio del fuego es bastante común, existe buen material de referencia sobre esta materia. En las estructuras de hormigón reforzado y pre-tensado, el fuego produce una acción tremendamente nociva. El calentamiento del material produce un aumento del volumen generando enormes esfuerzos internos que provocan deformación del hormigón, grietas y colapso del hormigón. (Mascia, 2011) d) Deterioro del hormigón pre-tensado Los elementos del concreto pre-tensado también pueden sufrir con las acciones nocivas de factores bien conocidos y cuantificados, como: pérdida de adherencia entre el acero tensado y el hormigón; relajación del acero pre-tensado; retracción del hormigón; corrosión por deformación del hormigón bajo tensión del acero pre-tensado; deficiencia de la barra de acero de refuerzo pasiva en el anclaje. (Mascia, 2011)

3.2 Patologías del acero El acero estructural cuya aleación metálica está compuesta principalmente de hierro y pequeñas cantidades de carbón (de 0.002% a 2.0%), posee propiedades de resistencia y ductilidad. En las estructuras compuestas (vigas y placas) fabricadas en acero y hormigón, muy empleadas en la construcción de puentes pequeños y de tamaño mediano, también se debe verificar la integración entre el hormigón y el acero, es decir las conexiones. (Mascia, 2011) 3.2.1 Mecanismos de formación y manifestación a) Oxidación del acero El fenómeno de la corrosión involucra una amplia variedad de mecanismos generadores, que pueden ser clasificados en cuatro grupos: corrosión en ambiente acuoso (90%), oxidación y corrosión por calor (8%), corrosión en ambientes orgánicos (1.8%), corrosión por metales líquidos (0.2%). La causa más frecuente de deterioro en las estructuras de metal es la oxidación del acero. (Mascia, 2011)

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Las variaciones de temperatura actúan sobre las estructuras creando movimientos de elongación y encogimiento. Cuando estos movimientos son detenidos por un soporte, se ejerce gran esfuerzo sobre el material que pudiera exceder su límite de rendimiento, en especial en estructuras hiperestáticas, provocando así deformaciones plásticas. Este efecto es reducido con el empleo de espacios intermedios entre los soportes y conexiones, y usando equipamiento de soporte en buenas condiciones. (Mascia, 2011) e) Daño causado por el efecto del fuego Las altas temperaturas sobre 100°C, tienden a eliminar el límite de rendimiento del material, provocando un diagrama de curva esfuerzo- deformación, también creando una gran variación del módulo de elasticidad. Las temperaturas sobre 250 y 300°C causan desplazamiento en los aceros, por lo tanto un tratamiento térmico es la mejor alternativa para aumentar el tiempo de resistencia de un elemento bajo condiciones de fuego. (Mascia, 2011) f) Grietas causadas por fatiga y/o concentración de esfuerzo Las grietas por fatiga se producen en estructuras expuestas a carga cíclica como es el caso de los puentes. Estas variaciones de carga provocan oscilaciones de esfuerzo que pueden generar fisuras y grietas. En los puntos de concentración de esfuerzo, los efectos de fatiga son más agudos. Las rupturas generadas por fatiga son muy peligrosas y frágiles. Algunos factores que pueden provocar grietas y fisuras son: alta frecuencia de tráfico de camiones pesados; variación a gran escala del esfuerzo; calidad del material; calidad de la soldadura, edad e historia de las cargas del puente. (Mascia, 2011) g) Daños por soldadura Las fallas por soldadura, ya sean por bajo rendimiento o material inadecuado, pueden provocar daños severos a la estructura generando una ruptura leve. (Mascia, 2011) h) Daños causados por excesiva vibración El uso de las estructuras de piso, con grandes espacios intermedios que reducen el pandeo, pueden provocar vibraciones incomodas. El problema de vibraciones puede ser considerado en el diseño estructural, a través del análisis dinámico. Los efectos nocivos de la vibración pueden volverse incómodos para los usuarios y un riesgo de ruptura para la estructura por efecto cíclico, generando fatiga. (Mascia, 2011)

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B. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

Al realizar un análisis indirecto de un puente Tedasa ubicado en la Av. Andrés F. Córdova en el cantón Azogues, se determinó que posiblemente fue construido con hormigón, acero de refuerzo, encofrado de madera para puentes, encofrado recto, y hormigón ciclópeo, siendo construido como cualquier otro puente usando materiales principales como acero y hormigón.