Control Ingeniero Geodésico en las vías de Montaña

Resumen

La economía de cualquier país del mundo está sujeta al desarrollo de sus vías de comunicación y las funciones de explotación y conservación son necesidades imperantes que exigen rigor en el control.

El mundo actual en la rama de la Geodesia no ha estado al margen del desarrollo multifacético de la economía y hoy existen tecnologías de punta que facilitan obtener valores altamente precisos, capaces de determinar las deformaciones a pequeña escala. Es importante además, determinar en qué momento emplearlas en correspondencia con la posible deformación esperada. De este modo se puede establecer la red de control de deformaciones que garantice el estudio de la estabilidad en el tiempo, para valorar su calidad.

Ello presupone la aplicación de métodos que permitan realizar la medición según la deformación calculada o proyectada en diferentes momentos durante la vida útil de la obra.

El presente artículo es resultado de un Trabajo de investigación realizado por el autor, como resultado de su Tesis de Maestría en Vías de Comunicación Terrestres en la Universidad Central ¨Marta Abreu¨ de Las Villas en Cuba, en el mismo se reflejan los resultados del control ingeniero geodésico realizado a la estabilidad al puente sobre el río Cayajaná en la Provincia de Santi Spíritus en Cuba.

Introducción

En la construcción de una vía, ya sea carretera o ferrocarril, se presentan ciertos obstáculos que han de ser salvados, sustituyendo el terraplén por una estructura. Los obstáculos pueden ser varios y presentar condiciones que obliguen a usar tipos diferentes de estructuras. El más frecuente de los obstáculos los constituyen las corrientes de agua que atraviesan el trazado de la vía. Para salvarlo, se necesitan una estructura tal que la abertura que ella deja sea suficiente para permitir el cruce del agua de una crecida, sin que se afecte el terraplén de aproche, a la propia estructura, ni sobrepase la altura de la rasante obstruyendo la circulación por la vía. A estas estructuras se le denominan obras de fábrica, las cuales están divididas en dos clases: menores y mayores.

Las obras de fábrica menores son aquellas cuyas longitudes sean menores de 6m. Estas pueden incluir puentes de luz corta, pero en general se consideran solo las alcantarillas.

Las obras de fábrica mayores son aquellas que tienen una longitud, medida a lo largo del trazado, mayor de 6m incluyendo alcantarillas de celdas múltiples si cumplen con este requisito, aunque generalmente cuando se habla de este tipo de estructura se refiere a puentes.

Una obra de fábrica no puede considerarse como una estructura independiente, sino que forma parte de otra obra, una carretera o una vía férrea, en la cual realiza una función específica: dar paso a las aguas de una corriente, cruzar sobre otra vía o salvar un vano. Por lo tanto una obra de fábrica está condicionada por las características de la vía, es decir, la ubicación, la alineación y la altura. Todo esto hace que se requieran de estudios topográficos que aseguren que la obra de fábrica tenga en el conjunto de la obra la posición adecuada.

Los estudios topo geodésicos también se emplean durante el tiempo de explotación de las obras, ya que durante este período ocurren diferentes procesos que pueden afectar su estabilidad, como las deformaciones producto de diferentes causas, pudiendo llegar estas a provocar situaciones catastróficas, como el derrumbe de la misma. Para prevenir estos efectos negativos en las obras ingenieras se debe organizar un Control Sistemático de las observaciones Ingeniero Geodésicas que permitan conocer el estado actual de la estructura para realizar comparaciones periódicamente y poder tener constancia de las transformaciones que van ocurriendo en ella.

Datos del puente sobre el río Cayajaná:

• Nombre de la vía: Circuito Sur –Tunas de Zaza

• Longitud de la Vía: 38km

• PAVTD(Vehículo/día): 313

• Nombre de la Obra: Puente sobre el Río Cayajaná

• Norma de Diseño: Cubana

• Tipo de Superestructura: Vigas Metálicas y Losa Prefabricada Insitu

• Material de la Superestructura: Acero y Hormigón Armado

• Número de Vigas y Armaduras Principales: 5

• Número de Vigas y Armadura Principal: 1.20m

• Aparato de Apoyo: No presenta

• Espesor de la Losa: 0.15m

• Longitud Total: 31.80m

• Número de Luces: 2

• Dimensión de las Luces: 8.10m+9.55m

• Ancho de Calzada: 4.50m

• Ancho de Aceras: 0.55m

• Ancho Total del Puente: 6.53m

• Ángulo de Esviaje: 60º

• Pretiles y Altura: Hormigón Armado y 0.75m

• Las Aguas bajo el Puente: No están Canalizadas

• Kilómetro: 2.10

• Tramo: Entronque Circuito Sur – Guasimal

• Material Subestructura: Hormigón Armado Insitu

• Gálibo Vertical: 4.45 m

• Estribos y Aletones: Estribo Cerrados con Aletones Oblicuos.

• Pilas: Muro Vertical

• Revestimiento de Estribos: No presenta

Desarrollo

A solicitud del Centro Provincial de Vialidad de Sancti Spíritus se procedió a organizar un control sistemático de las deformaciones en la estructura del puente sobre el Río Cayajaná, del cual no se tiene conocimiento sobre la realización de trabajos anteriores con estos fines (Observaciones de deformaciones).

Según la solicitud del proyectista de la obra la precisión en las mediciones Ingeniero Geodésicas debían garantizar un e.m.c. de ± 5.0mm, tomado como base de cálculo de las mediciones, teniendo en cuenta que según las indicaciones establecidas para las redes de nivelación y con el uso de equipos del tipo H-3T se garantiza un error medio cuadrático en la estación de 1.1 mm, por lo que se decidió ubicar la red de control complementaria de forma tal que esta quedara fuera del área de asentamiento y deformación, pero que a su vez permitiera controlar la estabilidad de la obra.

• Proyección de los Trabajos.

Si se conoce que el e.m.c. en la estación (mh= 1.1mm)

Si Mh (km) = mh (est.) * vn , entonces para L=150m L=50 n=3

Mh (km) = 1.1mm * v3 = 1.91mm

Según la teoría de los errores para un kilómetro de recorrido el error límite será para un kilómetro de:

Fh perm = 3Mh (km) = 5.7mm

Para este caso de la poligonal donde L= 0.2km

Fh perm = 3Mh (km) * vL = (3 * 1.91mm) * v0.2 = 2.5mm ó 3.0mm

Si la línea proyectada se traza en ambos sentidos entonces:

Fh perm = 3Mh (km) * v2L = (3 * 1.91mm) * v2*0.2 = 5.7mm

• Organización de los Trabajos.

Durante los veinte ciclos de control se realizaron cinco ciclos de control al polígono exterior (control de estabilidad) en ambos sentidos, tomando como ciclo inicial de referencia el Ciclo No1:

Tabla 1: Ciclos de Control al Polígono Exterior

• Observación de las Deformaciones.

Para organizar las observaciones se realizó un reconocimiento a la estructura con el fin de detectar las zonas donde se encontraban la mayor cantidad de fisuras y grietas, ubicándose 8 marcas en los lugres críticos (Anexo 2)

Se consideró entonces como posibles críticas las MA – 3, MA – 4, MA – 5, MA – 6, que se ubican dentro de la zona deformada con mayor flecha con respecto a la posible rasante:

Figura 1: Senda Izquierda

Figura 2: Senda Derecha

• Procesamiento de las Observaciones.

Teniendo en cuenta la distribución de las marcas, la ubicación del V-2026 (referencia) y la intensidad del tránsito, se aplicó la siguiente forma de observación:

Figura 3: Posiciones del Instrumento

Se midieron los desniveles en dos posiciones del instrumento (1 y 2) diametralmente opuestas y en casos de diferencias se realizó un tercer horizonte del instrumento.

Se uso como método de observación el radial por los siguientes motivos:

• Necesidad de observar las marcas en el menor tiempo posible e iguales condiciones (cargas).

• Eliminar con las dos posiciones cambios bruscos de distancias focal y disminuir y por ende su influencia en el error en la estación.

• Evitar la interrupción de intrusos ajenos al trabajo.

El proceso de cálculo se realizó a mano para el caso de las mediciones inmediatas en el campo y digitalmente en Microsoft Excel para la entrega y elaboración final de las mediciones.

Durante el desarrollo de las observaciones se midió también el desplome del apoyo en ambos sentidos de la vía.

Figura 4: Medición del Desplome del Apoyo

Tabla 2: Desplome del Apoyo en ambos Sentidos de la Vía

• Valoración del Comportamiento de las Deformaciones en las Marcas. Tabla 3: Medición de las Deformaciones en las Marcas

Los ciclos No6 y No20 son los más críticos presentando mayores valores de deformaciones negativas (asentamientos), veamos la tabla siguiente:

Tabla 4: Mayores Valores de Deformaciones Negativas

Se aprecian deformaciones negativas en el Ciclo No6 (asentamientos) que según la opinión de los vecinos fue provocado por el paso de vehículos de carga muy superiores a las 5.0 ton.

Para el caso del Ciclo No20 no son estas las causas, ya que ocurrieron lluvias intensas con crecientes del río que pudieran haber influenciado sobre las rocas o suelos donde reposa el apoyo provocando la saturación del suelo lo que motivara una pérdida de la resistencia y la desigualdad de las fuerzas que actuantes.

Si se analiza el comportamiento teórico de las deformaciones sobre la estabilidad de las obras ingenieras se estaría en presencia de fuerzas actuantes como: cargas dinámicas, velocidad de las aguas y materiales sólidos que provocaron choques contra la estructura de ahí que se produjeran la flechas que se muestran anteriormente llegando un poco a atenuarse hasta reposar sobre una roca posiblemente estable con deformaciones muy pequeñas. Aunque se pudiera estar en presencia de una pérdida de resistencia de los materiales producto de sobre cargas superiores a las 5,0ton más las crecidas peligrosas que pueden lavar las rocas de la base hasta debilitarlas y provocar el fallo de la obra, poniendo en peligro la pérdida de recursos humanos y materiales.

• Valoración Integral.

Teniendo en cuenta el comportamiento de la obra se puede decir que las MA-3, MA-4, MA-5 y MA-6 son las que presentan una mayor deformación y por tanto ofrecen mayor peligro, pues son tienen valores negativos casi uniformes en el orden de 10.0 mm aproximadamente, lo que permite predecir peligro eminente que puede tener un carácter espontáneo y sorpresivo. Estos resultados deben ser analizados por un grupo de especialistas multidisciplinario a fines al problema.

Conclusiones

En el presente trabajo se puede llegar a las siguientes conclusiones, luego de realizar una revisión bibliográfica de algunos aspectos relacionados con este tema y efectuar el control Ingeniero Geodésico de Estabilidad en el Puente sobre el Río Cayajaná:

• Los errores obtenidos son inferiores al error límite proyectado por lo que los puntos de control se consideran estables, debiendo destacar que las diferencias obtenidas se tuvieron en cuenta durante las observaciones y el cálculo de las deformaciones verticales.

• La flecha en la senda derecha es mayor que la izquierda provocando un asentamiento diferencial del apoyo, a la vez que resulta el lado más débil.

• Se puede decir que las marcas han presentado inestabilidad en su comportamiento con desplazamientos de su estructura superiores a los errores de medición por lo que se consideran deformaciones reales observadas donde el menor desplazamiento lo tiene la MA-1 equivalente a 5.0 mm mientras que el mayor lo presenta la marca MA-4 ascendente a 24 mm.

Recomendaciones

• Establecer un control riguroso sobre la limitación de paso para vehículos de más de 5.0ton.

• Mantener un control frecuente de las deformaciones establecidas por el proyectista que pudieran estar entre tres día o semanal.

Bibliografía

CARDOSO VIERA, J. (1988) "Inventario Nacional de Puentes, Carretera Circuito Sur – Guasimal", Codificación 5070401 – (01 – 02) SP. Empresa Provincial de Transporte, Sancti Spíritus, Cuba.

VÁLDES AVELLANEDA, E. y TAYLOR HERNÁNDEZ, G. (1987) "Puentes 1". Editorial Pueblo y Educación. Ciudad de La Habana, Cuba.

Anexo

Autor:

Ing. Bárbaro Carbonell Rubio.

Maestrante en Vías de Comunicación Terrestres.

Universidad Central ¨Marta Abreu¨ de Las Villas. Cuba.