PUENTES / PROPUESTA DE PROGRAMA DE MANTENIMIENTO Y REHABILITACIÓN DE PUENTES EN MÉXICO / DARÍO RIVERA VARGAS Y

RAS: Es prioritario alinear los intereses de las partes interesadas y de las políticas públicas y regulaciones para que eso resulte productivo: las características técnicas y de enlaces geográficos, de tarifas y de niveles y calidades de servicio de cada uno de los modos o sistemas de transporte.

Para mí no es un tema de competencia entre los modos de transporte, sino uno de educación y de formalizar la comprensión de lo que pueden ser las mejores oportunidades para todos. No se trata de favorecer un medio de transporte, sino de favorecer el desarrollo nacional, la mayor competitividad de las actividades económicas y la mayor inclusión e integridad para el desarrollo en el territorio. El transporte no es un fin en sí mismo, es un medio, un instrumento.

IC: Se está construyendo el nuevo aeropuerto Felipe Ángeles ¿Qué se está abordando en el CTIT sobre la infraestructura de interconexión terrestre de acceso al aeropuerto? RAS: Aún no hemos abordado en lo particular este tema. Sí hemos intercambiado de manera informal algunas opiniones entre nosotros, lo cual no quiere decir que haya sido trabajo de fondo o muy discutido. En el caso del aeropuerto Felipe Ángeles, nos encontramos con el reto de que se trata de una locación un tanto más alejada de las zonas de origen y destino históricas de los usuarios del transporte aéreo en la Ciudad de México.

IC: ¿Ustedes no tienen conocimiento de los planes de la SCT y demás organismos que se están ocupando del aeropuerto Felipe Ángeles? ¿No tienen información para sacar conclusiones o para hacer un análisis comparativo de los costos estimados para el aeropuerto que pensaba hacerse en el ex Lago de Texcoco? RAS: Se cuenta con la información que ha sido publicada en medios o en sitios oficiales. Pero un análisis con todas sus externalidades no es cualquier cosa... Los costos para los usuarios –pasajeros– del aeropuerto obviamente van a subir porque la distancia es mayor, pero ése no puede ni debe ser el único criterio para la ubicación de un aeropuerto; de hecho, lo sabemos, hay otros factores de mucho mayor peso…

IC: ¿Como cuáles? RAS: En cuanto a la accesibilidad terrestre, como resultado de mi práctica profesional reciente, he tenido conocimiento de cuáles podrían ser las iniciativas. Sabemos, por ejemplo, que hay algunos proyectos de vialidades de acceso, mejoras de intersecciones, y una evaluación que se antoja como la más importante, para los fines de acceso, de conectividad, de los usuarios y de trabajadores, que es una derivación del tren suburbano hacia Santa Lucía, una ampliación de una concesión que existe. También hay iniciativas del Mexibús, que es el sistema de transporte público con autobuses grandes en carril preferente del Estado de México, que se concibe como necesario para los empleados del aeropuerto, principalmente.

IC: Otro proyecto de transporte es el Tren Maya. ¿Qué información tienen ustedes y cuáles los comentarios que puede hacer? RAS: Tampoco en este caso hay información apropiada, completa, especialmente de la demanda, para sacar conclusiones. Tengo opinión personal, que no necesariamente es la del CICM.

IC: ¿Cuál es la suya? RAS: No conozco los estudios de demanda, y, evidentemente, al no haber una demanda manifiesta de un servicio que no existe, pues todo el estudio de demanda tendría que apostarle a hipótesis…

IC: ¿A crear demanda? RAS: Efectivamente. A hipótesis de diseño. Supuestamente, a través de los proyectos de infraestructura que mencioné al principio de este diálogo, se podrían crear o favorecer condiciones de desarrollo, pero hay que conocer y analizar esas premisas para poder dar una opinión. Yo no las conozco, no sé cuáles son; en otros proyectos sé que se planteó aprovechar la infraestructura ferroviaria que existe y no se usa, lo cual se me hace insuficiente para promover un proyecto. Lo que ha saltado a la vista de quienes han solicitado acceso a mayor información sobre el Tren Maya es que no es sólo un Tren Maya, sino varios trenes maya: son diversos tramos con orientaciones distintas y desafíos diversos aunque, en materia de ingeniería civil, varios sean similares.

IC: No sólo los tramos; también se habla de usos: carga, turismo y usuarios locales. RAS: Sí. La demanda puede ser tan diversa como uno pueda imaginar. Lo típico es que se piense en movimiento de carga, movimiento de pasajeros; luego, si alguien quiere agregar otra modalidad, que sea mixto de carga y pasajeros. Eso no es nuevo en la historia del ferrocarril mexicano.

GOB.MX En cuanto a las obras del Aeropuerto Internacional Felipe Ángeles, sabemos, por ejemplo, que hay algunos proyectos de vialidades de acceso, mejoras de intersecciones.

IC: ¿Considera que hay grandes desafíos para la ingeniería civil? RAS: En este caso son determinantes las condiciones de la naturaleza en el sitio, actuales y futuras. La Península de Yucatán es relativamente homogénea en términos geológicos y orográficos, por lo tanto también en muchos aspectos geotécnicos e hidrológicos, que son los factores más importantes desde el punto de vista estrictamente ingenieril. Los retos tienen que ver con las características del subsuelo de la península, una caliza relativamente soluble al agua, por lo cual se crean los ríos subterráneos y cenotes, aunque en mayor medida en unas zonas que en otras. El desafío ante esto es garantizar que actualmente no haya ríos o cavernas o que no aparezcan con el tiempo en la zona de cimentación de infraestructura de las diversas obras que requiere el Tren Maya. Por supuesto, también hay que tener presentes los huracanes y su mayor frecuencia y magnitud, tanto en lo referente a la precipitación pluvial –intensidad y duración– como a la velocidad de vientos.

Otros retos son los de cualquier obra de infraestructura: cuestiones legales, económicas y sociales, liberación de derecho de vía, además de la afectación a las zonas más densamente pobladas por donde debe pasar el ferrocarril; incluso está el asunto de los cruces para favorecer la conectividad de las vialidades regionales y locales, que aparentemente se ha decidido resolver mediante la elevación de todo el tramo de Cancún, no sé si hasta Tulum o hasta Playa del Carmen solamente.

IC: ¿Qué información tienen el CTIT sobre el ferrocarril del Istmo de Tehuantepec y qué nos puede comentar sobre la obra? RAS: Me ha tocado participar en el estudio de oportunidades y retos. La primera impresión general es que el Corredor del Istmo es una obra para comunicar al océano Pacífico y el acceso al Atlántico vía el Golfo de México, pero el proyecto del actual gobierno tiene otros propósitos adicionales, de mayor trascendencia; me refiero al desarrollo social y económico de la región por la que circulará el tren, creando parques industriales que apoyen la generación de demanda de mano de obra y empleo en una región históricamente marginada del desarrollo económico. De hecho, opino que este último propósito es más relevante que el de la interconexión entre ambos océanos, aunque ello podría favorecer la implantación de actividades económicas.

IC: ¿Qué nos puede comentar específicamente de las obras de infraestructura en proceso, su nivel de complejidad, los distintos tipos, sus fines…? RAS: Las obras del Corredor del Istmo no creo que sean particularmente complejas. Deben incluir modernización de carreteras y vías y construcción de algunos tramos como libramientos, tanto carreteros como ferroviarios. Eventualmente, adecuación menor de infraestructura portuaria, que con el tiempo y en función de la demanda podrá requerir inversiones mayores. Lo que es más variado son las inversiones industriales que se logren atraer a la zona y las mejoras de infraestructura urbana y de servicios a las localidades de la región que lo requieran: en esto deben considerarse el suministro eléctrico, de agua, el saneamiento y disposición de residuos sólidos y demás servicios de salud y educación.

IC: ¿Algún comentario final sobre algo que no le haya preguntado y quiera agregar? RAS: Solamente insistir en la necesidad de una operación y mantenimiento con enfoque técnico y económico de la infraestructura del transporte que sea eficaz y eficiente, centrados en la seguridad y atención a los usuarios, con visión de largo plazo. Para ello debemos hacer todos esfuerzos de formación de alta especialización, que incluya gestión de todo tipo de riesgos, uso de tecnologías de vanguardia, mediciones de satisfacción y de resultados aunadas a un ejercicio ético profesional

Entrevista de Daniel N. Moser

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Propuesta de programa de mantenimiento y rehabilitación de puentes en México

En este artículo se presenta una propuesta para la intervención oportuna y adecuada de puentes de la red nacional de caminos del país, que se basa en un programa para establecer la periodicidad con que se deben realizar diferentes tipos de inspección, a fin de vigilar su correcta operación y seguridad estructural. Un aspecto fundamental es el diagnóstico, para el cual se recomienda seguir un procedimiento simplificado y confiable de evaluación que puede basarse en conceptos de vulnerabilidad estructural. Lo anterior facilitará la toma de decisiones en cuanto a la acción conveniente de intervención en este tipo de obras de infraestructura, que puede ser de mantenimiento o rehabilitación.

DARÍO

RIVERA-VARGAS

Profesor investigador de la Facultad de Estudios Superiores Acatlán (FES), UNAM. Miembro del Comité de Seguridad Estructural del CICM.

BERNARDO

GÓMEZ GONZÁLEZ

Director de Cande Ingenieros, SA de CV. Coordinador del Comité de Seguridad Estructural del CICM.

GUSTAVO ADOLFO

GODHO RAMÍREZ

Técnico académico en la FES Acatlán, UNAM. En México existen más de 13 mil puentes que forman parte de la red nacional de caminos, según datos del Instituto Mexicano del Transporte (IMT, 2020). Un estudio realizado por Carrión et al. (2006) a principios de este siglo revelaba que más del 50% de los puentes rebasaban los 40 años de edad, además de no contar con las condiciones estructurales idóneas para su operación.

Lo anterior pone de manifiesto que, por su edad y condiciones de seguridad estructural, los puentes son estructuras no exentas de sufrir daños que pueden limitar su funcionalidad, incluso hasta sufrir el colapso por el efecto de fenómenos naturales extremos, como huracanes y sismos. Tal deterioro también puede agravarse por el desgaste al que los somete el intemperismo y por la fatiga cíclica debida al paso de vehículos, ello sumado a la falta de mantenimiento.

La conservación de este tipo de obras esenciales para el desarrollo del país es una tarea necesaria; las medidas preventivas impiden que se acumulen averías en la integridad de su estructura que pongan en riesgo su correcta operación, pues el costo por la interrupción del servicio puede ser mayor en comparación con lo que se puede invertir por trabajos de mantenimiento.

Con un programa de mantenimiento y rehabilitación se contribuye a prolongar la vida útil de los puentes. Estados Unidos, Dinamarca y Reino Unido, entre otros países, han desarrollado herramientas para la administración de puentes, con el propósito de diagnosticar su

10% 10% 10%

18%

21% 3%

28%

Riesgos naturales Errores de diseño Impactos Sobrecarga Error humano Causas desconocidas Deterioro

Fuente: Imhof, 2004.

Figura 1. Causas comunes de fallas en puentes.

nivel de daño y en función de ello aplicar las acciones correspondientes, y han tenido resultados satisfactorios. En México se han hecho esfuerzos por integrar sistemas de administración de puentes. La Secretaría de Comunicaciones y Transportes (SCT) desarrolló en 1992 el Sistema de Puentes de México (Sipumex); sin embargo, se requiere desarrollar investigaciones que aporten criterios robustos para consolidar un programa de mantenimiento de puentes.

Figura 2. Daños en puentes de México por fenómenos naturales extremos como huracanes y sismos.

Daños observados

En lo que sigue se comentan los tipos de fallas más comunes en los puentes, como preámbulo a los criterios de mantenimiento y rehabilitación. De acuerdo con el trabajo estadístico de Imhof (2004) sobre las principales causas que llevan al colapso de los puentes en el mundo, se encontró que los fenómenos naturales son la principal causa de falla, seguidos por errores de diseño e impactos, mientras que en menor medida se dan la sobrecarga, errores humanos y deterioro (véase figura 1).

En México, los fenómenos naturales, destacadamente los de tipo hidrometeorológico, provocan en los puentes daños severos por socavación. Así ha ocurrido durante los huracanes Stan (2005), Ingrid (2013), Manuel (2013) y Hanna (2020), mientras que durante sismos de gran intensidad los puentes han experimentado un mal comportamiento estructural con daños considerables (véase figura 2).

No es común que los puentes en nuestro país colapsen por falta de capacidad de carga; sin embargo, a menudo son expuestos a cargas extraordinarias no autorizadas y han sufrido cierto nivel de daño, como deterioro rápido de las juntas de dilatación, hundimientos en los estribos, agrietamientos, fatiga y deflexiones excesivas en losas, problemas que reducen su capacidad de carga.

El intemperismo al que están expuestos los puentes –lluvia, sales y temperaturas extremas– se traduce en corrosión de diversos elementos como anclajes, acero de refuerzo y presfuerzo y vigas metálicas, así como en el deterioro de los apoyos de neopreno (véase figura 3). En particular, las lluvias copiosas exponen deficiencias en el drenaje pluvial, y ello, aunado a la exposición de los elementos a la intemperie, ocasiona afectaciones serias, como la pérdida de recubrimiento del concreto ante la corrosión en el acero de refuerzo (véase figura 4).

Propuesta de programa de mantenimiento y rehabilitación

Los reglamentos destinados al diseño y construcción de puentes (AASHTO, LRFD, Caltrans y Eurocódigo, entre otros) no ofrecen recomendaciones explícitas para realizar trabajos de mantenimiento y rehabilitación; se limitan a describir algunas normas de observancia general.

Ante ello, una alternativa efectiva para establecer un programa de mantenimiento y rehabilitación son los sistemas de administración de puentes (SAP), como lo establecen Harding et al. (1990), que se caracterizan por establecer acciones necesarias para asegurar que el puente cumpla con el propósito para el que fue diseñado, a fin de evitar un mantenimiento excesivo que implique un alto costo. Un SAP se compone de las acciones siguientes: • Inventario de puentes. Base de datos de los puentes existentes • Inspección. Tiempos en los que se deberán realizar los diferentes tipos de inspección • Evaluación de los puentes. Diagnóstico para determinar si el puente amerita mantenimiento o rehabilitación • Técnicas de mantenimiento. Acciones tendientes a mantener el puente en buenas condiciones • Técnicas de rehabilitación. Acciones encaminadas a reforzar o reemplazar algún componente del puente

Con base en lo hasta aquí expuesto, se procedió a formular un programa para la intervención de puentes, con objeto de prevenir daños graves que perjudiquen

CORTESÍA DE EDWIN AMBRIZ GAYTÁN.

Figura 3. Daño en apoyo de neopreno por intemperismo.

CORTESÍA DE EDWIN AMBRIZ GAYTÁN.

Figura 4. Daños en la losa de la superestructura por corrosión en el acero de refuerzo.

Inicio

Recopilación de información

Bases de datos de puentes (inventarios)

Superficial (1 año) General (2 años)

Inspección

Principal (5 años)

Evaluación Especial

Mantenimiento

Toma de decisión Rehabilitación

Trabajos de mantenimiento Reemplazo

Fin Trabajos de rehabilitación

Figura 5. Propuesta de programa de mantenimiento y rehabilitación.

Tabla. Tipos de reparación de aplicación manual

Tipo de daño u objetivo Forma de reparación Propiedades del producto

Daño superficial Aplicación de polímeros cementantes Buenas características de protección contra el agua, contra gases ácidos y iones de cloro

Cavidades en la superficie Aplicación de mortero tixotrópico altamente adhesivo Protección impermeabilizante con acabado contra la carbonatación

Desmoronamiento de la superficie Colocación de estabilizador de superficie de dos componentes con alta penetración en el concreto Une las superficies desmoronadas e iguala las diferentes absorciones

Protección de la superficie

Grietas y huecos menores Aplicación de copolímeros con base de agua y con gran contenido de resinas

Relleno con polímeros cementantes flexibles sin contracción

Protección de acero de refuerzo Aplicación de polvo cementante de alta alcalinidad junto con un polímero de dispersión

Fuente: Ryall, 2001. Alta resistencia al dióxido de carbono y a los diferentes contaminantes agresivos

Excelente resistencia adhesiva y química

Alta penetración; genera adhesión entre los poros del concreto existente y el concreto nuevo de reparación su funcionalidad o seguridad estructural. El programa se ilustra en el diagrama de la figura 5: comienza con la recopilación de información; posteriormente se realiza un inventario para después proceder a una inspección, en la cual se indican las periodicidades recomendadas en función del tipo de inspección; nótese que no se dejan pasar más de cinco años para vigilar la correcta operación del puente. Con esta inspección se tienen elementos para hacer la evaluación, que a su vez ayudará a decidir sobre la acción de intervención que habrá de seguirse; de acuerdo con este esquema, existen tres opciones: mantenimiento, rehabilitación y reemplazo.

El elemento fundamental en este programa es la evaluación, que consiste en asignarle una calificación y una prioridad de mantenimiento al puente, con base en los daños observados y la importancia de la estructura. Esta evaluación depende en gran medida del criterio del ingeniero, además de lo observado en campo (Ryall, 2001). También puede ser factible el uso de conceptos de vulnerabilidad estructural para el caso particular de fenómenos naturales extremos como sismos y huracanes, para tener una estimación del grado de daño que puede experimentar la estructura (Rivera-Vargas, 2007, y Rivera-Vargas y Núñez, 2016) y con ello facilitar la elección del tipo de intervención.

Técnicas de mantenimiento

El mantenimiento en puentes consiste en llevar a cabo acciones que permitan combatir el deterioro estructural sin realizar trabajos de reforzamiento o sustitución total de alguna de sus partes constitutivas. Algunas técnicas de mantenimiento en puentes de concreto (tanto reforzado como presforzado) se comentan en los apartados siguientes.

Aplicaciones manuales Este tipo de reparaciones es relativamente fácil; se trata de aplicar diferentes materiales para subsanar el daño del concreto: resinas epóxicas, cementantes modificados con polímeros y cementantes modificados con puzolanas. Es recomendable que la superficie a reparar esté completamente limpia de óxido, grasa y material suelto, para maximizar la adherencia del material de reparación. En la tabla 1 se enlistan algunas reparaciones manuales.

Acero de refuerzo La corrosión es el principal problema que se presenta en los puentes; por ello es importante mantener el acero de refuerzo en buenas condiciones y brindarle protección contra este fenómeno. Existen métodos para mitigar la corrosión, los cuales se describen en la tabla 2.

Mantenimiento de los apoyos El mantenimiento de los apoyos incluye las acciones siguientes: mantenerlos libres de basura; mantener completamente limpias y lubricadas las superficies de movimiento o deslizamiento; protegerlos contra la corro-

Tabla 2. Métodos para combatir la corrosión Método Bondades

Protección catódica Previene la corrosión por cloruros y carbonatación.

Desalinización Brinda una solución duradera y la desalinización del concreto se completa a más tardar en 13 semanas.

Tratamiento superficial anticarbonatación

Tratamiento superficial de impregnación Extiende la vida de las estructuras a bajo costo. Evita la corrosión, si el concreto no ha presentado carbonatación en el refuerzo. Inhibe la corrosión, si el agua no ha penetrado en el concreto.

Fuente: Parke y Hewson, 2008.

sión; reparar y reemplazar los revestimientos del apoyo; asegurarse de que los pernos de unión con la estructura se mantengan libres de corrosión, fijados herméticamente y lubricados; mantener las camas de mortero en buen estado y, de ser necesario, reemplazarlas si se encuentran dañadas.

Mantenimiento de los accesorios Los accesorios que más deterioro sufren en un puente son las juntas de expansión, el drenaje y las membranas impermeabilizantes.

Las juntas de expansión, al igual que los apoyos, han de limpiarse continuamente y retirar de ellas cualquier escombro. El material de relleno de las juntas de expansión puede ser fieltro impregnado de asfalto, espuma de poliuretano cabeceada con asfalto de hule colado en sitio, cloruro de polivinilo, polisulfuro, neopreno, hule butilo o poliuretano.

El mantenimiento del drenaje debe ser considerado desde la etapa de diseño, con objeto de proteger del agua todas las partes que integran el puente, principalmente del agua que contiene sales, puesto que es nociva para el concreto. Asimismo, para evitar el estancamiento, los drenes tienen que estar limpios de basura o de cualquier objeto que obstruya el paso del agua.

Las membranas impermeabilizantes sirven para evitar que el agua penetre en la cubierta del puente y dañe los elementos estructurales. Suele usarse un sistema de capa sobre la superficie del concreto, la cual puede ser de materiales a base de polímeros o de elastómeros adheridos. También existen los sistemas líquidos con base acrílica, epóxica o de poliuretano.

Técnicas de rehabilitación

La rehabilitación de los puentes involucra la parte estructural, por lo que requiere trabajos mayores como el refuerzo o reemplazo de sus elementos estructurales, con objeto de restablecer la capacidad de carga del puente.

Rehabilitación de la superestructura El refuerzo en vigas de concreto reforzado y presforzado se requiere cuando la capacidad de carga del puente es insuficiente. Existen varias técnicas de refuerzo; entre las más comunes están las placas de acero, las fibras de carbono y el presfuerzo externo.

El refuerzo con placas de acero consiste en colocar estas piezas en la parte inferior de la trabe y en sus caras laterales, conectadas con pernos, para aumentar la resistencia a flexión y cortante, respectivamente, tal como se muestra en la figura 6.

Los polímeros con fibras de refuerzo (conocidas como FRP por fibred reinforcement polymers) en forma de láminas se emplean con mayor recurrencia en cuanto que ofrecen una alta resistencia a flexión en vigas con secciones pequeñas y no tienen problemas de corrosión. No obstante, presentan poca capacidad ante temperaturas altas.

El presfuerzo externo también incrementa la capacidad a flexión; éste puede aplicarse mediante cables longitudinales en nervaduras o con cables transversales en diafragmas. Para incrementar la resistencia a cortante suelen usarse cables verticales y barras de reforzamiento local en el caso de ménsulas.

En eventos sísmicos extraordinarios, la superestructura puede experimentar movimientos que causen la pérdida de longitud de apoyo y, en consecuencia, el colapso de la cubierta. Los puentes esviajados son muy propensos a tener este tipo de falla debido a que el tablero

Pernos para soporte de placa

Adhesivo epóxico Placa de acero Pernos para evitar desprendimiento

Viga de concreto

Perno de anclaje

Grieta de cortante

Desprendimiento por cortante

Placa de acero lateral

Figura 6. Placas de acero para incrementar la resistencia por flexión y cortante en la superestructura.