Inspección y Evaluación Periódica de Estructuras y Puentes de Carreteras

Una de las fases más importantes en la conservación de las obras lo constituye su inspección o vigilancia. En general, los puentes de carreteras son obras singulares en una red vial. Por ello su puesta fuera de servicio o la limitación de la máxima sobrecarga que puede cruzarlos, supone una grave perturbación para el transporte por carretera, sin considerar las consecuencias catastróficas que podría acarrear su eventual hundimiento. Estas razones han movido a la mayoría de los países desarrollados a incrementar las medidas tendentes a su conservación.

Dentro de estos programas de conservación la inspección de puentes de carreteras resulta esencial, ya que permite obtener los datos necesarios para conocer en cada momento su estado funcional, resistente e incluso estético. La inspección es un conjunto de actuaciones técnicas, realizadas según un plan previo, que facilitan los datos necesarios para conocer en un instante dado el estado de un puente. Durante mis estudios de Post-grado, en la Universidad de Vigo, gracias a una beca de la "Fundación Carolina", tuve la oportunidad de trabajar en un proyecto de evaluación y descripción de los posibles daños que pueden encontrarse en las diferentes inspecciones en las obras de paso existentes en Carreteras, aplicado a una carretera en la Comunidad Autónoma de Galicia, a través de una pasantía en la empresa "Capitel" bajo la Dirección del Ing. Javier De la Puente. La inspección de obras de paso elevado se fundamenta en el conocimiento y la caracterización de las estructuras, mediante un inventario actualizado periódicamente, basado en la información sobre su estado de conservación, para lo cual se realizan tres tipos de Inspecciones: - Inspecciones Básicas o rutinarias; que se efectúan generalmente por el personal encargado del mantenimiento de la carretera. Se realizan en todas las obras de paso. Su objetivo es hacer un buen seguimiento del estado de las estructuras, para detectar lo antes posible fallos aparentes, que podrían originar gastos importantes de conservación o reparación si no son corregidos a tiempo. - Inspecciones Principales; que se realizan por personal especializado para la determinación minuciosa, de forma visual, del estado de los deterioros de los elementos, rellenando finalmente una ficha sistematizada. A diferencia de las anteriores, se evalúan los deterioros de los distintos elementos de las obras de cada estructura, para finalmente obtener una marca de condición de cada puente. La inspección principal culmina en la cuantificación de un índice de daño o deterioro, cuyo valor, en teoría, permite activar la fase siguiente del proceso (inspección especial) o, por el contrario, dejar constancia de lo observado para cotejarlo con las siguientes inspecciones básicas o rutinarias y principales. - Inspecciones Especiales; realizadas con todo tipo de equipos especiales y personal especializado para poder estudiar en detalle las patologías estructurales, y poder elaborar consecuentemente informes de estado o proyectos de reparación de la obra. Se efectúan como consecuencia de situaciones singulares, tales como aparición de fisuras o deformaciones importantes, paso de transportes especiales, después de un sismo, un incendio, o como resultado de una decisión tomada a la vista del informe de una inspección principal. Este tipo de inspecciones no tienen carácter de sistemáticas o periódicas, porque no responden a una estrategia estudiada de antemano Mediante un sistema de Gestión aplicada al diseño preventivo en materia de durabilidad, se puede asumir que USD$1 invertido en realizar inspecciones principales es tan eficaz como USD$5 invertidos en realizar inspecciones especiales cuando la situación se ha hecho ya insostenible, o que USD$25 invertidos en proyectos de reparación realizados “a ciegas”, sin datos concluyentes y sin priorización sistematizada, o que USD$5 invertidos en la ejecución de tareas de reparación, eventualmente innecesarias o mal enfocadas. La realización de Inspecciones Principales es indiscutiblemente la forma más inteligente de proceder.

Inspección de estructuras de autopistas

La primera inspección principal debería efectuarse antes de la puesta en servicio del puente. La importancia de esta inspección se deriva de que sirve como estado de referencia o "punto cero" para todas las inspecciones periódicas que se realizarán a lo largo de la vida útil del puente. A partir de esta, lo común es realizar una inspección principal cada 5 años, aunque podría variar después de cada inspección. El personal debe ser especializado y, en general, procedente de una consultora. De las conclusiones se derivan decisiones como por ejemplo, ordenar una inspección especial o esperar hasta la siguiente inspección principal. Pero la administración gestora tiene muchos puentes y, por tanto, necesita priorizar sus actuaciones. Por eso, desde hace ya algunos años (muchos en EE.UU., Reino Unido o Alemania, y pocos en otros países como España), se ha puesto en marcha, en el marco del Sistema de Gestión, un procedimiento que permite atribuir a cada estructura inspeccionada un índice de gravedad o Peso Atribuido, un escalar, graduado de bueno a malo, para otorgar una calificación y caracterizar la gravedad de la estructura y, consiguientemente, la urgencia y alcance de la inspección especial consiguiente, en su caso, y a partir de ello, la administración gestora tomará decisiones. Se deben elaboran fichas tipo para la toma de datos, de cada estructura. En estas fichas se divide la obra de paso en sus elementos y componentes constituyentes, y se detallan las tipologías de deterioros más frecuentes para cada uno de ellos. Se elaboran asimismo fichas donde se recogen los deterioros observados en cada elemento de las estructuras inspeccionadas, indicando los índices de gravedad, incidencia y extensión con la finalidad de caracterizar de la forma más objetiva posible el daño apreciado. Efectuadas las inspecciones de las estructuras, se deberán organizar los datos recogidos en campo (anotaciones y tomas fotográficas) clasificándolos y ordenándolos según los elementos constructivos inspeccionados. A efectos de la realización de una inspección principal de un puente de carreteras se pueden acotar cuatro zonas perfectamente delimitables: a) Cimiento. b) Subestructura. c) Superestructura. d) Equipamientos La Cimentación es el elemento más difícil de inspeccionar porque no se ve. En la fase de inspección principal deben observarse los eventuales síntomas asociados a problemas de cimentación (asentamientos, giros, desplomes, etc.). La Subestructura Comprende Estribos (incluso terraplenes, muros de acompañamiento, etc.), pilas y aparatos de apoyo. A pesar de la importancia de la inspección de estos elementos, a menudo resultan difícilmente accesibles en pilas gran altura, secciones de apoyo de gran canto, etc. En cuanto a la determinación del estado de conservación de los estribos del puente, es conveniente realizar la inspección principal desde las proximidades del cimiento, observando detenidamente los arranques del muro. Los efectos del asentamiento del terreno provocan movimientos del tipo de sólido rígido, que pueden agrietar los muros según direcciones más o menos verticales. Las grietas son más pronunciadas si el asentamiento es diferencial. Es muy importante el efecto del empuje sobre los muros, por excesiva compactación u otras causas, lo que da lugar a distintos esquemas de fisuración. Son muy comunes las grietas en la unión del estribo con el muro o aletas laterales. A los daños estructurales se añaden otros que pueden afectar al estribo como humedad, eflorescencias, intrusión de plantas trepadoras, etc. En el caso de pilas, además de los puntos indicados para estribos, se tomará en cuenta las fisuras verticales por asiento diferencial en cimiento de Pilas cimentadas superficialmente sobre terrenos arcillosos. Se deberá verificar también la existencia de fisuras verticales en coronación, muy frecuentes en pilas que soportan las cargas concentradas de los apoyos de las superestructuras isostáticas. Los defectos típicos de los aparatos de apoyo varían según sea el tipo de apoyo (fijo o móvil) y el material utilizado en su fabricación (metálico, hormigón, neopreno, etc.). El estado general de los aparatos de apoyo y su situación de deformación dan una indicación importante del funcionamiento global de la estructura del puente. Los aparatos de apoyo sirven para transferir controlada y eficazmente las cargas de la superestructura a los elementos que la soportan y que suelen ser fuente de muchos problemas de funcionamiento y de inspección, dado que están en lugares casi siempre de difícil acceso. La superestructura comprende los elementos portantes como vigas principales, vigas secundarias, riostras o diafragmas, losa superior del tablero, etc. Se recomienda observar cuidadosamente durante las inspecciones los posibles desplazamientos verticales (flechas) y horizontales, así como sus variaciones respecto de las inspecciones precedentes. En estructuras de hormigón en puentes de hormigón armado y pretensado, con vigas isostáticas, pueden ser prefabricadas con losa de compresión hormigonada in-situ, o bien vigas y losas ejecutadas completamente in situ. Existen también vigas continuas hiperestáticas realizadas in-situ, prefabricadas y postensadas en obra. Otras tipo de estructuras son de voladizos sucesivos o atirantados. En el caso de estructuras de hormigón, la corrosión y fisuración, son fenómenos íntimamente relacionados. Cuando la corrosión aparece, el daño es difícil de corregir, pero hay que tratarlo lo más pronto posible y evitar su avance. El problema grave es que es interno, y se manifesta en el exterior hasta que esté muy avanzado. La corrosión aparece con distintas formas e intensidades, y depende de factores como la falta de recubrimiento del hormigón, ambiente agresivo y presencia de cloruros, etc. La fisuración va ligada a la corrosión y a la resistencia a tracción del hormigón, al recubrimiento, a la cuantía del refuerzo. Durante la etapa de construcción puede producirse por retracción plástica, segregación del hormigón, deformación en encofrados, asentamientos diferenciales, gradiente térmico, heladas a edad temprana, etc; y durante la puesta en servicio puede presentarse por degradación superficial, retracción, variaciones térmicas, reacción álcali-agregado, carbonatación, corrosión, esfuerzos axial, de flexión, corte, torsión, cargas dinámicas, mala adherencia entre acero y hormigón. La fisuración en los elementos de hormigón armado en principio no es motivo de inquietud siempre que sea limitado y controlado. Se debe inspeccionar el funcionamiento del drenaje, verificando que no haya acumulaciones de agua, que se determinan por manchas o eflorescencias. Respecto al Tablero o losa, en una inspección se deberá verificar la presencia de grietas o fisuras, abombamientos, desprendimientos, armaduras vistas, eflorescencias, filtraciones, etc. De manera general, cuando existen fisuras, se debe analizar las simetrías, antimetrías o disimetrías de los mapas de fisuras, para conocer los orígenes del daño. Los equipamientos son indispensables para el funcionamiento y durabilidad de un puente, e incluyen las juntas, capa de rodadura, el sistema de drenaje, las barandas, aceras, iluminación, señalización, etc. Se recomienda examinar detalladamente el sistema de drenaje, ya que el agua infiltrada puede causar graves daños en la estructura del puente. En cada una de estas categorías principales y en los elementos de los que constan se pueden producir defectos típicos muy variados, que es preciso recoger en la correspondiente ficha-tipo. Las juntas de dilatación de la calzada constituyen un punto delicado del puente susceptible de deterioro por las fuertes tensiones a que están sometidas. Los defectos más habituales que se pueden observar son despegues y fallos en el sistema de anclaje de la junta, defectos en el funcionamiento, desplazamientos longitudinales o transversales insuficientes o impedidos, presencia de piedras y gravillas que impiden un deslizamiento adecuado, irregularidades en su alzado que provoquen impactos al paso del tráfico, fisuración y degradación del pavimento situado sobre las juntas, y material de relleno deteriorado o arrancado, ausencia de las juntas necesarias. En el Sistema de Drenaje Pueden encontrarse fallos tales como: Ausencia de un sistema de evacuación de aguas, falta de pendiente transversal para la evacuación de agua, atascos y obstrucciones de rejillas, acumulación de material, falta de mantenimiento y limpieza, fallos en los sistemas de conducción interior previa a la evacuación.

Método de evaluación

En inspecciones principales se emplea un método de evaluación empírica para valorar el estado de las obras. Terminada la fase de inspección en campo, y una vez organizados los datos obtenidos, se procede a la evaluación del estado de conservación de las obras de paso. El método consiste en descomponer la calificación en un conjunto de calificaciones parciales, correspondientes a elementos estructurales o de equipamiento claramente diferenciados, asignando índices de gravedad, incidencia y extensión, permitiendo efectuar una valoración numérica de cada tipo de deterioro en el estado general de la estructura, de acuerdo a criterios del inspector. Los índices de gravedad son muy subjetivos. Como no es lo mismo que se esté produciendo, por ejemplo, una evolución patológica índice G=4 en las marcas viales que en las pilas, la diferencia de importancia estructural no quedaría reflejada si la valoración se limitara simplemente a asignar un índice general para toda la estructura. La “D2 Review of current practice for assessing the condition of bridges and classification of defects (WP1)” presenta varios planteamientos, clasificaciones, índices, algoritmos y categorías que se utilizan en Europa y Norteamérica para deducir el índice de gravedad. Para la obtención del Índice de estado de la obra de paso se analiza desde lo particular a lo general, subdividiendo la estructura en subestructura y superestructura, y estas a su vez en sus partes y elementos componentes. Se obtienen los índices de estado de cada uno de los elementos, y a partir de estos, y aumentando de nivel, se obtendrán los índices de estado de las partes que componen las estructuras (segundo nivel). La sistemática de inspección que se propone, consiste en recorrer todos los elementos estructurales y funcionales de la obra de paso y, con la ayuda de fichas de inspección o de comprobación de los posibles daños que pueden presentar los diferentes elementos, se determina la intensidad y la extensión de los defectos observados. Al final para cada ficha de elemento observado, se obtiene un índice que está relacionado con el grado de deterioro. Cuando más alto es el índice, mayor es también el grado de degradación. Con la inclusión de un índice de extensión (K1) se pretende precisar el alcance real de la lesión dentro del elemento analizado. Se definen así 3 grados de extensión según el porcentaje aproximado del elemento que se encuentra afectado por la lesión o deterioro: 0.20, que significa que el daño está presente pero afecta a una mínima parte del elemento observado; 0.50 si el daño afecta una extensión entre 30 y 70% del elemento; y 1.00 cuando el daño afecta casi a la totalidad del elemento. Los índices de incidencia o afección (K2) se disponen para especificar el nivel de intensidad del daño observado, indicando el nivel de importancia del daño en sí mismo. Análogamente se definen 3 grados de incidencia: 0.20; 0.50; y 1.00. Una vez definidos, tanto los coeficientes K1 y K2 y los índices de Gravedad G para cada daño, se definirá el índice de daño relativo, DR, correspondiente a la estructura. Este valor se define como la sumatoria, extendida a todos los elementos del puente y a todos los daños posibles de cada elemento, de los productos de G asignado a casa uno de los tipos de daño identificados, definidos anteriormente, por los coeficientes K1 y K2. Luego de realizar la inspección y llenar las fichas, se obtienen los índices de estado de primer nivel (superestructura y subestructura), a partir de los índices de estado de las partes de segundo nivel, G, K1 y K2, para cada elemento y daño. Por último, se obtienen el índice de estado de la obra de paso, mediante integración de los índices de estado de primer nivel. Para realizar este proceso de integración, no se valoran de igual manera los índices de todos los elementos y de las partes que componen las obras de paso. Por el contrario, esta integración se efectúa mediante la multiplicación de los distintos índices por coeficientes de ponderación, para así dar mayor peso a cada elemento en función de la importancia estructural que tengan.

Criterios de actuación

Una vez que se han obtenido los coeficientes globales de deterioro de la estructura, se debe establecer parámetros de evaluación y actuación en función de los resultado que se obtengan. En función del valor que alcance el índice global se podría realizar la siguiente inspección principal hasta 5 años, cuando el índice es menor o igual que 2, realizar la inspección principal siguiente al cabo de 3 años, si el índice es mayor que 2 pero menor que 5 y, por último, emprender una inspección especial si el índice es mayor o igual que 5. En este proceso resulta indispensable que los inspectores sean personas experimentadas. Aun así, es decir, aun contando con expertos, resulta inevitable que las opiniones sean subjetivas y la importancia atribuible a los daños sea también diferente. En ese punto resulta imprescindible contar con fichas o catálogos de daños que permitan, por una parte, establecer un criterio general de identificación de los defectos y, por otra, de valoración de su importancia. Con lo analizado, se puede concluir que es de gran importancia tanto técnica como económica la gestión de estructuras de paso y puentes de carreteras. Los puentes son una parte importante del patrimonio en infraestructura de un país, ya que son puntos de gran importancia en una red vial para la transportación en general y en consecuencia para el desarrollo. Preservar este patrimonio de una degradación prematura es, pues, una de las tareas más importantes de cualquier administración de carreteras sea pública o privada. Al parecer queda mucho por recorrer en el campo de la gestión de estructuras de carreteras, puesto que no existe un método oficial para evaluarlas. Los métodos que existen actualmente difieren unos de otros. La valoración que se da a los diferentes parámetros es muy subjetiva. Se debería trabajar mucho en buscar una unificación de parámetros y definir una sola forma de evaluar y determinar el estado de un puente, donde una herramienta fundamental es la existencia de catálogos de daños, cuya difusión y sistematización debería promocionarse. Se debería proponer períodos de supervisión más cortos para los puentes más importantes, como internacionales, grandes viaductos, y en general aquellos que soportan gran tráfico, los puentes especiales como son los atirantados o de gran longitud y altura. Todo esto con el fin de hacer del proceso de conservación un proceso más dinámico mediante el cual se garantice la estabilidad de la red y el desarrollo de más ciudades del país. Texto: Juan Pablo López Aguilar. Ingeniero Civil y alumni del Máster Internacional BIM Manager en Ingeniería Civil. Infraestructuras y GIS.