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EVALUACIN Y DIAGNSTICO DE UN PUENTE ATIRANTADO

Una visin desde la CIVINICA

24 de septiembre de 2012

Instituto Mexicano del Transporte

Dr. Francisco J. Carrin V.

Antecedentes

Inspeccin No Destructiva

Rehabilitacin del Puente

Estudio de confiabilidad

Instrumentacin y Monitoreo Remoto

Civinica, Visin moderna de la Ing. Civil?

Conclusiones

INDICE

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Antecedentes

3

Puente Ro Papaloapan Ubicacin: Km 85+980 Carretera La Tinaja-Acayucan, Ver. Tipo: Atirantado con 8 semi-arpas y 112 tirantes Longitud total: 407 metros Claro: 203 metros Construccin: 1993-1994 Puesta en servicio: 1994

Antecedentes

4

Puente Ro Papaloapan

Antecedentes

5


Ensamble del anclaje superior utilizado en el sistema de cables del puente Ro Papaloapan

Diseo Antes de la instalacin

Antecedentes

6


En enero 2000, ocurre la falla del elemento de anclaje superior del tirante 11, torre 3, lado agua, aguas arriba.

Antecedentes

7


Anlisis de falla

Seccin del elemento con alto contenido de poros

Micro-estructura del elemento de anclaje superior

Antecedentes

8


Propiedades

Especificacin Valor de Diseo Valor Experimental

Esfuerzo de cedencia 345 MPa 360 MPa

Esfuerzo ltimo ruptura 550 MPa 600 MPa

Elongacin 22% 3%

Tenacidad ~ 50 MPa m 26 MPa m

Velocidad de crecimiento de grietas (m)

4 - 6 10.9

Composicin qumica ASTM A-148 ASTM A-148

Antecedentes

9


Diagnstico de la falla El acero no cumple con las especificaciones tcnicas

requeridas: baja tenacidad y alto contenido de poros e inclusiones.

Causa: Deficiencias en el proceso de fundicin y tratamiento trmico.

Cul es la probabilidad de que ocurra otra falla?


10

Dificultades: Los elementos de anclaje estn casi totalmente embebidos en el concreto y cubiertos por el capuchn que sujeta el tirante.

Las deficiencias de los elementos de anclaje estn relacionadas con la micro-estructura del acero.


11

Reflejo de pared posterior de un material con tamao de

grano ASTM 1 y 2

Reflejo de pared posterior de un material con tamao de

grano ASTM 7 y 8

Pruebas por Ultrasonido


12

Pruebas por Ultrasonido

Haz recto Haz angular a 45 para

zona interna

Haz angular a 45 para la soldadura


13

Resultado

Deficiencia Estructural Nmero de

elementos

Tipo de

elemento

Tamao de grano grande

(ASTM 2) 8 2

Alto contenido de poros 2 1 y 3

Probable tamao de grano

grande 6 2


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CONCLUSIONES DEL ESTUDIO DE 2003

Reparar los 16 elementos de anclaje superior identificados como estructuralmente disfuncionales.

Asegurar la integridad del puente con un estudio de

confiabilidad. Para ello, fue necesario sustituir 4 elementos clasificados como buenos para obtener informacin estadstica de sus propiedades y poder realizar el estudio probabilstico de confiabilidad estructural para los 92 elementos restantes.

Rehabilitacin del puente

Tirante en operacin Pesaje Destensado

Inspeccin con PND Remocin de concreto Inspeccin en

laboratorio

15


16


17

Resultados

17 de las 20 calificaciones hechas en 2003 fueron acertadas (85%).

Los errores se presentaron en:

2 elementos de anclaje calificados con grano fino, resultaron ser de tamao de grano mediano.

1 elemento de anclaje identificado con tamao de grano probablemente grande, fue de grano fino, pero con alto contenido de defectos internos.

Se obtuvieron datos estadsticos de los 4 elementos de

anclaje buenos para el estudio de confiabilidad.

Estudio de Confiabilidad

18


19

Proceso de Simulacin Monte-Carlo


20

ndice de Confiabilidad antes de la rehabilitacin


21

ndice de Confiabilidad despus de la rehabilitacin


22

Resultados

Los trabajos de rehabilitacin incrementaron la vida til del puente en ms de un 40%, considerando crecimientos en el trnsito de 4% a 6% anual.

Si bien, se ha incrementado la vida til del puente, el resultado

no es totalmente satisfactorio. Para garantizar la integridad del puente, se propone un

programa de monitoreo remoto continuo.

Sistema de Gestin de

Puentes

Instrumentacin de

Puentes

Monitoreo Remoto

Socavacin

Puentes Tipo

Corrosin

Programa Integral

de Puentes


13

Crear una plataforma de alta tecnologa que permita dar seguimiento detallado del comportamiento estructural de los puentes ms importantes de Mxico, en tiempo real.

Facilitar la evaluacin y deteccin de dao, en especial, despus de la ocurrencia de eventos extraordinarios.

Aumentar la eficiencia y eficacia de los trabajos de conservacin y del ejercicio de su presupuesto.

Evaluar estructuralmente a los puente en construccin para prevenir desastres o como herramienta de aseguramiento de la calidad.

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Contar con modelos que sirvan para estimar la capacidad de carga y vida til de las estructuras.

Complementar el alcance del Sistema de Gestin de Puentes.

Inspecciones y monitoreo in situ del resto del inventario de puentes mediante laboratorios mviles.

Proporcionar informacin estadstica necesaria para la elaboracin de modelos econmicos para la conservacin de los puentes.

Asignar prioridades a la conservacin de puentes en forma eficiente.

Utilizar puentes como pesadoras dinmicas, para la vigilancia del peso de los vehculos de carga.

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Completar, con el sistema de gestin de pavimentos, y/o un centro de monitoreo y diagnstico de carreteras.

Integrar sistemas inteligentes de control e informacin en carreteras (ITS).

Identificar zonas de riesgo o vulnerables en la red de carreteras, para implantar planes de emergencia en casos de accidentes o desastre.

Vigilancia en las carreteras por necesidades de Seguridad Nacional.

Convertirse en el centro estratgico para la operacin de la red carretera mexicana.

26


27

Puente instrumentado

Monitores de

despliegue

Estaciones de

trabajo para

anlisis y

procesamiento

Perifricos

Ter

min

ale

s o

PCs

pa

ra o

per

aci

n

Servidor de

control

Un

ida

d d

e

alm

ace

na

mie

nto

Servidor Web

Laptop para acceso

inalmbrico a los

sistemas locales

instalados en los

puentes

Sistema

de alerta

inmediata


Eventos Extraordinarios Sismos Vientos extremos Accidentes Sobrecargas Lluvias intensas

Eventos ordinarios Fatiga Socavacin Corrosin Deterioro Desgaste

Ce

ntr

o d

e M

on

ito

reo

de

Pu

en

tes

Actuacin inmediata

Actuacin de Corto Plazo

Actuacin Preventiva

DGCC DGST CAPUFE Operador IMT Proteccin Civil Polica Federal

DGCC DGST CAPUFE Operador IMT Contratista

DGCC DGST CAPUFE Operador IMT y universidades Contratistas

Alarma

Diagnstico

Anlisis de tendencias y dao

Instrumentacin

28


Centro de Monitoreo de Puentes y Estructuras Inteligentes

Centro de Monitoreo de Puentes y Estructuras Inteligentes de la SCT

29


PUENTE RO PAPALOAPAN

30


2 Puentes con superestructura de trabes presforzadas

CMPEI

2 Puentes con superestructura de

nervaduras

2 Puentes con superestructura de trabes metlicas

31


Puentes Tipo

Se reconoce como la causa que provoca ms fallas en los puentes de Mxico.

El problema se relaciona principalmente con la ubicacin, cimentacin, ao de construccin, tipo de suelo, y condiciones ambientales.

Se ha agravado con el incremento en la intensidad de las lluvias (cambio climtico).

32

Socavacin


Instrumentacin en apoyos con sensores de aceleracin (acelermetros) en los 3 ejes (x, y, z), para medir amplitudes y frecuencias de vibracin.

Detectar variaciones en el modo de vibrar de los apoyos y calificar los cambios en la base de los apoyos debidos a la socavacin.

33

Acelermetro 3D

Sistema Local


SCT-IMT


Instrumentacin en los estribos con inclinmetros en 2D (x, y), para medir variaciones en la posicin.

Detectar microdesplazamientos en los estribos y calificar los cambios debidos a la socavacin.

34

Inclinmetro 2D

Sistema Local


SCT-IMT



35

CIVINICA

Trmino acuado por el Prof. Aftab Mufti, de la Universidad de Manitoba. Fundador de la International Society for Structural Health Monitoring of Intelligent Infrastructure (ISHMII).

Responsable del proyecto ISIS Canada, cuyo objeto era desarrollar nuevos diseos, aplicaciones y tecnologas a la ingeniera estructural de Canad (involucr a ms de 10 universidades y centros de investigacin). En 2010 distinguido por The Order of Canada, el ms alto reconocimiento que puede recibir una persona en ese pas y la primera vez que un ingeniero es nominado.

Puente Elba Alemania - 1936

Puente Portage Creek Canad 1983

Ingeniera Aeronutica + Avinica

Aviacin Puentes poca

1900+

1950+

2000

Avinica + Ingeniera Aeronutica

Avro Canada CF-105 Arrow - 1957

Ingeniera Estructural de Puentes

Civionica + Ingeniera Estructural

de Puentes

Fleetster V-1A - 8-pasajeros - 1932

36


Componentes de un Sistema de Monitoreo de la

Integridad Estructural

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Conclusiones

40

Muchas Gracias por su atencin

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