evaluacion de capacidad de carga de un puente bolivia
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ESCUELA MILITAR DE INGENIERIA“MCAL. ANTONIO JOSE DE SUCRE”
BOLIVIA TESIS DE MAESTRÍA
Tema: INCIDENCIA EN LA PRECISION DE EVALUACION DE PUENTES EN BOLIVIA CON LA INCORPORACION DE METODOLOGIA LOAD RATING SEGUN LA FHWA
Tutor: DR. ING. JUAN ANGEL RONDA VASQUEZPostulante: GABRIELA SANCHEZ SALAS
LA PAZ, 2015
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INTRODUCCION
Figura 1.- Mapa de rutas que conforman la red vial fundamental de Bolivia. (ABC, 2015)
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ANTECEDENTES
Figura 2.- Puente San Pedrito ubicado en el Tramo Cristalmayu – Montero de la RVF No 10. (El Deber, 2015)
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Figura 3.- Países del continente de América. (www.lahistoriaconmapas.com, 2015)
“ESTUDIOS PARA EL MANTENIMIENTO RUTINARIO DE PUENTES DE LA RED VIAL FUNDAMENTAL DE BOLIVIA – ZONA I y II”.
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
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Objetivo Especifico
• Recolectar información del puente.
• Simular el comportamiento del puente respecto a la carga viva.
• Determinar la suficiencia del puente según la FHWA.
• Verificar la incidencia en la precisión de evaluación de puentes de Bolivia.
OBJETIVOS
Objetivo General
Determinar la incidencia en la precisión de la evaluación de puentes con el planteamiento de una metodología para evaluación de puentes.
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Evaluación de Puentes en Bolivia
• Ley de Cargas 1769.• Estudios para el Mantenimiento Rutinario de Puentes de la RVF de Bolivia.
Evaluación de Puentes en Norteamérica
• Coding Guide.• NBI
NBIS• MBE AASHTO
Guidelines For Historic Bridge Rehabilitation and replacement (Lichtenstein Consulting Engineers )
JUSTIFICACIÓN
Figura 4.- Cubierta MBE de la AASHTO. (AASHTO, 2015)
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ESTADO DEL ARTE
Evaluación de Puentes en Bolivia
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ESTADO DEL ARTE
Puntuación de los Estudios para Mantenimiento de Puentes en Bolivia
El puntaje es Leve = 1Media =2Importante = 3
ACCIONES
1= acciones preventivas 2= de mantenimiento rutinario y acciones a mediano o corto plazo
3= intervención inmediata.
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ESTADO DEL ARTEEvaluación de Puentes en Norteamérica (Coding Guide de la FHWA)
Puntuación de 0 a 100
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RS = S1 + S2 + S3 – S4
Depende de 4 ítems del coding guide, entre ellos: Evaluación estructural General de la super e infraestructura, incluye además efectos de la condición hidráulica y del suelo de fundación.
ESTADO DEL ARTESuficiencia Estructural (S1) según la FHWA
Figura 5.- Camión de diseño HL93. (AASHTO
LRFD, 2010)
De acuerdo al MBE de la AASHTO depende de la carga viva en Toneladas , el TPDA y la configuración y condición de la estructura.
Figura 6.- Camión de diseño HS20.
(AASHTOEstandar, 2002)
RF≥1S1 = f(RF)
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ESTADO DEL ARTESuficiencia Estructural (S1) según la FHWA
EVALUACIÓN A NIVEL DE DISEÑO
EVALUACIÓN A NIVEL DE CARGA LEGAL
EVALUACIÓN A NIVEL DE CARGA PERMITIDA
Las categorías de evaluación de un puente según MBE se clasifican en:
1. Inventario que es la carga viva que sin causar ningún daño puede utilizar el puente por un indefinido periodo de tiempo.
2. Operación que es la máxima carga viva permisible que puede pasar por el puente.
RF = (Φc)(Φs)(Φ)Ru - γDCDC - γDWDW - PγP
γL(LL+IM)
Donde :
RF = Factor de Rating debe ser mayor a 1 según el MBE de la AASHTO 2011Φc = Factor de condición (según LRFD)Φs = Factor de sistema (según LRFD)Φ = Factor de resistenciaRu = Resistencia NominalγDC = Factor de carga de los componenetes estructuralesγDW = Factor de carga de la superficie de rodduraγP = Factor de carga sobrecarga muerta (aceras, barandas, postes) (según LRFD)
DC = Peso propio de los componenetes estructuralesDW = Peso Propio de la carpeta de rodaduraP = Peso propio sobrecarga muertaγL = Factor de carga vivaLL = Carga vivaIM = Carga de impacto
…………….. (1) Ec. Load Rating según LRFR
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RS = S1 + S2 + S3 – S4
ESTADO DEL ARTEObsolescencia Funcional (S2) según la FHWA
Depende de 13 ítems del coding guide, entre ello: el Diseño Geométrico carretera, TPDA, jerarquía de la carretera, flujo debajo del puente, gálibo, etc.
Figura 7.- .- Esquematización del paso de 2 vehículos a la vez por el puente Santa Ana. (Fuente
Propia, 2015)
Figura 8.- Puente Santa Ana. (PCA, 2010)
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RS = S1 + S2 + S3 – S4
ESTADO DEL ARTEEsenciabilidad para Uso Público (S3) Según la FHWA
Depende de 3 ítems del coding guide, entre ellos: la jerarquía de la carretera, TPDA, desvíos carretera alternativa.
Figura 9.- Esquematización del paso de 2 vehiculos a la vez por el viaducto Cotapata – Sta Barbara Km
34+479. (Fuente Propia, 2015)
Figura 10.- Carretera Cotapata – Sta Bárbara. (Fuente Propia, 2014)
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ESTADO DEL ARTEReducciones Especiales (S4) Según la FHWA
Depende de 3 ítems del coding guide entre ellos: Reducciones especiales que dependen del nivel de seguridad.
Figura 11.- Características de las barreras de seguridad al tráfico en norteamerica. (FHWA, 2015)
RS = S1 + S2 + S3 – S4
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ESTADO DEL ARTECategorización según la FHWA
Tabla 1.- Categorización de la condición de un puente para la NBI. (FHWA, 2011)
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METODOLOGÍAPara determinar la incidencia en la precisión de evaluación de puentes en Bolivia con la incorporación de la metodología load rating según la FHWA, se utilizaran tres casos de estudio.
La evaluación de suficiencia de cada uno de los puentes estudiados se realizara siguiendo lo dispuesto en la metodología Load Rating de la AASHTO en correspondencia con la FHWA.
PUENTE SAN ANTONIO
VIADUCTO COTAPATA SANTA BÁRBARA
PUENTE SANTA ANA
Figura 12.- Mapa de Bolivia. (Bolivian Maps, 2015)
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MARCO PRACTICOEvaluación Estructural del Puente San Antonio
Figura 13.- Vista longitudinal del puente “San Antonio”. (PCA, 2010)
Figura 14.- Planta del puente “San Antonio”. (PCA, 2010)
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MARCO PRACTICOModelación Matemática Puente San Antonio (Diseño Proyectado)
fs = 1 (Apropiada configuración de los elementos estructurales)fc =1 (Condición buena de los elementos estructurales)f =1 (Flexión)
Resultados
Puntaje de carga (RF) para flexión = 0.92 a nivel inventario.Puntaje de carga (RF) a flexión = 1.20 en el nivel operación.
Rating a nivel diseñoMetodología LRFRCamión HL-93Impacto 30%
Figura 16.- Figura 13.- Empuje de tierra muro derecho. (Fuente Propia, 2015)Figura 15.- Carga sobre las zapatas de ambos muros. (Fuente Propia, 2015)
Figura 17.- Empuje de tierra muro izquierdo. (Fuente Propia, 2015)
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MARCO PRACTICOViaducto Cotapata – Santa Bárbara Km. 34+479
Figura 18.- Superficie del viaducto “Cotapata – Sta. Bárbara Km 34+475”. (PCA, 2010)
Figura 19.- Perfi Longitudinal viaducto “Cotapata – Sta. Bárbara Km 34+475”. (Supervisión LAHMEYER-CONNAL, 2001)
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fs = 1 (Apropiada configuración de los elementos estructurales)fc =0.95 (Condición buena de los elementos estructurales)f =0.9 (Flexión)
Resultados
Puntaje de carga (RF) a flexión = 1.93 en el nivel operación.
Rating de carga legalMetodología LRFR
Camión HS20-44+25% + Carga Equivalente de 9300 KN/mImpacto 30%
MARCO PRACTICOViaducto Cotapata – Santa Bárbara Km. 34+479
Figura 20.- Modelo generado para la evaluación del viaducto Km.34+479. (Fuente Propia, 2015)
Figura 21.- Fuerzas actuantes sobre el centro de gravedad del camión. (Fuente Propia, 2015)
Figura 13.- Esquema de la fuerza centrifuga. (Phisics, 2015)
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M
25T
C
Avfv
Asfs
Direcciónde las grietas
50
30
104 KN+
Wtablero (sen(0.06))
V
Figura 22.- Detalle estado apoyos antisísmicos viaducto 34+479. (PCA, 2010)
196 KN ≰ 164 KN
MARCO PRACTICOViaducto Cotapata – Santa Bárbara Km. 34+479
Figura 23.- Secciones trasversales viaducto 34+479. (Supervisión LAHMEYER-CONNAL, 2001)
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Figura 24.- Vista longitudinal del puente “Santa Ana”. (Fuente Propia, 2015)
MARCO PRACTICOPuente Santa Ana
Figura 25.- Plano de Elevación del puente “Santa Ana”. (PCA, 2010)
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Rating de carga legalMetodología LRFR
Camión HS20-44+25% + Carga Equivalente de 9300 KN/mImpacto 30%
fs = 0.85 (Puente en arco)fc =0.85 (Condición mala)f=0.9 (Flexión)
fc fs 0.85≰
Resultados
Puntaje de carga (RF) a flexión = 0.96 en el nivel operación.
MARCO PRACTICOPuente Santa Ana
Figura 26.- Modelo del puente Santa Ana software CsiBridge. (Fuente Propia, 2015)
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Momento Torsor
Momento Flector
R peso camión
Ya que no se tenia datos del espaciamiento y área de estribos de la viga de arco; se verifico la resistencia dada por el concreto frente a esfuerzos de corte por torsión.
4082 KN/m ≰ 1679 KN/m
MARCO PRACTICOPuente Santa Ana
Figura 27.- Deformada del Puente “Santa Ana”. (Fuente Propia, 2015)
Figura 28.- Esquema de las fuerzas aplicadas al Puente Santa Ana. (Fuente Propia, 2015)
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MARCO PRACTICOResultados Evaluación de Suficiencia (SR) según la FHWA
Figura 29.- Inspección Técnica al Tramo Cotapata – Sta Bárbara (CPS-Belmonte, 2014)
RS S1 S2 S3 0 45.51
Puntaje de Suficiencia (RS) Estructura Actual Viaducto Cotapata Sta. Bárbara Km. 34+479
RS S1 S2 S3 S4 79.696
Puntaje de Suficiencia (RS) Diseño Proyectado Puente San Antonio
RS S1 S2 S3 S4 35.583
Puntaje de Suficiencia (RS) Estructura Actual Puente San Antonio
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DEMOSTRACIÓN DE LA HIPÓTESISResultados FHWA vs PCA
Tabla 2.- Comparativa de resultados obtenidos con la investigación. (Fuente Propia, 2015)
PCA
Estructura
Evalua
CategorizaciónPuntaje
Actual Proyectada Nivel Nivel Actual Proyectada
1
Puente San Antonio X
1.2 0.9
A falta de información delpuente actual, este no pudoser evaluado. No obstante afines demostrativos se realizola evaluacion del proyecto dediseño para rreemplazo alpuente actual, se pudoverificar que la condición dela estructura es muy buena,por lo tanto suficiente y unavez construida requerira unmantenimiento preventivo.
XRequiere unaintervención inmediata
3
2
Viaducto Cotapata -Sta Bárbara X
1.9 -
Para rehabilitación XRequiere unaintervención inmediata
3
3
Puente Santa Ana X
0.9 -
Para rehabilitación XRequiere unaintervención inmediata
3
80
45
35
Categorización
No Caso de Estudio Puntaje de Suficiencia
de la FHWA
Resultados de Load Rating
FHWA
Estructura Evaluada
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DEMOSTRACIÓN DE LA HIPÓTESISCuadro Comparativo Criterios Evaluación Puentes (USA VS BOLIVIA)
No ***Criterios de Evaluación Según FHWA ObservacionesSegún PCA, APIA XXI, Ing. Arguedas Observaciones
1
Suficiencia Estructural SIUtiliza criterios de Load Rating según metodología LRFR. Además de una evaluación estructural general.
SIUtiliza criterios de Load Rating según metodología ASR. Además de una evaluación estructural general.
2
Hidraúlica NO No considera en la evaluación este criterio. SI
Utiliza en la evaluación información del estado de los cursos de agua debajo del puente.
3
Geotécnia NO No considera en la evaluación este criterio. SI Utiliza en la evaluación información
del estado de las fundaciones.
4
Esenciabilidad al Uso Público ó Social - Ambiental SI
Utiliza en la evaluación información referida a niveles de seguridad, desvios alternativos, TPDA.
SIPCA, APIA XXI e Ing. Arguedas consideran en la evaluación el TPDA y el Tipo de Carretera.
5
Obsolescencía Funcional SI
Utiliza información de la condición hidraúlica, de la quebrada o autopista bajo el puente y la compatibilidad del diseño geometrico del puentes respecto la carretera entre otros.
SI
PCA, APIA XXI e Ing. Arguedas consideran este criterio de forma parcial es decir su evaluación no incluye los trece items que considera la FHWA.
Tabla 3.- Comparativa entre criterios de la FHWA Vs Estudios de Caracteristicas Legales en Bolivia. (Fuente Propia, 2015)
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• El “Load Rating” no es “per se” porque aplica únicamente a uno de los diecinueve ítems del (RS) de la FHWA.
• Se verificó que el estudio elaborado por PCA, APIA XXI e Ing. Arguedas es un fuente de información imprescindible para la evaluación y categorización de los puentes en Bolivia.
• Los criterios adoptados por PCA, APIA XXI e Ing. Arguedas, son validos para la suficiencia estructural de un puente.
• Ambos criterios FHWA y PCA, APIA XXI e Ing. Arguedas (USA y Bolivia) de evaluación son complementarios y no excluyentes.
• PCA, APIA XXI e Ing. Arguedas usa criterios de load rating según la ASR, mientras la FHWA utiliza criterios de load rating según la LRFR (factores de ponderación sometidos a un análisis estadístico) por tanto esta ultima es mas precisa.
CONCLUSIONES
Figura 30.- Inspección Técnica Tramo Cotapata – Sta. Barbara. (CPS-Belmonte, 2014)
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CONCLUSIONES
• La evaluación según la metodología load rating en correspondencia con la FHWA requiere la intervención de un profesional competente con amplia experiencia en puentes.
• Una ventaja con el Load Rating efectuado en cualquier modalidad (inventario, operación o “posting”), es que es un documento de características legales, homologado con las normativas de Estados Unidos y que permite alcanzar el estándar de los organismos financiadores al cumplir con exigencias técnicas y legales para la solicitud de fondos para mantenimiento de puentes.
Figura 13.- Ingreso Viaducto Km. 36 tramo Cotapata – Sta Bárbara. (Fuente Propia, 2014)
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RECOMENDACIONES
Figura 31.- Corredor Bioceánico Brasil Bolivia Chile. (M. León; Los Tiempos, 2012)
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BIBLIOGRAFÍA
Figura 32.- Cubiertas bibliografía consultada. (varios, 2015)
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FIN
GRACIAS…
Figura 33.- Avenida Villazón Hasta Sacaba. (Opinión, 2013)