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

INTRODUCCION

Figura 1.- Mapa de rutas que conforman la red vial fundamental de Bolivia. (ABC, 2015)

ANTECEDENTES

Figura 2.- Puente San Pedrito ubicado en el Tramo Cristalmayu – Montero de la RVF No 10. (El Deber, 2015)

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

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.

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)

ESTADO DEL ARTE

Evaluación de Puentes en Bolivia

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.

ESTADO DEL ARTEEvaluación de Puentes en Norteamérica (Coding Guide de la FHWA)

Puntuación de 0 a 100

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)

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

            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)

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)

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

ESTADO DEL ARTECategorización según la FHWA

Tabla 1.- Categorización de la condición de un puente para la NBI. (FHWA, 2011)

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)

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)

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 =0.9 (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)

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)

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)

 

 

 

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)

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)

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)

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)

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

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

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)

• 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)

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)

RECOMENDACIONES

Figura 31.- Corredor Bioceánico Brasil Bolivia Chile. (M. León; Los Tiempos, 2012)

BIBLIOGRAFÍA

Figura 32.- Cubiertas bibliografía consultada. (varios, 2015)

FIN

GRACIAS…

Figura 33.- Avenida Villazón Hasta Sacaba. (Opinión, 2013)