puente papaloapan

EVALUACIÓN Y DIAGNÓSTICO DE UN PUENTE ATIRANTADO

Una visión desde la CIVIÓNICA

24 de septiembre de 2012

Instituto Mexicano del Transporte

Dr. Francisco J. Carrión V.

• Antecedentes

• Inspección No Destructiva

• Rehabilitación del Puente

• Estudio de confiabilidad

• Instrumentación y Monitoreo Remoto

• Civiónica, ¿Visión moderna de la Ing. Civil?

• Conclusiones

INDICE

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Antecedentes

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

Antecedentes

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Puente Río Papaloapan

Antecedentes

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

Diseño Antes de la instalación

Antecedentes

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

Antecedentes

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Análisis de falla

Sección del elemento con alto contenido de poros

Micro-estructura del elemento de anclaje superior

Antecedentes

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Propiedades

Especificación Valor de Diseño Valor Experimental

Esfuerzo de cedencia 345 MPa 360 MPa

Esfuerzo último ruptura 550 MPa 600 MPa

Elongación 22% 3%

Tenacidad ~ 50 MPa m 26 MPa m

Velocidad de crecimiento de grietas (m)

4 - 6 10.9

Composición química ASTM A-148 ASTM A-148

Antecedentes

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Diagnóstico de la falla • El acero no cumple con las especificaciones técnicas

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

• Causa: Deficiencias en el proceso de fundición y tratamiento térmico.

¿Cuál es la probabilidad de que ocurra otra falla?

Inspección No Destructiva

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

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


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Reflejo de pared posterior de un material con tamaño de

grano ASTM 1 y 2

Reflejo de pared posterior de un material con tamaño de

grano ASTM 7 y 8

Pruebas por Ultrasonido


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Pruebas por Ultrasonido

Haz recto Haz angular a 45° para

zona interna

Haz angular a 45° para la soldadura


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Resultado

Deficiencia Estructural Número de

elementos

Tipo de

elemento

Tamaño de grano grande

(ASTM 2) 8 2

Alto contenido de poros 2 1 y 3

Probable tamaño 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 información estadística de sus propiedades y poder realizar el estudio probabilístico de confiabilidad estructural para los 92 elementos restantes.

Rehabilitación del puente

Tirante en operación Pesaje Destensado

Inspección con PND Remoción de concreto Inspección en

laboratorio

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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 tamaño de grano “mediano”.

• 1 elemento de anclaje identificado con tamaño de grano “probablemente grande”, fue de grano “fino”, pero con alto contenido de defectos internos.

• Se obtuvieron datos estadísticos de los 4 elementos de

anclaje “buenos” para el estudio de confiabilidad.

Estudio de Confiabilidad

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Proceso de Simulación Monte-Carlo


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Índice de Confiabilidad antes de la rehabilitación


21

Índice de Confiabilidad después de la rehabilitación


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Resultados

• Los trabajos de rehabilitación incrementaron la vida útil del puente en más de un 40%, considerando crecimientos en el tránsito de 4% a 6% anual.

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

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

programa de monitoreo remoto continuo.

Sistema de Gestión de

Puentes

Instrumentación de

Puentes

Monitoreo Remoto

Socavación

Puentes Tipo

Corrosión

Programa Integral

de Puentes

Instrumentación y Monitoreo Remoto

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Crear una plataforma de alta tecnología que permita dar seguimiento detallado del comportamiento estructural de los puentes más importantes de México, en tiempo real.

Facilitar la evaluación y detección de daño, en especial, después de la ocurrencia de eventos extraordinarios.

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

Evaluar estructuralmente a los puente en construcción 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 útil de las estructuras.

Complementar el alcance del Sistema de Gestión de Puentes.

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

Proporcionar información estadística necesaria para la elaboración de modelos económicos para la conservación de los puentes.

Asignar prioridades a la conservación de puentes en forma eficiente.

Utilizar puentes como pesadoras dinámicas, para la vigilancia del peso de los vehículos de carga.

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Completar, con el sistema de gestión de pavimentos, y/o un centro de monitoreo y diagnóstico de carreteras.

Integrar sistemas inteligentes de control e información 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 estratégico para la operación de la red carretera mexicana.

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Puente instrumentado

Monitores de

despliegue

Estaciones de

trabajo para

análisis y

procesamiento

Periféricos

Ter

min

ale

s o

PC’s

pa

ra o

per

aci

ón

Servidor de

control

Un

ida

d d

e

alm

ace

na

mie

nto

Servidor Web

Laptop para acceso

inalámbrico a los

sistemas locales

instalados en los

puentes

Sistema

de alerta

inmediata


Eventos Extraordinarios Sismos Vientos extremos Accidentes Sobrecargas Lluvias intensas

Eventos ordinarios Fatiga Socavación Corrosión Deterioro Desgaste

Ce

ntr

o d

e M

on

ito

reo

de

Pu

en

tes

Actuación inmediata

Actuación de Corto Plazo

Actuación Preventiva

DGCC DGST CAPUFE Operador IMT Protección Civil Policía Federal

DGCC DGST CAPUFE Operador IMT Contratista

DGCC DGST CAPUFE Operador IMT y universidades Contratistas

Alarma

Diagnóstico

Análisis de tendencias y daño

Instrumentación

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Centro de Monitoreo de Puentes y Estructuras Inteligentes

Centro de Monitoreo de Puentes y Estructuras Inteligentes de la SCT

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PUENTE RÍO PAPALOAPAN

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2 Puentes con superestructura de trabes presforzadas

CMPEI

2 Puentes con superestructura de

nervaduras

2 Puentes con superestructura de trabes metálicas

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Puentes Tipo

Se reconoce como la causa que provoca más fallas en los puentes de México.

El problema se relaciona principalmente con la ubicación, cimentación, año de construcción, tipo de suelo, y condiciones ambientales.

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

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Socavación


Instrumentación en apoyos con sensores de aceleración (acelerómetros) en los 3 ejes (x, y, z), para medir amplitudes y frecuencias de vibración.

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

33

Acelerómetro 3D

Sistema Local


SCT-IMT


http://www.micronoptics.com/uploads/library/documents/Datasheets/Micron Optics sm130.pdf

http://www.micronoptics.com/uploads/library/documents/Datasheets/Micron Optics sp130.pdf

Instrumentación en los estribos con inclinómetros en 2D (x, y), para medir variaciones en la posición.

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

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Inclinómetro 2D

Sistema Local


SCT-IMT


http://www.micronoptics.com/uploads/library/documents/Datasheets/Micron Optics sm130.pdf

http://www.micronoptics.com/uploads/library/documents/Datasheets/Micron Optics sp130.pdf

Civiónica, ¿Visión moderna de la Ing. Civil?

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CIVIÓNICA

Término acuñado 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 diseños, aplicaciones y tecnologías a la ingeniería estructural de Canadá (involucró a más de 10 universidades y centros de investigación). En 2010 distinguido por “The Order of Canada”, el más alto reconocimiento que puede recibir una persona en ese país y la primera vez que un ingeniero es nominado.

Puente Elba – Alemania - 1936

Puente Portage Creek Canadá – 1983

Ingeniería Aeronáutica + Aviónica

Aviación Puentes Época

1900+

1950+

2000

Aviónica + Ingeniería Aeronáutica

Avro Canada CF-105 Arrow - 1957

Ingeniería Estructural de Puentes

Civionica + Ingeniería Estructural

de Puentes

Fleetster V-1A - 8-pasajeros - 1932

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Componentes de un Sistema de Monitoreo de la

Integridad Estructural

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Conclusiones

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Muchas Gracias por su atención

puente papaloapan

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