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Comportamiento de cimentaciones de puentescimentaciones de puentes

Alberto PATRÓNConsultora Mexicana de Ingeniería S.A. de C.V.

alberto.patron@prodigy.net.mx

III Seminario Internacional de Puentes

AMIVTAC-PIARC

15,16 y 17 de Mayo de 2014, México D.F.

Contexto de la seguridad de puentes

Comportamiento de cimentaciones de puentes

Contexto de la seguridad de puentes

Ejemplo de diseño y construcción

Conclusiones

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Contexto de la seguridad de puentes

Reglamentación sobre construccionesRiesgo en la industria de la construcción

Codigo de Hammourabi => 1er reglamento de construcción

Contexto

• Art 229 : «… si un albañil construye una casa para alguien,pero si el no ha reforzado suficientemente su estructura ysi la casa que el construyó se derrumba y si el propietariode la casa muere, el albañil sera condenado a morir……. ».

• Art 230 : «…si es un hijo del propietario el que muera, sematará a un hijo del albañil……….

Relación entre un evento y sus consecuencias

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Riesgo= Ocurrencia de un evento X Consecuencias del evento

Exemple : Evento : SismoConsecuencias : Derrumbe de construcciones

RiesgoContexto

Consecuencias : Derrumbe de construccionesy pérdida de vidas

Diagramme de Farmer (1967)

Riesgoleve

nto

g

Inaceptable

Riesgo

aceptable

Pro

babi

lidad

del

Consecuencia del evento

Baja Significativa Grave

Contexto

Diseño de estructuras

RS Solicitaciones Resistencia

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Seguridad de estructurasContexto

Esfuerzos Admisibles (1900-1970): Norma AASHTO 1963-2002

Kruptura

adm

Factor de Seguridad

Método Semi-Probabilista (1970~): Norma AASHTO 1994~

Coeficiente Parcial de Seguridad

K

R

kkS

RS

γγ

Valor característico

Probabilista (1960~) : Investigacióng

admff PSRP Ρ

Probabilidad de falla Probabilidad de falla admisible Métodos extremadamente complejos

Seguridad de estructuras Contexto

Probabilidades de falla para diferentes industrias

En ingeniería civil las probabilidades de falla son del orden de 10-5

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Seguridad de cimentaciones

Factores de seguridad (Terzaghi, 1948) !!

Contexto

Seguridad de cimentacionesCoeficientes parciales de seguridad (Meyerhof, 1994)

Contexto

Coeficientes “calibrados” para obtener misma Pf

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Seguridad de estructuras Contexto

Riesgos asociados a algunas actividades (Melchers, 1995)

Riesgo por fallas estructurales bajo

Falla relevantes de puentes Estudio americano

(Wardhana, 2003)

Fallas de puentes entre 1989 y 2000

Contexto

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Falla relevantes de puentes Puentes Metálicos representan casi el 50 % de las fallas, Las fallas en puentes de concreto son relativamente bajas

Fallas por tipo de puentes

Contexto

j

Ditribución de fallas por año

Sismo de Loma Prieta

Crecida del Misssissippi

Resumen de resultados

Principales tipos de falla

Fallas relevantes de puentes

í

Contexto

Inundacíon (33 %) Arrastre / Socavación (16%) Colisiones (12 %) Sobrecargas (9%) Deterioro (8.5 %) Fuego (3%) Construcción (2 5 %) Construcción (2.5 %) Sismo (3.5 %) Diseño (0.6 %)

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Fallas relevantes de puentes

Principales tipos de falla en México

En México no existen estudios comparables

Contexto

Inundacíon Arrastre / Socavación Sobrecargas Deterioro (falta de mantenimiento) Construcción Diseño Sismo

Exploración Geotécnica

Principales tipos de falla en México

En México no existen estudios comparables

Contexto

Inundacíon Arrastre / Socavación Sobrecargas Deterioro (falta de mantenimiento) Construcción Diseño Sismo

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Exploración geotécnica

Muestreo convencional (Prueba de penetración estándar)Definición de estratigrafía,Clasificación del suelo,Número de golpes

Correlaciones

Valores de etcc,,

Tipo de cimentación s

Contexto

g pMuestras alteradas Propiedades índice

Nivel de desplante

Capacidad de carga

Muestreo detallado Definición de estratigrafía,Clasificación del suelo,Número de golpes

Valores de etcc,,

Tipo de cimentaciónPruebas Triaxiales In

cert

idum

bres

Muestras inalteradasp

Nivel de desplante

Capacidad de carga

Pruebas de cargaVerificación del comportamiento realEstructuras Importantes

Ejemplos particulares

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Puente La Unidad

Ubicación

Puente La Unidad

Puente Existente

Paso entre Ciudad del Carmen e Isla Aguada, Camp.

Pilas a base de pilotes de concreto hincados

Puente La Unidad

p

Tablero a base de vigas de concreto pretensadas

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Puente Existente

Estructura con daños importantesPatología mayor en todo el puente

Puente La Unidad

Corrosión importante en subestructura

Varias campañas infructuosas de reparación

Necesidad de un nuevo puente

c

EXPLORACIÓN Y PRODUCCIÓN Nuevo Puente La Unidad

Anteproyecto DetalladoEuro Estudios

Estudios prelimiares

Desarrollo de ingeniería de base

Elaboración de estudios complementarios

Geotecnia, Geofísica

Topografía, etc.

Ingeniería de detalle

Licitación PúblicaCMI

Triada

de base

Construcción del nuevo puente

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Sitio del puente

Problemática :

Sitio Marino

Puente La Unidad

Sitio Marino

Corrientes importantes

Tirante de agua permanente de ~ 7.0m y 15m.

Suelo de mala calidad

d d d l d ( 0 ) Zona de sismicidad elevada (c=0.45 g)

Caracterización del sitio

Estudio Geofísico y Geológico

Estudio topográfico y batimétrico

Puente La Unidad

Estudio Geofísico y Geológico

Primera etapa (10 sondeos)

Estudio Geotécnico (2 campañas de sondeos)

Caracterizacíon y velocidades de propagación

Segunda etapa (7 sondeos)

Extracción de muestras inalteradas de diferentes estratos

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Perfil Geofísico y Geotécnico Puente La Unidad

Estratigrafía muy variable a lo largo del cruce

Perfil GeotécnicoDetalle : Margen Cd. Del Carmen

Puente La Unidad

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Perfil GeotécnicoDetalle : Margen Isla Aguada

Puente La Unidad

Propuesta de Nuevo Puente

Puente de 3,285 m de longitud

Estructura paralela al puente existente

Puente La Unidad

Separación de 15.5m entre cuerpos de puentes

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Nuevo Puente “ La Unidad”

Características PrincipalesLongitud total = 3285 m.

Puente La Unidad

Canal de navegación en la parte central (gálibo = 17.0 m)

Tablero con losa de rodamiento de concreto y trabes NU de concreto presforzado (claro tipo = 45.0 m)

Pilas a base de pilotes colados en sitio con tubo ademe

Nuevo Puente “ La Unidad”

Tablero (Solución adoptada)

Puente La Unidad

LOSACONTINUA

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Nuevo Puente “ La Unidad”

Subestructura : 3 tipos de pilas Pilas tipo I

Puente La Unidad

Pila típica (50 pilas en el puente)

Pilotes 1.2 m Diam.

Nuevo Puente “ La Unidad”

Pilas tipo IIPila en canal de navegación

Puente La Unidad

Pilotes 1.2 m Diam.

(19 pilas en el puente)

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Nuevo Puente “ La Unidad”

Pilas tipo IIIPila en canal de “llenado” de laguna de términos

Puente La Unidad

Pilotes 1.5 m Diam.

(3 pilas en el puente)

Subestructura

Procedimiento constructivo

Hincado de tubo ademe (Vibrohincador + Martinete)

Puente La Unidad

Hincado de tubo ademe (Vibrohincador + Martinete)

Vaciado del interior del tubo (salvo “tapón” de suelo)

Colocación de armaduras y colado de pilote

Refuerzo Pilote

Punta Ademe

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Pila Tipo I

Morfología de pilasPuente La Unidad

Pil Ti III

Pila Tipo I

Pila Tipo IIPila Tipo III

Diseño de CimentaciónDiseño Sísmico

Estudio GeotécnicoEspectros de Diseño

Puente La Unidad

Estudio Geofísico

pEspectro SCT (CFE 94)

Espectro Diseño Centro

Espectro Diseño Margen

Estudio de Riesgo Sísmico

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Diseño de Cimentación Modelado de las pilas tipo II

Puente La Unidad

Diseño de Cimentación Modelado de las pilas tipo I

Puente La Unidad

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Diseño de Cimentación Modelado de las pilas tipo III

Puente La Unidad

Diseño de Cimentación Modelado de las pilasModelado de la interacción Suelo Estructura

Puente La Unidad

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Diseño de CimentaciónComportamiento No-Linear

Calculo de acelerogramas sintéticos

Puente La Unidad

Espectro de diseño

Generación de registros

Verificación

Diseño de CimentaciónComportamiento No-Linear

Articulaciones plásticas en parte superior de pilotes

Puente La Unidad

Cálculo no linear

Ciclo de histéresis

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Respuesta de la estructuraPuente La Unidad

Respuesta de la estructura (análisis paso a paso)

Determinación de “ductilidad”Comportamiento No-Linear

Cálculo de “ductilidad” equivalente

Comparación de cálculo modal espectral y no-lineal

Puente La Unidad

PILOTE PoPo+CMS

SX SY SX1 SX2 SX3 SX4 SX5 SY1 SY2 SY3 SY4 SY5

No ton TON TON TON TON TON TON TON TON TON TON TON TON

1 ‐271 ‐278 ‐186 ‐101.11 ‐177.53 ‐161.8 ‐201.84 ‐162.58 ‐97.659 ‐122.45 ‐127.85 ‐124.5 ‐123.94

( )

MODELO A MODELO B

Comparación de cálculo modal espectral y no lineal

Resultados (pilas tipo I)

CARGA MAX (A) ‐604.80 FACTOR 2.75 1.57 1.72 1.38 1.71 1.90 1.52 1.45 1.49 1.50

CARGA MAX (B) ‐458.84 PROMEDIO 1.82 1.57

Valor de Q=1.5 para diseño de cimentación

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Resumen de Resultados Cargas en pilotes

Puente La Unidad

Cargas Verticales en Pilotes

Concentración de cargas sísmicas en pilotes extremos

Concentración de cargas “estáticas” en pilote central

Prueba de cargaPuente La Unidad

R l dResultados

Carga última = 963 ton

Deformación máxima = 3.7 cm

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Comparación de resultadosCálculos de capacidad de carga verticalTres grupos de ingenieros de reconocido prestigio

Cálculos independientes

Propiedades de los materiales => Ensayos Triaxiales

Puente La Unidad

Propiedades de los materiales Ensayos Triaxiales

Cargas actuantes

Detallado de conexiones

Confinamiento adecuado = Estribos + Tubo

Anclaje adecuado de varillas

Garantía de conexión dúctil = articulación plástica = Disipación energía

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Imágenes de la construcción

Hincado de Pilotes Colado de pilotes

Colado de Cabezal Retiro de Cimbra

Imágenes de la construcciónEstado actual dela obra

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Nuevo Puente “La Unidad”c

EXPLORACIÓN Y PRODUCCIÓN

Nuevo Puente “La Unidad”c

EXPLORACIÓN Y PRODUCCIÓN

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Conclusiones

Conclusiones

Caracterización de suelo extremadamente compleja

Experiencia = Fundamental

Menos información = Diseños conservadores

Realizar el máximo de estudios y sondeos posible

El costo de los estudios es irrelevante en relación costo de os estud os es e e a te e e ac óal costo de las obras (2 %<)

Estudios e ingeniería detallados = Economías

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GRACIAS POR SU ATENCIÓN !!!