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Comportamiento de cimentaciones de puentescimentaciones de puentes
Alberto PATRÓNConsultora Mexicana de Ingeniería S.A. de C.V.
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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