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Grupo Visión Prospectiva México 2030, Evaluación y Diagnóstico de un Puente Atirantad. Una Visión Desde la Civiónica.

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  • 1. EVALUACIÓN Y DIAGNÓSTICO DE UN PUENTE ATIRANTADO Una visión desde la CIVIÓNICA Instituto Mexicano del Transporte Dr. Francisco J. Carrión V. 24 de septiembre de 2012
  • 2. INDICE • Antecedentes • Inspección No Destructiva • Rehabilitación del Puente • Estudio de confiabilidad • Instrumentación y Monitoreo Remoto • Civiónica, ¿Visión moderna de la Ing. Civil? • Conclusiones 2
  • 3. Antecedentes Puente Río PapaloapanUbicación: Km 85+980 Carretera La Tinaja-Acayucan, Ver.Tipo: Atirantado con 8 semi-arpas y 112 tirantesLongitud total: 407 metrosClaro: 203 metrosConstrucción: 1993-1994Puesta en servicio: 1994 3
  • 4. Antecedentes Puente Río Papaloapan 4
  • 5. Antecedentes Puente Río Papaloapan Ensamble del anclaje superior utilizado en el sistema de cables del puente Río Papaloapan Diseño Antes de la instalación 5
  • 6. Antecedentes Puente Río PapaloapanEn enero 2000, ocurre la falla del elemento de anclajesuperior del tirante 11, torre 3, lado agua, aguas arriba. 6
  • 7. Antecedentes Puente Río Papaloapan Análisis de falla Sección del elemento con Micro-estructura del elemento alto contenido de poros de anclaje superior 7
  • 8. Antecedentes Puente Río Papaloapan 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 4-6 10.9 de grietas (m) Composición química ASTM A-148 ASTM A-148 8
  • 9. Antecedentes Puente Río Papaloapan 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? 9
  • 10. Inspección No Destructiva Dificultades: Los elementos de anclaje están casi totalmenteembebidos en el concreto y cubiertos por el capuchón quesujeta el tirante. Las deficiencias de los elementos de anclaje estánrelacionadas con la micro-estructura del acero. 10
  • 11. Inspección No Destructiva Pruebas por UltrasonidoReflejo de pared posterior de Reflejo de pared posterior de un material con tamaño de un material con tamaño de grano ASTM 1 y 2 grano ASTM 7 y 8 11
  • 12. Inspección No Destructiva Pruebas por Ultrasonido Haz angular a 45° para Haz recto zona interna Haz angular a 45° para la soldadura 12
  • 13. Inspección No Destructiva Resultado Número de Tipo de Deficiencia Estructural elementos elemento Tamaño de grano grande 8 2 (ASTM 2) Alto contenido de poros 2 1y3 Probable tamaño de grano 6 2 grande 13
  • 14. Inspección No Destructiva 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. 14
  • 15. Rehabilitación del puenteTirante en operación Pesaje Destensado Inspección enRemoción de concreto Inspección con PND laboratorio 15
  • 16. Rehabilitación del puente 16
  • 17. Rehabilitación del puente 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. 17
  • 18. Estudio de Confiabilidad 18
  • 19. Estudio de Confiabilidad Proceso de Simulación Monte-Carlo 19
  • 20. Estudio de ConfiabilidadÍndice de Confiabilidad antes de la rehabilitación 20
  • 21. Estudio de ConfiabilidadÍndice de Confiabilidad después de la rehabilitación 21
  • 22. Estudio de Confiabilidad 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. 22
  • 23. Instrumentación y Monitoreo Remoto Sistema de Gestión de Puentes Instrumentaci Corrosión ón de Puentes Programa Integral de Puentes Monitoreo Puentes Tipo Remoto Socavación 13
  • 24. Instrumentación y Monitoreo Remoto 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. 24
  • 25. Instrumentación y Monitoreo Remoto 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. 25
  • 26. Instrumentación y Monitoreo Remoto 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. 26
  • 27. Instrumentación y Monitoreo Remoto Sistema Servidor Web de alerta inmediata Servidor dealmacenamiento control Unidad de Terminales o PC’s para operación Monitores de despliegue Puente instrumentado Estaciones de trabajo para análisis y Laptop para acceso procesamiento inalámbrico a los sistemas locales Periféricos instalados en los puentes 27
  • 28. Instrumentación y Monitoreo Remoto DGCC DGST Actuación CAPUFEEventos Alarma inmediata Operador Centro de Monitoreo de PuentesExtraordinarios IMT Protección CivilSismos Policía FederalVientos extremosAccidentesSobrecargas DGCCLluvias intensas Actuación de DGST Diagnóstico Corto Plazo CAPUFE Operador IMTEventos ordinarios ContratistaFatigaSocavación DGCCCorrosión DGSTDeterioro Análisis de Actuación CAPUFEDesgaste tendencias y daño Preventiva Operador IMT y universidades Instrumentación Contratistas 28
  • 29. Instrumentación y Monitoreo RemotoCentro de Monitoreo de Puentes y Estructuras Inteligentes de la SCT Centro de Monitoreo de Puentes y Estructuras Inteligentes 29
  • 30. Instrumentación y Monitoreo Remoto PUENTE RÍO PAPALOAPAN 30
  • 31. Instrumentación y Monitoreo Remoto Puentes Tipo2 Puentes con superestructura de trabes presforzadas 2 Puentes con superestructura de nervaduras CMPEI 2 Puentes con superestructura de trabes metálicas 31
  • 32. Instrumentación y Monitoreo Remoto Socavación 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). 32
  • 33. Instrumentación y Monitoreo Remoto 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. Sistema Local Acelerómetro 3D Centro de Monitoreo de Puentes y Estructuras Inteligentes SCT-IMT 33
  • 34. Instrumentación y Monitoreo Remoto 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. Sistema Local Inclinómetro 2D Centro de Monitoreo de Puentes y Estructuras Inteligentes SCT-IMT 34
  • 35. Civiónica, ¿Visión moderna de la Ing. Civil? 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. 35
  • 36. Época Aviación Puentes1900+ Fleetster V-1A - 8-pasajeros - 1932 Puente Elba – Alemania - 1936 Ingeniería Estructural de Puentes Ingeniería Aeronáutica + Aviónica1950+ Avro Canada CF-105 Arrow - 1957 Puente Portage Creek Canadá – 1983 Civionica + Ingeniería Estructural Aviónica + Ingeniería Aeronáutica de Puentes2000 36
  • 37. Civiónica, ¿Visión moderna de la Ing. Civil?Componentes de un Sistema de Monitoreo de laIntegridad Estructural 37
  • 38. Civiónica, ¿Visión moderna de la Ing. Civil? 38
  • 39. Civiónica, ¿Visión moderna de la Ing. Civil? 39
  • 40. Conclusiones 40
  • 41. Muchas Graciaspor su atención