Comportamiento de cimentaciones de puentes

Comportamiento de
cimentaciones de puentes
Alberto PATRÓN
Consultora Mexicana de Ingeniería S.A. de C.V.
[email protected]
III Seminario Internacional de Puentes
AMIVTAC-PIARC
15,16 y 17 de Mayo de 2014, México D.F.
Comportamiento de
cimentaciones de puentes
 Contexto de la seguridad de puentes
 Ejemplo de diseño y construcción

Conclusiones
1
 Contexto de la seguridad de puentes
Contexto
Reglamentación sobre construcciones
Riesgo en la industria de la construcción
 Codigo de Hammourabi => 1er reglamento de construcción
•
Art 229 : «… si un albañil construye una casa para alguien,
pero si el no ha reforzado suficientemente su estructura y
si la casa que el construyó se derrumba y si el propietario
de la casa muere, el albañil sera condenado a morir……. ».
•
Art 230 : «…si es un hijo del propietario el que muera, se
matará a un hijo del albañil……….
 Relación entre un evento y sus consecuencias
2
Contexto
Riesgo
Riesgo= Ocurrencia de un evento X Consecuencias del evento
 Exemple : Evento : Sismo
Consecuencias : Derrumbe de construcciones
y pérdida de vidas
Probabilidad dell evento
 Diagramme de Farmer (1967)
Riesgo
g
Inaceptable
Riesgo
aceptable
Baja
Significativa
Grave
Consecuencia del evento
Diseño de estructuras
Solicitaciones
SR
Contexto
Resistencia
3
Seguridad de estructuras
Contexto
 Esfuerzos Admisibles (1900-1970): Norma AASHTO 1963-2002
   adm 
 ruptura
Factor de Seguridad
K
 Método Semi-Probabilista (1970~): Norma AASHTO 1994~
R
γS Sk  k
γR
Valor característico
Coeficiente Parcial de Seguridad
g
 Probabilista (1960~) : Investigación
Pf  ΡR  S   Pfadm
Probabilidad de falla

Métodos extremadamente complejos
Probabilidad de
falla admisible
Seguridad de estructuras
Contexto
Probabilidades de falla para diferentes industrias
 En ingeniería civil las probabilidades de falla son del orden de 10-5
4
Contexto
Seguridad de cimentaciones
Factores de seguridad (Terzaghi, 1948) !!
Contexto
Seguridad de cimentaciones
Coeficientes parciales de seguridad (Meyerhof, 1994)
Coeficientes “calibrados” para obtener misma Pf
5
Seguridad de estructuras
Contexto
 Riesgos asociados a algunas actividades (Melchers, 1995)
 Riesgo por fallas estructurales bajo
Falla relevantes de puentes
Contexto
 Estudio americano
(Wardhana, 2003)

Fallas de puentes entre 1989 y 2000
6
Falla relevantes de puentes
Contexto
 Fallas por tipo de puentes 
Puentes Metálicos representan
casi el 50 % de las fallas,
 Las fallas en puentes de
concreto son relativamente bajas
j
 Ditribución de fallas por año
Crecida del
Misssissippi
Sismo de
Loma Prieta
Contexto
Fallas relevantes de puentes
 Resumen de resultados
Principales tipos de falla
 Inundacíon
í (33 %)








Arrastre / Socavación (16%)
Colisiones (12 %)
Sobrecargas (9%)
Deterioro (8.5 %)
Fuego (3%)
Construcción (2.5
(2 5 %)
Sismo (3.5 %)
Diseño (0.6 %)
7
Contexto
Fallas relevantes de puentes
 En México no existen estudios comparables
Principales tipos de falla en México
 Inundacíon






Arrastre / Socavación
Sobrecargas
Deterioro (falta de mantenimiento)
Construcción
Diseño
Sismo
Exploración Geotécnica
Contexto
 En México no existen estudios comparables
Principales tipos de falla en México
 Inundacíon






Arrastre / Socavación
Sobrecargas
Deterioro (falta de mantenimiento)
Construcción
Diseño
Sismo
8
Exploración geotécnica
Contexto
Clasificación del suelo,
Número de ggolpes
p
Muestras alteradas
Propiedades índice
Correlaciones
Tipo de cimentación
Nivel de desplante
Capacidad de carga
 Muestreo detallado
Definición de estratigrafía,
Clasificación del suelo,
Número de golpes
Muestras inalteradas
Valores de
Pruebas Triaxiales
 , c, etc
Tipo
p de cimentación
Nivel de desplante
Capacidad de carga
Incertidumbress
 Muestreo convencional (Prueba de penetración estándar)
Definición de estratigrafía,
Valores de  , c, etc
 Pruebas de carga
Verificación del comportamiento real
Estructuras Importantes
Ejemplos particulares
9
Puente La Unidad
Puente La Unidad
 Ubicación
Puente La Unidad
Puente Existente
 Paso entre Ciudad del Carmen e Isla Aguada, Camp.
Pilas a base de ppilotes de concreto hincados
Tablero a base de vigas de concreto pretensadas
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Puente La Unidad
Puente Existente
 Estructura con daños importantes
Patología mayor en todo el puente
Corrosión importante en subestructura
Varias campañas infructuosas de reparación
Necesidad de un nuevo puente
c
EXPLORACIÓN Y PRODUCCIÓN
Nuevo Puente La Unidad
Elaboración de estudios
complementarios
Anteproyecto Detallado Licitación Pública
Euro Estudios
Estudios prelimiares
Desarrollo de ingeniería
CMI
Geotecnia, Geofísica
Triada
Topografía, etc.
Ingeniería de detalle
de base
Construcción del
nuevo puente
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Sitio del puente
Puente La Unidad
 Problemática :
Sitio Marino
Corrientes importantes
Tirante de agua permanente de ~ 7.0m y 15m.
 Suelo de mala calidad
 Zona de
g))
d sismicidad
d d elevada
l
d (c=0.45
( 0
Caracterización del sitio
Puente La Unidad
Estudio topográfico y batimétrico
Estudio Geofísico y Geológico
Caracterizacíon y velocidades de propagación
Estudio Geotécnico (2 campañas de sondeos)
Primera etapa (10 sondeos)
Segunda etapa (7 sondeos)
 Extracción de muestras inalteradas de diferentes estratos
12
Perfil Geofísico y Geotécnico
Puente La Unidad
Estratigrafía muy variable a lo largo del cruce
Perfil Geotécnico
Puente La Unidad
Detalle : Margen Cd. Del Carmen
13
Perfil Geotécnico
Puente La Unidad
Detalle : Margen Isla Aguada
Puente La Unidad
Propuesta de Nuevo Puente
 Puente de 3,285 m de longitud
Estructura paralela al puente existente
Separación de 15.5m entre cuerpos de puentes
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Puente La Unidad
Nuevo Puente “ La Unidad”
 Características Principales
Longitud total = 3285 m.
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
Puente La Unidad
Nuevo Puente “ La Unidad”
Tablero (Solución adoptada)
LOSA
CONTINUA
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Puente La Unidad
Nuevo Puente “ La Unidad”
Subestructura : 3 tipos de pilas
 Pilas tipo I
Pila típica (50 pilas en el puente)
Pilotes 1.2 m Diam.
Puente La Unidad
Nuevo Puente “ La Unidad”
 Pilas tipo II
Pila en canal de navegación
(19 pilas en el puente)
Pilotes 1.2 m Diam.
16
Puente La Unidad
Nuevo Puente “ La Unidad”
 Pilas tipo III
Pila en canal de “llenado” de laguna de términos
(3 pilas en el puente)
Pilotes 1.5 m Diam.
Puente La Unidad
Subestructura
 Procedimiento constructivo
Hincado de tubo ademe (Vibrohincador + Martinete)
 Vaciado del interior del tubo (salvo “tapón” de suelo)
Colocación de armaduras y colado de pilote
Punta Ademe
Refuerzo Pilote
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Puente La Unidad
Morfología de pilas
Pila Tipo I
Pil Tipo
Pila
Ti III
Pila Tipo II
Diseño de Cimentación
Puente La Unidad
Diseño Sísmico
Estudio Geotécnico
Espectros
p
de Diseño
Espectro SCT (CFE 94)
Estudio Geofísico
Espectro Diseño Centro
Espectro Diseño Margen
Estudio de Riesgo Sísmico
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Diseño de Cimentación
Puente La Unidad
 Modelado de las pilas tipo II
Diseño de Cimentación
Puente La Unidad
 Modelado de las pilas tipo I
19
Diseño de Cimentación
Puente La Unidad
 Modelado de las pilas tipo III
Diseño de Cimentación
Puente La Unidad
 Modelado de las pilas
Modelado de la interacción Suelo Estructura
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Diseño de Cimentación
Puente La Unidad
Comportamiento No-Linear
Calculo de acelerogramas sintéticos
Verificación
Espectro de diseño
Generación de registros
Diseño de Cimentación
Puente La Unidad
Comportamiento No-Linear
Articulaciones plásticas en parte superior de pilotes
Cálculo no linear
Ciclo de histéresis
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Puente La Unidad
Respuesta de la estructura
Respuesta de la estructura (análisis paso a paso)
Puente La Unidad
Determinación de “ductilidad”
Comportamiento No-Linear
Cálculo de “ductilidad” equivalente
Comparación de cálculo modal espectral y no
no-lineal
lineal
Resultados (pilas tipo I)
PILOTE
No
PoPo+CMS
ton
1
‐271
CARGA MAX (A)
( ) ‐604.80
CARGA MAX (B) ‐458.84
MODELO A
SX
SY
TON
TON
‐278
SX1
TON
SX2
TON
SX3
TON
SX4
TON
MODELO B
SX5 SY1
TON TON
SY2
TON
SY3
TON
SY4
TON
SY5
TON
‐186 ‐101.11 ‐177.53 ‐161.8 ‐201.84 ‐162.58 ‐97.659 ‐122.45 ‐127.85 ‐124.5 ‐123.94
FACTOR
2.75 1.57 1.72 1.38 1.71 1.90 1.52 1.45 1.49 1.50
PROMEDIO
1.82
1.57
Valor de Q=1.5 para diseño de cimentación
22
Resumen de Resultados
Puente La Unidad
 Cargas en pilotes
Cargas Verticales en Pilotes
Concentración de cargas sísmicas en pilotes extremos
Concentración de cargas “estáticas” en pilote central
Prueba de carga
Puente La Unidad
R
Resultados
l d
Carga última = 963 ton
Deformación máxima = 3.7 cm
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Puente La Unidad
Comparación de resultados
Cálculos de capacidad de carga vertical
Tres grupos de ingenieros de reconocido prestigio
Cálculos independientes
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
24
Imágenes de la construcción
Hincado de Pilotes
Colado de Cabezal
Colado de pilotes
Retiro de Cimbra
Imágenes de la construcción
Estado actual dela obra
25
c
Nuevo Puente “La Unidad”
EXPLORACIÓN Y PRODUCCIÓN
c
Nuevo Puente “La Unidad”
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
os estud
estudios
os es irrelevante
e e a te e
en relación
e ac ó
al costo de las obras (2 %<)
Estudios e ingeniería detallados = Economías
27
GRACIAS POR SU ATENCIÓN !!!
28