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Jesús Cabrera Henríquez
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1 Comportamiento de cimentaciones de puentes Alberto PATRÓN Consultora 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. Comportamiento de cimentaciones de puentes Contexto de la seguridad de puentes Ejemplo de diseño y construcción Conclusiones 1

2 Contexto de la seguridad de puentes Reglamentación sobre construcciones Riesgo en la industria de la construcción Contexto 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.». Art230:«siesunhijodelpropietarioelquemuera,se matará a un hijo del albañil. Relación entre un evento y sus consecuencias 2

3 Riesgo Contexto Riesgo= Ocurrencia de un evento X Consecuencias del evento Exemple : Evento : Sismo Consecuencias : Derrumbe de construcciones y pérdida de vidas Diagramme de Farmer (1967) l evento Probabilidad del Riesgo Inaceptable Riesgo aceptable Baja Significativa Grave Consecuencia del evento Diseño de estructuras Contexto Solicitaciones S R Resistencia 3

4 Seguridad de estructuras Contexto Esfuerzos Admisibles ( ): Norma AASHTO adm ruptura K Factor de Seguridad Método Semi-Probabilista (1970~): Norma AASHTO 1994~ γ S S k R γ Probabilista (1960~) : Investigación P Ρ k R adm R S f P f Probabilidad de falla Métodos extremadamente complejos Valor característico Coeficiente Parcial de Seguridad Probabilidad de falla admisible Seguridad de estructuras Probabilidades de falla para diferentes industrias Contexto En ingeniería civil las probabilidades de falla son del orden de

5 Seguridad de cimentaciones Factores de seguridad (Terzaghi, 1948)!! Contexto Seguridad de cimentaciones Coeficientes parciales de seguridad (Meyerhof, 1994) Contexto Coeficientes calibrados para obtener misma Pf 5

6 Seguridad de estructuras Contexto Riesgos asociados a algunas actividades (Melchers, 1995) Riesgo por fallas estructurales bajo Estudio americano (Wardhana, 2003) Falla relevantes de puentes Fallas de puentes entre 1989 y 2000 Contexto 6

7 Falla relevantes de puentes Fallas por tipo de puentes Puentes Metálicos representan casi el 50 % de las fallas, Las fallas en puentes de concreto son relativamente bajas Contexto Ditribución de fallas por año Sismo de Loma Prieta Crecida del Misssissippi Fallas relevantes de puentes Resumen de resultados Principales tipos de falla Inundacíon (33 %) Arrastre / Socavación (16%) Colisiones (12 %) Sobrecargas (9%) Deterioro (8.5 %) Fuego (3%) Construcción (2.5 %) Sismo (3.5 %) Diseño (0.6 %) Contexto 7

8 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 Contexto Exploración Geotécnica En México no existen estudios comparables Contexto Principales tipos de falla en México Inundacíon Arrastre / Socavación Sobrecargas Deterioro (falta de mantenimiento) Construcción Diseño Sismo 8

9 Exploración geotécnica Contexto Muestreo convencional (Prueba de penetración estándar),c, etc Definición de estratigrafía, Clasificación del suelo, Número de golpes Muestras alteradas Propiedades índice Muestreo detallado Definición de estratigrafía, Clasificación del suelo, Número de golpes Muestras inalteradas Correlaciones Pruebas Triaxiales Valores de Tipo de cimentación Nivel de desplante Capacidad de carga Valores de,c, etc Tipo p de cimentación Nivel de desplante Capacidad de carga Incertidumbres Pruebas de carga Verificación del comportamiento real Estructuras Importantes Ejemplos particulares 9

10 Ubicación Puente Existente Paso entre Ciudad del Carmen e Isla Aguada, Camp. Pilas a base de pilotes de concreto hincados Tablero a base de vigas de concreto pretensadas 10

11 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 Anteproyecto Detallado Euro Estudios Estudios prelimiares Desarrollo de ingeniería de base Licitación Pública Elaboración de estudios complementarios CMI Geotecnia, Geofísica Triada Topografía, etc. Ingeniería de detalle Construcción del nuevo puente 11

12 Sitio del puente Problemática : Sitio Marino Corrientes importantes Tirante de agua permanente de ~ 7.0m y 15m. Suelo de mala calidad Zona de sismicidad d elevada (c=0.45 g) Caracterización del sitio 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

13 Perfil Geofísico y Geotécnico Estratigrafía muy variable a lo largo del cruce Perfil Geotécnico Detalle : Margen Cd. Del Carmen 13

14 Perfil Geotécnico Detalle : Margen Isla Aguada Propuesta de Nuevo Puente Puente de 3,285 m de longitud Estructura paralela al puente existente Separación de 15.5m entre cuerpos de puentes 14

15 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 Nuevo Puente La Unidad Tablero (Solución adoptada) LOSA CONTINUA 15

16 Nuevo Puente La Unidad Subestructura : 3 tipos de pilas Pilas tipo I Pila típica (50 pilas en el puente) Pilotes 1.2 m Diam. Nuevo Puente La Unidad Pilas tipo II Pila en canal de navegación (19 pilas en el puente) Pilotes 1.2 m Diam. 16

17 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. 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 17

18 Morfología de pilas Pila Tipo I Pila Tipo II Pila Tipo III Diseño Sísmico Diseño de Cimentación Estudio Geotécnico Estudio Geofísico Espectros de Diseño Espectro SCT (CFE 94) Espectro Diseño Centro Espectro Diseño Margen Estudio de Riesgo Sísmico 18

19 Diseño de Cimentación Modelado de las pilas tipo II Diseño de Cimentación Modelado de las pilas tipo I 19

20 Diseño de Cimentación Modelado de las pilas tipo III Modelado de las pilas Diseño de Cimentación Modelado de la interacción Suelo Estructura 20

21 Comportamiento No-Linear Diseño de Cimentación Calculo de acelerogramas sintéticos Espectro de diseño Verificación Generación de registros Comportamiento No-Linear Diseño de Cimentación Articulaciones plásticas en parte superior de pilotes Cálculo no linear Ciclo de histéresis 21

22 Respuesta de la estructura 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 Resultados (pilas tipo I) PILOTE PoPo+CMS MODELO A MODELO B 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 CARGA MAX (A) FACTOR CARGA MAX (B) PROMEDIO Valor de Q=1.5 para diseño de cimentación 22

23 Cargas en pilotes Resumen de Resultados Cargas Verticales en Pilotes Concentración de cargas sísmicas en pilotes extremos Concentración de cargas estáticas en pilote central Prueba de carga Resultadosl d Carga última = 963 ton Deformación máxima = 3.7 cm 23

24 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

25 Imágenes de la construcción Hincado de Pilotes Colado de pilotes Colado de Cabezal Retiro de Cimbra Imágenes de la construcción Estado actual dela obra 25

26 Nuevo Puente La Unidad c EXPLORACIÓN Y PRODUCCIÓN Nuevo Puente La Unidad c EXPLORACIÓN Y PRODUCCIÓN 26

27 Conclusiones Conclusiones Caracterización de suelo extremadamente compleja Experiencia = Fundamental Menos información = Diseños conservadores Realizar el máximo de estudios y sondeos posible El costode los osestudoses estudios irrelevante ee teen relación eacó al costo de las obras (2 %<) Estudios e ingeniería detallados = Economías 27

28 GRACIAS POR SU ATENCIÓN!!! 28

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