Diseño de Subestructura y Prácticas de Prevención de Desastres en Puentes en Japón

Transcripción

1 Diseño de Subestructura y Prácticas de Prevención de Desastres en Puentes en Japón Mikihiro MORI / Rubén Martínez Equipo de Cooperación Técnica de JICA 20 de Junio de 2013

2 Contenido 1. Condiciones naturales de Japón 2. Especificaciones técnicas relacionadas al diseño y construcción de nuevos puentes 3. Control de prevención de desastres causados por erosión en los puentes existentes 4. Métodos utilizados en Japón para la protección ante la erosión. 2

3 Condiciones naturales de Japón Severo ambiente natural que facilita la aparición de desastres naturales Suelo del territorio nacional sumamente vulnerable (1) Terremotos y volcanes activos (2) Lluvias torrenciales concentradas debido a tifones y temporadas de lluvias entre otros (3) Cordillera con fuerte pendiente (4) Zonas de fuerte nevada (5) Terreno inestable (Llanura aluvial)

4 Precipitaciones en países del mundo Precipitación (mm/año) Indonesia Filipinas Japón Suiza Tailandia Mundial Estados unidos Francia China Australia Irán Nota) La precipitación de Japón es el valor promedio de los años 1971 a La precipitación mundial y de cada país se basa en los documentos del consejo de agua de las naciones unidas realizada en el año Elaborado de recursos hídricos de Japón, edición año del departamento de recursos hídricos de la oficina de recursos hídricos y tierras del ministerio de territorio nacional y transporte. (Fuente: Pagina web ministerio de territorio nacional y transporte)

5 Comparación de la precipitación anual por meses Promedio anual de la precipitación de Tokio Nueva York (EEUU) Berlín (Alemania) (Mes) Nota) Valor promedio de los año 1971 a Elaborado del Anuario científico 2005 (Diciembre de 2004) del observatorio nacional (Fuente: Pagina web ministerio de territorio nacional y transporte) 5

6 Rio Yoshino (Fuente: Pagina web ministerio de territorio nacional y transporte) Grafica de la Sección vertical de las vías fluviales de Japón y continente Altitud Rio Joganji Rio Kiso Rio Fuji Rio Durance Rio Shinano Rio Mogami Rio Tone France Rio Garonne France Rio Seine Rio Rhone France France Rio Loire France Rio Mekong Southeast Asia Rio Colorado USA Africa Rio del Nilo USA Rio Mississippi Rio Amazonas South America Distancia desde la desembocadura (Km) 6

7 Características de la erosión de los cimientos de los puentes (1) La erosión de los cimientos de los puentes se refiere a 1 Daños en puentes que han sufrido erosión en el cauce,2 Desastres debido a deformación de diques en la cercanías del estribo. La erosión del cauce es un fenómeno en que desciende el suelo fluvial ocasionado por la corriente de la tierra del cauce por una alta velocidad del fluido al momento de la salida de agua, generando daños en los puentes. 7

8 Características de la erosión de los cimientos de los puentes (2) Los daños ocasionados por la erosión del cauce se pueden dividir de forma general en, 1 Daños de Hundimiento, inclinación y caída del puente debido al descenso del cauce cercano al cimiento,2 Desastres debido a agrietamiento de diques, desbordamiento y derrame de tierra (incluyendo a las vías instaladas) en la cercanías del estribo. Hay casos en que la erosión del cauce, se desarrolla repentinamente al momento de la salida del fluido a gran escala, sin embargo generalmente esta avanza gradualmente a través de varias 8 salidas de agua

9 Características de la erosión de los cimientos de los puentes (2) Los daños en los puentes ocasionados por la erosión del cauce no se desarrollan gradualmente, en la mayoría de los casos al pasar un limite del nivel de erosión se presentan rápidamente los cambios de su estado. Por esto, aunque no se hayan presentado cambios ordinarios en el puente, hay casos en que la erosión ya ha evolucionado. Los cimientos de los puentes que reciben la erosión del cauce, tienen una disminución de la fuerza para soportar el peso, con posibilidad de ser inestable al momento de sismos. 9

10 Pilas: Casos de daños en puentes Estribos: 10

11 2. Especificaciones técnicas relacionadas al diseño y construcción de nuevos puentes viales

12 Bases técnicas relacionadas al diseño de nuevos puentes viales (1) Especificaciones de puentes viales Ordenanzas del ministerio del territorio nacional y transito que rigen las Normas viales y la reglamentación de construcción de vías. Bases técnicas de pasos elevados etc. Ultima corrección en Marzo de Conformado por los 5 tomos de Ⅰ tomo en común, Ⅱ tomo de puentes en acero, Ⅲ tomo de puentes en concreto Ⅳ tomo de subestructura, Ⅴ tomo del diseño resistente a sismos. Ⅰ Tomo en Común: Reglamenta la forma de tomar la profundidad del agua en las cercanías de pilas dentro de la vía fluvial. Ⅳ Tomo del Diseño de Subestructura: Reglamentación sobre la construcción de subestructura en ríos en el diseño de puentes 12 dentro de las vías fluviales.

13 Bases técnicas relacionadas al diseño de nuevos puentes viales (2) Ordenanzas de construcción de instalaciones en las vías fluviales etc. Basado en las leyes de vías fluviales, de las instalaciones en las vías fluviales o construcciones con autorización, se reglamentan los valores estándar de seguridad para la construcción de puentes y diques entre otros. Última modificación en Noviembre de 1997 Normas relacionadas a la construcción de puentes: Ley 60 a Ley 67 Estándares técnicos relacionados a otros: Estándares de autorización para instalación de construcciones, Bases técnicas de construcción de diques en las vías fluviales etc.

14 Normas relacionadas a construcción de diques Dique frente a los estribos, aguas arriba y aguas abajo. - Estabilizar el flujo del río. - Reducir riesgo de erosión

15 Normas relacionadas a longitud de claros Estándar de longitud del claro L(m) Q Q:Cantidad del máximo caudal planeado(m 3 /s) 15

16 Normas relacionadas a la tasa de inhibición del área transversal del rio Tasa de inhibición del área transversal del rio Σbi/W 5(7)%

17 Normas relacionadas al borde libre en puentes Altura inferior de la viga ΔH:diferencia de altura desde la viga y el máximo nivel del agua H.W.L. Valores de ΔH según el caudal máximo planeado Q (m 3 /s): Q < 200, 0.6m ; 200 < Q < 500, 0.8m 500 < Q < 2,000, 1.0m; 2,000 < Q < 5,000, 1.2m 5,000 < Q < 10,000, 1.5m ; Q > 10,000, 2.0m 17

18 Normas relacionadas a la ubicación de las pilas L:Distancia entre las pilas del puente y la línea de la pendiente del dique: L 10m Sin embargo, en caso que el max. caudal planeado sea menor a 500m 3 /s se aplica L 5m 18

19 Normas relacionadas a la ubicación de estribos Ancho del rio mayor a 50m:No sobrepasar el alineamiento de alto caudal hacia el interior del río. Ancho del rio menor a 50m:No sobrepasar el alineamiento de la pendiente del dique. Ancho del rio: distancia en el punto de unión entre el nivel del caudal planeado medido perpendicular hacia la dirección de la caudal y la superficie de la pendiente del dique 19

20 Normas relacionadas a la protección de la orilla (1) Longitud de la protección de la orilla necesaria para la instalación de un puente L 20

21 Normas relacionadas a la protección de la orilla(2) Altura del dique de protección de la orilla necesaria para la instalación de un puente 21

22 Normas relacionadas a la protección de la orilla(3) Campo a proteger de la orilla o dique en la parte inferior del puente 22

23 Forma de tomar la profundidad en las cercanías de pilas M.W.L. a b Cauce actual Cauce futuro Línea de erosión ordinaria H.W.L. ΔHsf: Profundidad de la erosión en momentos de inundación desde la línea de erosión ordinaria (suponiendo su recubrimiento después de la inundación) a' a b b' Línea de erosión al momento de inundación 23

24 3. Control de prevención de desastres causados por erosión en los puentes existentes

25 Control de desastres en puentes viales (1) Puntos de inspección periódica en los puentes : Cambio de la Conservación post sucesos a la Conservación de prevención En las carreteras que el país administra, se realiza la inspección periódica de acuerdo a: En menos de 2 años después de la apertura al público se realiza la primera inspección y la segunda inspección se realiza en menos de 5 años Se realiza la inspección visual de los tipos de daños incluyendo la erosión. La necesidad de toma de medidas se clasifica en 7 niveles(a/b/c/s/e1/e2/m) y se registran, recopilan los datos en el historial de inspección del puente.

26 Control de desastres en puentes viales (2) En caso de realizarse reparaciones, también se deben de registrar los resultados (historial) Clasificación A B C E1 Contenido No se evidencian daños o no hay necesidad de la restauración por ser daños mínimos. Existe la necesidad de realizar reparaciones de acuerdo a la situación. Existe necesidad de realizar las reparaciones y otras inmediatamente. Existe necesidad de respuesta inmediata desde el punto de vista de la seguridad de la construcción del puente. E2 M S Existe la necesidad de una respuesta inmediata. Existe la necesidad de respuesta con obras de mantenimiento. Existe la necesidad de estudio detallado. 26

27 Control 橋台 de desastres en puentes viales (3) Inspección general de prevención de desastres (Lluvias torrenciales Fuerte nevada etc.) 1Desprendimiento de rocas 2Destrozo de peñascos 3Deslizamiento 4Avalancha 5Alud de fango y piedras 6Rellenos 7Muro de contención 8Erosión de las bases del puente 9Ventisca de nieve 10Otros

28 Propiedades de las vías fluviales con facilidad de aparición de erosiones (1) Cambio del estado de la corriente fluvial y forma de la vía fluvial Cambio de la forma de la vía fluvial en comparación al momento de la construcción Gradiente del cauce Menores a 1/250, corresponden a vías fluviales con corriente rápida Ubicación de la construcción del puente Curvaturas, partes de colisión, profundidades,ruta del agua Partes estrechas en donde se contrae la sección transversal de la corriente Partes de unión de vías fluviales etc. Ubicación y tipo de las pilas y diques Otros 28

29 Propiedades de las vías fluviales con facilidad de aparición de erosiones (2) Cauce anterior Partes de colisión Cauce actual Banco de arena Banco de arena Partes con erosión Banco de arena Cauce actual Cauce anterior 29

30 Cambios del estado de las bases de la protección de orilla en estribos(1) Erosión del cauce Cauce planeado 30 Hundimiento

31 Cambios del estado de las bases de la protección de orilla en estribos(2) Hundimiento por flote Realce Desprendimiento Agrietamiento Salida por flote Salida por hinchamiento

32 Construcciones de pilas que afectan el flujo Cabezal con pilotes Pila con columnas

33 4. Métodos utilizados en Japón para la protección ante la erosión

34 Métodos de obras de protección ante la erosión(1) Bloques de prevención de erosión

35 Métodos de obras de protección ante la erosión(2) Método de piedras en sacos (Unidades de filtro) 35

36 Métodos de obras de protección ante la erosión(3) Bloques de solidificación con recubrimiento vegetal 36

37 Métodos de obras de protección ante la erosión(4) (d)in-cap 工法 Método de obra de aumento de pilotes Método de obra In-cap 37

38 Fin