Este documento presenta el caso del puente atirantado Río Papaloapan en Veracruz, México. En 2000, ocurrió la falla de un elemento de anclaje superior de uno de los tirantes. Se realizó una inspección no destructiva que identificó deficiencias en 16 elementos. Se llevó a cabo una rehabilitación que reparó los elementos defectuosos. Adicionalmente, se instrumentó el puente con sensores para monitoreo remoto continuo con el fin de garantizar su integridad estructural a largo plazo. El document

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
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3. Antecedentes
Puente Río Papaloapan
Ubicación: Km 85+980 Carretera La Tinaja-Acayucan, Ver.
Tipo: Atirantado con 8 semi-arpas y 112 tirantes
Longitud total: 407 metros
Claro: 203 metros
Construcción: 1993-1994
Puesta en servicio: 1994
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4. Antecedentes
Puente Río Papaloapan
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5. Antecedentes
Puente Río Papaloapan
Ensamble del anclaje superior utilizado en el sistema de
cables del puente Río Papaloapan
Diseño Antes de la instalación
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6. Antecedentes
Puente Río Papaloapan
En enero 2000, ocurre la falla del elemento de anclaje
superior del tirante 11, torre 3, lado agua, aguas arriba.
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7. Antecedentes
Puente Río Papaloapan
Análisis de falla
Sección del elemento con Micro-estructura del elemento
alto contenido de poros de anclaje superior
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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
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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?
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10. Inspección No Destructiva
Dificultades:
 Los elementos de anclaje están casi totalmente
embebidos en el concreto y cubiertos por el capuchón que
sujeta el tirante.
 Las deficiencias de los elementos de anclaje están
relacionadas con la micro-estructura del acero.
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11. Inspección No Destructiva
Pruebas por Ultrasonido
Reflejo 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
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12. Inspección No Destructiva
Pruebas por Ultrasonido
Haz angular a 45° para
Haz recto zona interna
Haz angular a 45° para la
soldadura
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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
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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.
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15. Rehabilitación del puente
Tirante en operación Pesaje Destensado
Inspección en
Remoción de concreto Inspección con PND
laboratorio
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16. Rehabilitación del puente
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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.
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18. Estudio de Confiabilidad
18

19. Estudio de Confiabilidad
Proceso de Simulación Monte-Carlo
19

20. Estudio de Confiabilidad
Índice de Confiabilidad antes de la rehabilitación
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21. Estudio de Confiabilidad
Índice de Confiabilidad después de la rehabilitación
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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.
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23. Instrumentación y Monitoreo Remoto
Sistema de
Gestión de
Puentes
Instrumentaci
Corrosión ón de
Puentes
Programa
Integral
de
Puentes
Monitoreo
Puentes Tipo
Remoto
Socavación
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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.
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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.
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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.
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27. Instrumentación y Monitoreo Remoto
Sistema
Servidor Web de alerta
inmediata
Servidor de
almacenamiento
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
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28. Instrumentación y Monitoreo Remoto
DGCC
DGST
Actuación CAPUFE
Eventos Alarma
inmediata Operador
Centro de Monitoreo de Puentes
Extraordinarios IMT
Protección Civil
Sismos Policía Federal
Vientos extremos
Accidentes
Sobrecargas DGCC
Lluvias intensas
Actuación de DGST
Diagnóstico
Corto Plazo CAPUFE
Operador
IMT
Eventos ordinarios
Contratista
Fatiga
Socavación DGCC
Corrosión DGST
Deterioro Análisis de Actuación CAPUFE
Desgaste tendencias
y daño Preventiva Operador
IMT y universidades
Instrumentación Contratistas
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29. Instrumentación y Monitoreo Remoto
Centro 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 Tipo
2 Puentes con superestructura de
trabes presforzadas
2 Puentes con superestructura
de
nervaduras
CMPEI
2 Puentes con superestructura de
trabes metálicas
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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).
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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
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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
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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.
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36. Época Aviación Puentes
1900+
Fleetster V-1A - 8-pasajeros - 1932 Puente Elba – Alemania - 1936
Ingeniería Estructural de Puentes
Ingeniería Aeronáutica + Aviónica
1950+
Avro Canada CF-105 Arrow - 1957 Puente Portage Creek Canadá – 1983
Civionica + Ingeniería Estructural
Aviónica + Ingeniería Aeronáutica de Puentes
2000
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37. Civiónica, ¿Visión moderna de la Ing. Civil?
Componentes de un Sistema de Monitoreo de la
Integridad Estructural
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38. Civiónica, ¿Visión moderna de la Ing. Civil?
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39. Civiónica, ¿Visión moderna de la Ing. Civil?
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40. Conclusiones
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41. Muchas Gracias
por su atención