Evaluación de estructuras de puentes existentes con metodologías basadas en la confiabilidad_...

Con el apoyo deWith the support of

Septiembre / September 24 26, 2014InterContinental Santiago Hotel & Convention Center

Santiago - CHILE

Evaluacin de estructuras de puentes existentes con metodologas basadas en confiabilidad

Estado del arte

PRIMERA CONFERENCIA INTERNACIONAL DE PUENTES CHILE 2014 - FUTUROS DESAFOS: DISEO, CONSTRUCCIN Y MANTENIMIENTOFIRST INTERNATIONAL BRIDGES CONFERENCE CHILE 2014 - FUTURE CHALLENGES: DESIGN, CONSTRUCTION AND MAINTENANCE

Direccin de Vialidad de Chile / Chilean Road Administration

Dr. Ing. Fernando Simaschlaich bergermann und partnerInstituto de Estructuras y TransporteUniversidad de la Repblica - Uruguay

Ing. Valentina Machn SobrinoInstituto de Estructuras y TransporteUniversidad de la Repblica - Uruguay

Contenido

Introduccin / Motivacin

Conceptos de confiabilidad

Estado del arte Proyectos de investigacin Normativa

Metodologa de evaluacin



Introduccin

Cundo se evala la estructura de un puente?

Para control/planificacin dentro de planes de mantenimiento de redes

viales

Cuando se debe aumentar la carga de uso o por pasaje de cargas

especiales

Al detectarse errores constructivos

Si existen dudas sobre su estado de conservacin

Luego de accidentes o eventos extraordinarios que puedan producir daos

en la estructura

....



Motivacin

En el caso de Uruguay

Red nacional sumamente envejecida

Aumento exponencial del trfico de vehculos pesados en algunas reas

de la red

Necesidad de una evaluacin precisa de la vida remanente de las

estructuras de puentes existentes

Objetivo: generar un documento de recomendaciones para la evaluacin de

estructuras de puentes existentes, adecuado a las particularidades de red y las

prcticas nacionales



IntroduccinMtodos de anlisis de estructuras:

Mtodos de los factores parciales o semiprobabilsticos: utilizan coeficientes parciales de seguridad. Se utilizan para el diseo estructural en la mayora de los casos.

Mtodos probabilsticos: se estima la probabilidad de falla en base a distribuciones deprobabilidad.

Diseo vs. Evaluacin estructural

Las normas de diseo utilizan en general mtodos de factores parciales calculadosconsiderando el diseo de una estructura nueva .

Cuando se busca evaluar una estructura existente, estos cdigos no son los ms apropiados para los procedimientos de evaluacin.



IntroduccinEn los procesos de evaluacin:

Se pueden medir un conjunto de variables que en la etapa de diseo slo eran valoresesperados, disminuyen algunas incertidumbres.

Es posible acceder a distintos puntos de la estructura para observar deflexiones, fisuras yvibraciones.

Se tiene a la vista el estado de conservacin actual, por lo que es ms sencillo estimar sudesarrollo posterior.

Se suele contar con informes de inspecciones peridicas.

En algunos casos se realizaron tareas de mantenimiento no previstas al disear, quepueden prolongar la vida til de la estructura.

Una evaluacin realizada aplicando normas de diseo puede indicar errneamenteque puentes que han estado en servicio durante aos, deben reforzarse o inclusodemolerse.





Estado del arteEn los modelo de la estructura se considera: los valores de diseo de las acciones " F , las propiedades de los materiales " f , las caractersticas geomtricas " a las incertidumbres " "

Variable aletoria asociada a las solicitaciones Q(F, f, a, q)Variable aleatoria asociada a las resistencias R(F, f, a, R)Se define el margen de seguridad M=R-Q.

Siendo Pf la probabilidad de falla, la confiabilidad de una estructura puede definirse como

S= 1- Pf

En general no se trabaja con M sino con el ndice de confiabilidad =--1(pf)Siendo -1 la funcin inversa de la distribucin normal estndar



Estado del arte

ndice de confiabilidad

Probabilidad de fallo pf

0 0.51.3 10-1

2.3 10-2

3.1 10-3

3.7 10-4

4.2 10-5

4.7 10-6

5.2 10-7

Cdigos de diseopara vida til entre 50 y 100 aos



Estado del arte

Densidad de probabilidad para la variable inspeccionada1 - Distribucin inicial2 - Distribucin actualizada



Estado del arte

Las funciones de probabilidad de falla se pueden obtener/aproximar mediante :

Mtodos analticos exactos o Mtodos de integracin numrica: si son pocas variablesaleatorias.

Mtodos analticos aproximados:

xFORM(First Order Reliability Method): Se aproxima la funcin de falla de forma linealen el punto de diseo.xSORM (Second Order Reliability Method):se aproxima la superficie de falla con unasuperficie cuadrtica.

Mtodos de simulacin:xMtodo de Monte Carlo de simulacin de variables aleatorias.xSimulacin direccional (adecuada para unin de eventos)xSimulacin de ejes ortogonales (para interseccin de eventos)



Programas de investigacin - BRIMEBRIME (Bridge Management in Europe)Alemania, Eslovenia, Francia, Noruega y Reino Unido 1998 - 2001

COST 345 (Cooperation in Science and technology) 1999 200227 pases de la unin europea

Unificacin de los criterios para la nspeccin y evaluacin de estructuras viales (puentes, muros de contencin, tneles y alcantarillas)

Adems de los niveles de evaluacin considerados en BRIME, incluye una evaluacin completa del ciclo de vida de la estructura, para la optimizacin del costo total

Plantea modelos de simulacin de carga de trfico esttica y dinmica, considerando la variacin temporal, combinaciones de carga y valores extremos



Programas de investigacin COST 345

SAMARIS (Sustainable and Advanced Materials for Road Infraestructure) 2003-2005

Catlogo (unificado) de defectos

Utilizacin de ensayos de carga (ensayos de baja carga, ensayos diagnsticos y pruebas de carga) para el ajuste de los modelos estructurales

Modelo de cargas nominales calibradas, el cual estima eventos crticos a partir de las caractersticas especficas del trfico sobre el puente.



Programas de investigacin - SAMARIS

Sustainable Bridges (2006-2007) Evaluacin con miras a la demanda esperada en 2020 de la red de puentes

europeos de ferrocarril Aplicacin, como criterio de seguridad, del enfoque de estados lmites,

utilizando factores parciales (similar a los cdigos de diseo), incluyendo un factor que considera el estado actual del puente

Mtodo de la carga media como alternativa para la determinacin del indice de confiabilidad



Programas de investigacin Sustainable Bridges

Valor medio de la resistenciaValor medio de la carga total

Coeficiente de variacin de la resistencia

Coeficiente de variacin de la carga total

ARCHES Assessment and Rehabilitation of Central European highway Structures (2006-2010)

Objetivo: reducir las diferencias en los niveles de servicio existentes entre centro y este de Europa

Interesantes conclusiones sobre ensayos de baja carga (SAMARIS)

Modelos de interaccin vehculo estructura y clculo de ADR (allowance dynamic ratio)



Programas de investigacin - ARCHES



Estado del arte NormativaReino Unido

Design Manual for Roads and Bridges volumen 3: inspeccin y mantenimiento delas estructuras viales (desarrollado entre 1992 y 2013, sobre evaluacin deestructuras).

Para los diferentes estados lmite ltimos y de servicio, presenta clculos en base afactores parciales, de forma similar a las normas de diseo.

Introduce el concepto de la "peor resistencia creble: el peor valor de resistencia que elingeniero considera que se puede alcanzar en la estructura o elemento considerado,basndose en su experiencia y conocimiento del material.

Se reducen incertidumbres asociadas al uso de tensiones caractersticas se reducenlos factores parciales para el material.

Agrega tambin un factor relativo al estado de deterioro del puente que representa, ajuicio del ingeniero, una estimacin de posibles deficiencias y de la integridad de laestructura.



Estado del arte NormativaCanada (CAN/CSA-06)

Identifica los modos de falla ms probables y determina el ndice de confiabilidad objetivo para cada uno, considerando el comportamiento del sistema, el nivel de inspeccin ylas caractersticas del trfico.

En caso de no realizarse ensayos, plantea valores de referencia distinguiendo por el aode la construccin del puente.

Indica tambin como determinar los valores de clculo en base a los resultados de losensayos.

Para el clculo de la resistencia de los elementos agrega adems factores queconsideren los defectos o el posible deterioro.

Brinda una gua para la ejecucin de pruebas de carga esttica y dinmica.

Cuando se tienen los valores correspondientes a las cargas y a las resistencias, se debecalcular un factor de multiplicacin de la carga mvil F, donde un valor de F mayor a unoindica que la resistencia es aceptable.



Estado del arte Normativa

USA (AASHTO)

Se basa en principios muy similares a los utilizados en la normativa canadiense, en loque respecta a los factores parciales a aplicar a las cargas y a las propiedades de losmateriales.

Denomina el anlisis con la sigla LRFR que refiere a la evaluacin mediante factores decarga y de resistencia (Load and Resistance Factor Rating). La diferencia principal con elmtodo de diseo conocido como LRFD (Load and Resistance Factor Design) son loscriterios probabilsticos aplicados para determinar cada conjunto de factores parciales.

Los factores parciales para la carga mvil son menores y los "vehculos tipo" son menosconservadores que en los del LRFD. Los factores parciales para la evaluacin secalibraron considerando un ndice de confiabilidad objetivo a 5 aos de 2,5 mientras queen el diseo este valor es de 3,5 y se calcula para un periodo de 75 aos.

Agrega factores que afectan la resistencia en funcin de la evaluacin del dao querealice el inspector del puente y tiene en cuenta tambin la robustez o redundancia delpuente.



Estado del arte Normativa Dinamarca

Cuentan con una gua para el clculo de la capacidad de carga de puentes existentes,emitida por el Ministerio de Transporte en 1996, complementada en 2004 con otra guaque clasifica la capacidad de carga de los puentes.

Los factores parciales son aplicados nicamente a los trminos de resistencia.

Si este anlisis preliminar falla, permite realizar directamente un anlisis probabilsticoutilizando principios de confiabilidad y modelos estocsticos especficos para las cargas ylas resistencias.

Utiliza distintos valores para el ndice de confiabilidad objetivo segn el modo de fallaconsiderado, pero no realiza ninguna diferenciacin que tenga en cuenta la redundanciaen las estructuras. Tambin indica criterios estadsticos para definir valores de diseo enbase a resultados de ensayos.



Estado del arte Normativa

Suiza (SIA-269)

Normas para estructuras existentes publicadas en 2011. El Comit de SeguridadEstructural haba publicado en 2001 una norma de diseo y evaluacin de estructurasbasada en modelos probabilsticos.

Diferencia entre la evaluacin de estructuras de hormign, acero, madera, mampostera,materiales compuestos, propiedades geotcnicas y aspectos ssmicos.

Considera la seguridad frente a la fatiga en relacin a la vida til remanente e incluyeposibles acciones accidentales que difcilmente se hayan considerado en el diseo.

Define valores para el ndice de confiabilidad objetivo en funcin de dos parmetros:x -eficiencia de la intervencin EFM: compara el costo y el beneficio de intervenir

en la estructurax -consecuencias de la falla estructural: cociente entre los costos directos en el

caso de una falla y los costos que son necesarios para reparar o reconstruir laestructura en caso de falla.



Metodologa

cul??

Cargas de trficoreales

Indiceobjetivo??



Gracias por su atencin

Evaluación de estructuras de puentes existentes con metodologías basadas en la confiabilidad_...

Documents

Transcript of Evaluación de estructuras de puentes existentes con metodologías basadas en la confiabilidad_...