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Vulnerabilidadde los Puentes

por:

Víctor Sánchez Moya Ph. D.Instituto de Investigación

FIC UNI

Vulnerabilidad de los Puentes

Grado de Daño que sufre un puente comoconsecuencia de eventos extremos, con períodosde retorno en exceso de la vida útil del puente,tales como:- terremotos- avenidas extremas con socavación- choques de vehículos- cargas excepcionales

- acciones de terrorismo

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EVENTOS EXTREMOSOCURRIDOS

IMPACTOS DEL FENOMENODEL NIÑO EN LOS PUENTESDEL NORTE

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El Fenómeno El Niño afectaespecialmente la costa nortedel Perú. Dentro de esta árease ubican las ciudades dePiura y de Castilla, las cualesestán separadas por el RíoPiura. Estas ciudades tienenun clima semi – árido, típicode la costa norte del Perú,debido a la proximidad a lalínea ecuatorial y a lapresencia de la corrientemarina Humboldt, de aguasfrías. Estas característicasocasionan una altatemperatura ambiental y laescasez de lasprecipitaciones, salvo losesporádicos ingresos de lascorrientes marinas de lasaguas calientes debido alfenómeno de “El Niño”.

Foto 1. - El Puente Viejo, conun caudal de 4400 m 3/s

Desafortunadamente, elFenómeno El Niño ocurre cadavez con mayor fuerza y elperíodo de retorno es máscorto. Entre 1983 y 1998, granparte del Departamento dePiura, ha soportado dosimpactos de este fenómeno,provocando serios daños yaindicados.

Durante estos dos eventos sehan presentado intensas ypersistentes precipitaciones,que han sobrepasado lasmagnitudes anuales hastaentonces registradas. En1982/83, en la cuenca del ríoPiura, las precipitacionesalcanzaron los valores porencima de los 2000 mm y hasta4000 mm, siendo los valorespromedios anuales acumuladosentre 60 y 150 mm.

Foto 2.- Vista del puente Viejo,colapsado.

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Como consecuencia de estasprecipitaciones, en la cuenca del ríoPiura se registraron caudalesextraordinarios, sobrepasandotodos los valores históricos que seestán analizando desde 1926(estación Sánchez Cerro). En elcaso del fenómeno hidrológico de1983, durante un periodo de 189días, el caudal máximo registradoalcanzó 3.200 m3/s (07 de mayo),mientras que el volumen de laescorrentía total alcanzó casi 11MMC. Durante el fenómeno (1998)los valores no sólo fueron similaressino inclusive han sobrepasadoalgunos valores de 1983. Duranteun periodo de 161 días, el caudalen el río Piura alcanzó el valormáximo de 4424 m3/s (12 demarzo), mientras que el volumen dela escorrentía total fue de 13,5MMC.

Foto 3.- Vista del puenteCáceres con el caudal de 4400m3/s

Este fenómeno se puede explicaranalizando la forma y la morfologíadel río en el tramo urbano. Aguasarriba del tramo urbano el río tieneun ancho durante avenidas de másde un kilómetro, lo mismo quecaracteriza a la zona aguas abajodel tramo urbano. En el tramourbano el río tiene un ancho delfondo de apenas 100 m, formandode tal manera un estrechamientofuerte en el tramo urbano,comparado con los tramos aguasarriba y aguas abajo, generandouna gran erosion general del caucey local en la zona de los pilares.

Por efectos hidráulicos ysocavación de los cimientos deapoyos, en la ciudad de Piuracolapsaron dos puentes, puenteSan Miguel (Viejo) y Bolognesi,perdiéndose en estos accidentesvarias vidas humanas

Foto 4.- Vista del puenteBolognesi, colapsado.

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Vista Nuevo Puente Bolognesi

EFECTOS DE HUAYCOS YFLUJO DE ESCOMBROS

PUENTE YANANGO

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Antiguo Puente Yanango.

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Antiguo Puente Yanango.

Ant iguo Puente Yanango.

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Antiguo Puente Yanango.

Ant iguo Puente Yanango.

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CHOQUES DE VEHICULOS

Antiguo Puente Guacamayo

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Antiguo Puente Guacamayo

Antiguo Puente Guacamayo

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Antiguo Puente Guacamayo

PROYECTOS DEL INSTITUTODE INVESTIGACION DE LA FIC-UNI RELACIONADOS CON LAMITIGACION DE EVENTOSEXTREMOS

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AREA: EFECTOS SÍSMICOS ENPUENTES

Estudio Teórico Experimental en

Puentes Integrales

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Modelo a escala en Sap2000

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AREA: HIDROLOGIA,HIDRAULICA Y SOCAVACIONDE PUENTES

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Medidores de Socavaciónen Sitio para Puentes

Proyecto de Investigación

Instituto de Investigación FIC -UNI

Objetivo

el instrumento de mediciónel sistema para posicionamiento delinstrumentoel método para identificar y registrar laposición horizontal de los datos tomadosun dispositivo para almacenamiento de losdatos.

Elaborar un medidor de socavación portátilel cual comprenderá lo siguiente:

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Antecedentes

Se dispone de cierta cantidad de medidores desocavación comerciales cuyo costo limita lamedición en sitio de la socavación en la numerosacantidad de puentes existentes y en construcciónen el país; el contar con medidores completos quepermitan una medición eficiente de la socavación,evaluará la validez de los valores de socavaciónestimados según diseño y será un auxilio para ladeterminación de la vulnerabilidad de un puenteante los procesos erosivos a los que se encuentrasometido a fin de revertir esta vulnerabilidadmediante obras apropiadas.

Alcance

Elaborar el medidor de socavación.Hacer mediciones en sitio en determinado puente, lascuales comprenden no sólo la socavación sino latopografía, variables de flujo, variables de contorno.Efectuar el modelamiento hidráulico del tramo deubicación del puente y estimar la socavación.Calibrar el modelo según las mediciones en sitioobtenidas.Las mediciones y el modelamiento serán efectuadas paracada evento de avenida en el que se hagan mediciones.Verificar la idoneidad de las fórmulas utilizadas paradiseño.Proponer que estos medidores sean instalados en lamayor parte de puentes en construcción para verificar deinicio que el diseño es acorde con lo observado en sitio.

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Evaluación de estabilidad decruces cauce natural – puente

en diferentes regionesfisiográficas

Proyecto de Investigación

Instituto de Investigación FIC -UNI

Objetivo

Elaborar fichas de campo que cubran lascaracterísticas de cauce y cuenca necesarias ysuficientes para evaluar la estabilidad de uncauce natural en la ubicación de un puente.

Proponer que estas fichas sean utilizadas poruna brigada del Ministerio de Transportes paraevaluar la estabilidad de todos los crucescauce – puente existentes en el país con unafrecuencia de una vez cada dos años.

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Antecedentes

Se dispone de un trabajo elaborado por Peggy A.Johnson y publicado por la FHWA, el cual recopila loscriterios de cierto número de autores para proponeruna ficha de campo de uso en Estados Unidos.

El trabajo a elaborar en el presente Proyecto deInvestigación desea complementar o adecuar taltrabajo para obtener fichas que tengan en cuenta lamayor diversidad de cauces presentes en nuestropaís. Las fichas serán utilizadas para evaluar crucescauce – puente reales y observar su idoneidad o suscarencias en la determinación de la estabilidad delcauce en el espacio evaluado.

Alcance

El producto final será la ficha para evaluación de laestabilidad de un cruce cauce natural – puente, lacual comprenderá los factores que se consideradefinen esta estabilidad, con valoracionescongruentes, y sobretodo, que se adecúe a losdistintos escenarios posibles en la geografía físicavariada de nuestro país.

Se evaluará la estabilidad de cruces cauce – puenteexistentes para verificar que la ficha sea adecuada.

Con la información de campo obtenida, seráposible proponer algunas fórmulas empíricas querelacionen el ancho y pendiente del cauce establesegún la región fisiográfica en la que será divididonuestro país.

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Algunos parámetros a considerar

Ubicación con coordenadas GPS del puente

Uso de los terrenos aledaños

Tipo de cauce (torrente montañoso, abanicoaluvial, río trenzado, río meándrico, etc.)

Pendiente aproximada del cauce

Material en lecho, barras y márgenes

Formas de lecho

Altura y talud de márgenes

Presencia de vegetación

Presencia de escombros

Obras de protección, etc.

Criterios a seguir durante lainvestigación

Sólo se necesita la estabilidad del cauceen el corto plazo pues la inspección debehacerse cada dos años.

La estabilidad es evaluada en la vecindadinmediata del puente.

El método debe ser rápido ysuficientemente preciso, sin medicionesque tomen mucho tiempo.

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Producto

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ESTUDIOS DEVULNERABILIDAD

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La Vulnerabilidad frente a una solicitación dedeterminadas características es una propiedadintrínseca de cada puente; y por lo tantoindependiente por ejemplo de su ubicación en elcaso de sismos. Un puente puede experimentardaños sísmicos más severos que otros, a pesar deestar ubicados en la misma zona.

Un puente puede ser vulnerable pero no estar enriesgo si no se encuentra en un sitio con ciertapeligrosidad sísmica.

Un estudio de vulnerabilidad de puentes incluye laidentificación e inspección de las componentes delpuente que son susceptibles de fallas y puedenafectar la integridad de la estructura.

Se requiere preparar Reportes de Estimación deVulnerabilidad y de Evaluación de la integridadEstructural. También recomendaciones deRepotenciación y/o reemplazo de componentes ounidades estructuralmente vulnerables.

Se requiere analizar igualmente la integridad de laruta.

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Método del Índice deVulnerabilidad

Identifica los parámetros más importantesque controlan el daño frente a eventosextremos, los cuales son calificadosindividualmente en una escala numéricaafectada por un factor de peso Wi, que tratade resaltar importancia de un parámetrorespecto al resto.

Índice de Vulnerabilidad para Choque de vehículos

Lista de Parámetros más importantes que controlanel daño por choque de vehículos

Ubicación de la estructura principal respecto al nivel deltablero.

Alineamiento de Acceso de los Puentes

Ancho de calzada

Elementos de Protección de la estructura principal.

ADT

Señalización

capacidad de soporte a desplazamientos longitudinales

capacidad de soporte a desplazamientos longitudinales

Resistencia estructural a choques de vehículos

Altura libre superior de la estructura del puente.

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Índice de Vulnerabilidad para Sobre cargasexcepcionales

Lista de parámetros más importantes quecontrolan el daño por Sobrecargas Excepcionales

Puentes y Rutas con Sistemas de controlde Pesaje.

Sobrecarga de Diseño

Condición Diseño Estructural

Pruebas de Carga de Evaluación.

Rutas Alternas

Condición Estadística

Índice de Vulnerabilidad para Avenidas extremas concondiciones de socavación

Lista de parámetros más importantes y criterios quecontrolan el daño por avenidas extremas con condiciones

de socavación

Parámetros Criterios

Niveles de Socavación Observados y Calculadas.

Profundidad y tipo de cimentación Zapatas superficiales, caissons

Respecto a niveles de socavación pilotes

Nivel de Rasante Margen sobre nivel de aguas

máximas extraordinarias

Longitud del Puente Suficiencia respecto a avenidas

máximas extraordinarias

Varios intermedios Amplitud y número de variosintermedios, y tipo de apoyos

Obras de protección de márgenes Existencia, necesidad y condición

Obras de Protección de socavación Existencia, necesidad y condición

de Estribos y Pilares