|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
El puente el Carrizo es el segundo puente más importante de la autopista Mazatlán-Durango, después del Baluarte, y junto con el túnel el Sinaloense, es una de las estructuras más simbólicas de esta autopista. Se encuentra en el municipio de Concordia, en el estado de Sinaloa, y se ubica en el Km 162 + 720 de la citada autopista [1] y es uno de los 10 puentes atirantados de la Red Federal Carretera. La construcción del puente comenzó en marzo de 2011 y se terminó en marzo de 2013; fue construido por TRADECO Infraestructura y diseñado por JESA Ingeniería. El puente El Carrizo tiene una longitud total de 487 metros, con un claro principal de 217.30 metros y está compuesto por tres tipos de estructuras, una con trabes Nebraska, otra con vigas tipo cajón y la tercera de tipo atirantado. La estructura con trabes tipo Nebraska postensadas tiene una longitud de 38 metros; la segunda estructura de 70.6 metros está formada por dovelas de concreto postensado con sección transversal tipo cajón, en la cual, uno de sus lados sirve de apoyo para la estructura del atirantado y se encuentra trabajando en voladizo; finalmente, el tramo atirantado está compuesto por 4 semi-arpas de 14 tirantes cada una de ellas, el número de torones por tirante va desde los 22 hasta los 43 torones, la parte inferior del tablero está constituido por dovelas metálicas y en total tiene una longitud de 364 metros (Figura 1). Todo lo anterior tiene una longitud de 472.6 m, los cuales, aunados a las longitudes de los apoyos, resultan en el total de 487 m. El puente tiene un ancho total de 18.4 metros y tiene una altura de 226 metros desde el desplante hasta la parte superior de la pila.
Figura 1 - Puente el Carrizo
El día viernes 12 de enero de 2018, alrededor de las 23:30 horas, se registró un accidente en el km 163+400 de la carretera Durango-Mazatlán, en el tramo que corresponde al doble voladizo del puente el Carrizo, provocado por la volcadura y posterior incendio de uno de los dos remolques de un vehículo doblemente articulado que transportaba Diésel. Como consecuencia de esto se derramaron y se consumieron 34,000 litros de combustible en un incendio que tardó aproximadamente 6 horas en extinguirse. A partir de esa fecha, el puente quedó cerrado al tránsito por los graves daños causados por el accidente y la circulación de los vehículos sobre la autopista fue desviada en el tramo comprendido del km 91+500 al km 174+400, con los consecuentes daños económicos y operativos que esto implicaba al transporte que circula por esta importante vía de comunicación. El sábado 13 de enero personal de CAPUFE, Dirección General de Servicios Técnicos, la empresa Freyssinet de México SA de CV, JESA Ingeniería y Euro Estudios, realizaron una vista en campo para evaluar de manera preliminar los daños en el puente El Carrizo. De la inspección se concluyó que la superestructura del puente y la carpeta asfáltica estaba severamente dañada, el concreto de la losa estaba calcinado, el acero de refuerzo en algunas zonas estaba descubierto y las piezas puente de la estructura metálicas habían sido deformadas por el calor. En particular, se determinó que todas las piezas puente y la losa de concreto debían ser reemplazadas, mientras que los diafragmas y secciones del cajón debían ser rehabilitadas con un postensado adicional para recuperar aquel que se perdió por efecto del incendio y así, recobrar la rigidez y capacidad de servicio de los cajones. Debido al daño observado y a la importancia del puente El Carrizo en la región, se concluyó que era necesario abrir la circulación lo más rápido posible, por lo que se aprobó un plan de acción de dos etapas. La primera de ellas fue rehabilitar el doble voladizo para que, de manera temporal, dar circulación a un carril para cada uno de los dos cuerpos antes del 23 de marzo del año en curso. La segunda acción, comprendió la rehabilitación del doble voladizo enfocado a la reparación de las piezas puente y losa de concreto, todo ello realizándose con el puente parcialmente en servicio y con la finalidad de llegar a la operación normal del puente, tal y como era antes del accidente.
Durante las etapas de apertura parcial y rehabilitación del puente El Carrizo, el Instituto Mexicano del Transporte, en colaboración con CAPUFE, la Dirección General de Servicios Técnicos, las empresas Freyssinet de México, JESA Ingeniería, Euro Estudios y el Instituto de Ingeniería de la UNAM, diseñaron una estrategia de monitoreo estructural para evaluar la integridad de la estructura durante las etapas de rehabilitación [2,3] y ejecutaron pruebas de carga para evaluar la reparación del paso provisional al tránsito y garantizar la seguridad de los usuarios.
Sistema de monitoreo del puente El Carrizo Para implementar la estrategia de monitoreo y realizar las pruebas de carga se instaló un conjunto de sensores basados en dos arreglos de instrumentación. El primero, para la prueba de carga, incluyó la instrumentación con 24 sensores de fibra óptica y 26 sensores eléctricos con equipos BDI y para el segundo arreglo, monitoreo permanente, se incluyeron únicamente sensores de fibra óptica. En el caso de los sensores utilizando sensores eléctricos, se instrumentaron con extensómetros en configuración simétrica para ambas vigas del doble voladizo. En la dovela 1 con un arreglo en roseta en ambas caras laterales por la parte interna de las dovelas para medir de esfuerzos máximos y en la dovela 4 en la dirección axial (Figura 2). De igual forma, en la parte inferior de las dovelas 8 del voladizo en el que se apoya el puente atirantado, se colocaron medidores de desplazamiento LVDT, así como, bajo la dovela 4 del cuerpo A del voladizo del mismo lado (Figura 2). En relación a la configuración del segundo arreglo con sensores de fibra óptica, tanto para la prueba de carga como para el monitoreo, se instrumentaron igualmente las dovelas 1 y 4 y, en este caso, los sensores se ubicaron en la parte superior e inferior interna de cada dovela (Figura 3). Para el voladizo del lado Durango, se colocó en la dovela 7 del cuerpo A un inclinómetros y otro en la dovela 4 del cuerpo B; esta diferencia se debió a que no fue posible colocar este último en la dovela 7 por los trabajos que se estaban realizando en esos momentos. Los otros dos inclinómetros se colocaron en las dovelas 4 del lado Mazatlán de ambos cuerpos (Figuras 2 y 3).
Figura 2-Diagrama de instrumentación de sensores BDI para prueba de carga (cotas en metros)
Figura 3- Diagrama de instrumentación de sensores de fibra óptica (cotas en metros)
Prueba de carga Para evaluar la condición estructural del doble voladizo del puente El Carrizo con el paso provisional terminado, se utilizó el Manual de Evaluación de Puentes de la AASHTO [4,5]. Las pruebas se diseñaron considerando el uso de 4 vehículos tipo C3 con un peso entre las 20 y 30 toneladas y 2 vehículos T3-S2-R4 con un peso de 72 toneladas. Los vehículos fueron colocados en diferentes posiciones y arreglos experimentales en el doble voladizo con el objetivo de utilizar los datos de las respuestas de los sensores instalados bajo las diferentes condiciones de carga para calibrar un modelo matemático de la estructura, previamente desarrollado con datos de diseño, para posteriormente, realizar una evaluación de la condición estructural considerando distintas condiciones extremas simuladas en el modelo matemático calibrado.
Calibración del modelo de elementos finitos El modelo de elemento finito (EF) fue desarrollado en el software SAP 2000 versión 19, consta de 1,088 elementos frame, 3,360 elementos tipo shell y 3,958 nodos. Las vigas principales, travesaños, pilas y piezas de puente fueron modeladas utilizando elementos frame mientras que la losa fue utilizando los elementos shell. El paso provisional fue modelado utilizando elementos frame que fueron apoyados en los puntos donde se encuentran los perfiles IPR a través de una restricción rígida (“Body Constraints”) de tal manera las cargas que actúan sobre el paso provisional son transferidas a la estructura de manera más adecuada. Para la calibración del modelo fue implementado un procedimiento iterativo para ajustar los valores de los parámetros estructurales basado en un espacio de búsqueda de los posibles valores de cada uno de ellos, éste procedimiento garantiza que los valores actualizados de los parámetros tendrán un sentido físico. La comparación de las frecuencias naturales a través del proceso de calibración se muestra en la Tabla 1, mientras que los valores actualizados de los parámetros estructurales se muestran en la Tabla 2.
Tabla 1 - Comparación de las frecuencias naturales
Tabla 2 - Valores actualizados de los parámetros estructurales
Para evaluar la calibración del modelo de EF, se simularon las condiciones cuasi-estáticas de las primeras 10 pruebas de carga realizadas en el puente [6,7], lográndose un nivel de calibración aceptable para calcular los factores de condición (“rating factors”) según propone el manual de la AASHTO. La figura 4 muestra la respuesta para las 10 primeras pruebas realizadas, del sensor de deformación instalado en la parte superior de la dovela 1 del cuerpo A.
Figura 4- Deformaciones obtenidas experimentalmente y por el modelo matemático del puente EL Carrizo para 10 condiciones de carga.
Monitoreo durante las etapas de rehabilitación. La información del monitoreo permanente que corresponde a 16 sensores de deformación y 4 inclinómetros es utilizada para dar seguimiento al comportamiento estructural del puente El Carrizo a través; del seguimiento del valor de la línea de tendencia de cada sensor (valores de deformación o inclinación en grados a través del tiempo), valores estadísticos del comportamiento estructural bajo condiciones de operación normal de la carga viva, cambios en las frecuencias naturales y modos de vibrar de la estructura, análisis del desplazamiento geométrico del centroide de los cajones y la evaluación de las alarmas emitidas por vehículos con sobre carga o registró de parámetros estructurales fuera del rango de operación . Adicionalmente con la información obtenida se verifica el comportamiento estructural del tramo instrumentado del puente, en el cual ocurrió el accidente, con un modelo calibrado de esa sección y se observa y analiza si el comportamiento es el esperado de acuerdo a la etapa de mantenimiento que se está efectuando.
Figura 5 – Valor de la media por carga viva del Extensómetro superior dovela 1 cuerpo A lado Durango.
Conclusiones
Los resultados de la prueba de carga llevan a la conclusión de que la rehabilitación y adecuación del paso provisional sobre el puente tiene la capacidad estructural necesaria y está dentro de los márgenes de seguridad propuestos, por lo que la apertura provisional al tránsito restringido sobre el puente, no pone en riesgo la integridad de la estructura ni la seguridad de los usuarios. A la fecha y de acuerdo con la información obtenida por el sistema de monitoreo permanente, se concluye que las distintas etapas de rehabilitación se han mantenido dentro de los límites de comportamiento estructural definido al inicio del monitoreo y los parámetros estructurales que describen el comportamiento del puente El Carrizo se han mantenido dentro de lo esperado. Por último, es importante destacar que a través del sistema de monitoreo se ha podido tener una vigilancia adecuada de los pesos de los vehículos que circulan sobre el puente y, hasta la fecha se ha detectado pocas alarmas por vehículos que exceden el peso permitido durante el periodo de operación provisional; lo cual ha ocurrido en la noche-madrugada, cuando la vigilancia y control sobre el tránsito es más difícil. A pesar de ello, también se ha podido constatar que esto no ha afectado la condición estructural del puente.
Referencias
[1] Vías Terrestres, “Puente el Carrizo Carretera Durango_Mazatlán, Km 162 +720”, Año 9, Número 53, páginas 12-16, Mayo Junio 2018. [2] Juan Quintana, Francisco Carrión, Saúl Crespo, Álvaro Martínez, Héctor Gasca, Jorge Hernández, Miguel Martínez, “Impact of SHM system during bridge rehabilitation”, CSHM-7, Universidad EAFIT, Medellín Colombia, Junio 2017. [3] Carrión F., Crespo S. E., Quintana J. A., “Monitoring the aqueduct of Queretaro during the expansions Works to increase the traffic capacity”. International Society for Structural Health Monitoring of Intelligent Infrastructure, Hong Kong, China, December 2013 [4] AASHTO, “The Manual for Bridge Evaluation”, 2nd Edition, American Association of State Highway and Transportation Officials, Washington, D.C., 2011. [5] AASHTO, “2013 Interim Revision to The Manual For Bridge Evaluation”, American Association of State Highway and Transportation Officials, Washington. D.C., 2013. [6] Zong, Z., X. Lin, and J. Niu. 2015. “Finite element model validation of bridge based on structural health monitoring—Part I: response surface-based finite element model updating.” J. Traffic Transp. Eng. English Ed. 2:258–278. [7] Friswell, M. I. Mottershead, J. E. 1995. “Finite Element Model Updating in Structural Dynamics,” Springer Sciencie.
QUINTANA Juan ANAYA Miguel HERNÁNDEZ Jorge GASCA Héctor MARTÍNEZ Álvaro |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
