Resumen: Este artículo estudia 123 fallas de puentes hidráulicos en China entre 1998 y 2018. Se analiza la distribución geográfica, la distribución por edades, la distribución del tipo de puente, la distribución temporal y las causas de las fallas de los puentes hidráulicos. Se analizan en detalle seis casos típicos de falla de puentes hidráulicos. Se produjeron 100 fallas en puentes hidráulicos en el sur de China, por lo que las fallas en puentes hidráulicos son mucho más comunes en esta área. La vida útil media de estos puentes es de 28,9 años. El puente de vigas representa la mayor proporción de fallas de puentes hidráulicos porque 71 (57,7%) puentes de vigas fueron destruidos por las inundaciones. Las fallas del puente hidráulico ocurrieron principalmente entre 2009 y 2014, lo que estuvo relacionado con el impacto del terremoto de Wenchuan. Las principales causas de los incidentes incluyen inundaciones inesperadas, terremotos, puentes viejos, sobreexplotación de arena, poca conciencia sobre los daños en los puentes hidráulicos, morfología extrema del río, etc. Hay tanto factores naturales como factores provocados por el hombre. Estos resultados muestran que se debe prestar atención a tres aspectos: (1) inundaciones inesperadas; (2) tipo de puente apropiado; y (3) morfología extrema del río.
Hay muchos puentes rotos en el mundo. La falla de un puente es el problema que más preocupa a los ingenieros (Wesley Cook, Bar, & Halling, 2015; Harik, Shaaban, Gesund, Valli, & Wang, 1990; Rodrigo, Olària, Fernández-Ordoñez, & Gómez, 2015). Las consecuencias de la falla de un puente pueden variar desde necesidades inesperadas de mantenimiento hasta la pérdida de vidas y prosperidad económica. Los tipos de fallas incluyen hidráulicas, colisión, sobrecarga, deterioro, incendio, construcción, fatiga y varias (Duntemann & Subrizi, 2000; Moroni, Sarrazin, Venegas, & Villarroel, 2015; Wardhana & Hadipriono, 2003).
El daño causado por la socavación de los cimientos y el asentamiento por la erosión del suelo es una gran amenaza para la estructura del puente. La socavación es la principal causa de falla de los puentes (Duntemann & Subrizi, 2000; Harik et al., 1990). Wadhana descubrió que las inundaciones o la socavación eran la principal causa de fallas de puentes en los Estados Unidos (Wardhana y Hadipriono, 2003). Cook estimó una frecuencia anual de fallas en puentes hidráulicos de aproximadamente 1/8500 (W. Cook, Barr y Halling, 2014). Montalvo informó que en Estados Unidos, el 55% de los puentes colapsados fueron causados por colapso hidráulico (Montalvo, Cook, & Keeney, 2020). Flint indicó que las fallas de puentes pueden aumentar debido a inundaciones más frecuentes o intensas (Madeleine M. Flint, Oliver Fringe, Sarah L. Billington, David Freyberg y Diffenbaugh, 2017). Lin seleccionó 45 puentes como estudio de caso para evaluar el rendimiento de la socavación utilizando el desarrolló una técnica de análisis integrado (Lin, Bennett, Han y Parsons, 2012). Hung examinó la influencia de la socavación en el comportamiento de los pilares de puentes sujetos a cargas inducidas por inundaciones (Hung & Yau, 2014). Hager investigó la profundidad de socavación final debido a una única onda de inundación máxima en un lecho de sedimento rectangular esencialmente plano que contiene un solo muelle para condiciones de agua clara (Hager & Unger, 2010).
El asentamiento de los cimientos es causado por la erosión y las condiciones débiles del suelo. Cuando el muelle se inclina, existe la posibilidad de que el puente colapse sin previo aviso. Después de la construcción de pilares y estribos, el área de la sección transversal de inundación disminuye y la velocidad del flujo aumenta, lo que provoca socavación local alrededor de los pilares y deja los cimientos vacíos. En los últimos años, a nivel mundial El cambio climático ha provocado la concentración gradual del agua de lluvia y la aparición frecuente de inundaciones. Una vez que se sumerge la base sin suficiente profundidad, es fácil colapsar. Hoy en día, el cambio climático y los fenómenos meteorológicos extremos asociados están causando más daños a los puentes relacionados con las inundaciones (Choudhury & Hasnat, 2015; Wardhana & Hadipriono, 2003). La mayor parte de los daños no son causados sólo por el agua. Durante el período de inundación, los sedimentos y otros pequeños objetos flotantes son fáciles de depositar en el cauce del río, lo que afecta la descarga de la inundación y hace que el puente sea fácilmente arrastrado por el agua. Los objetos flotantes grandes, como árboles, impactarán directamente los cimientos del puente y dañarán el muelle y el canal del río.
A finales de 2017, se habían construido más de 830.000 puentes en China (Zhou & Zhang, 2019). Las fallas de puentes ocurren con frecuencia en China (Hong, Chiew, Lu, Lai y Lin, 2012; Ji y Fu, 2010; D. Xu, 2003; HT Xu, Guo, Pu y Yuan, 2007; Zhuang, Xiao, Jia, y sol, 2020). En este artículo, se analizan retrospectivamente las enfermedades de los puentes hidráulicos en China de 1998 a 2018. La investigación constituye los tipos y causas de fallas de puentes hidráulicos en China.
2. Estudio de caso de falla de un puente hidráulico Este artículo analiza la falla de un puente hidráulico en China entre 1998 y 2018. 2.1. Puente Gaoping de Taiwán
El puente Taiwan Gaoping era un puente de vigas continuas y tenía unos 1990 metros de largo. El 27 de agosto de 2000, la fuerte tormenta tropical Bilis destruyó algunos pilares del puente Gaoping. El tablero del puente se desplomó unos 100 metros, un total de 17 vehículos colisionaron en la vía y 22 personas resultaron gravemente heridas, como se muestra en la Figura 1 (Sina, 2000).
El 19 de agosto de 2010, el puente Shiting del ferrocarril Baocheng fue destruido por una inundación, lo que provocó dos secciones del tren K165. cayendo al río, como se muestra en la Figura 4 (Mengqi, 2010). Afortunadamente no hubo víctimas.
Este puente fue construido en la década de 1950. Se trataba de una viga continua con una luz neta de 16 m. Los pilares eran de piedra y los pilotes de madera. La cubierta de pilotes tenía sólo 5 metros de profundidad. Debido a la débil capacidad de descarga de los puentes de luces pequeñas, las cimentaciones poco profundas son particularmente propensas a la erosión. Luego, dos pilares del puente se inclinaron debido a la inundación. Cuando el tren pasó por el puente, dos pilares del puente se derrumbaron.
El puente Mianzu, una viga continua de hormigón, estaba ubicado en la ciudad de Mianzu, al otro lado del río Shiting. Tenía 366,5 metros de largo y 10,75 metros de ancho. El 18 de agosto de 2012, dos pilotes desaparecieron debido a la socavación de las inundaciones, como se muestra en la Figura 5 (Guang, 2012). Las líneas discontinuas representan los montones desaparecidos en la Figura 5.
El terremoto de Wenchuan de 2008 provocó que una gran cantidad de grava y piedras cayeran al río Shiting, lo que provocó que el canal de agua angosto aumentara la velocidad del flujo aguas abajo de la parte bloqueada del río. Esto mejoró el fregado
efecto. Además, la excesiva explotación de los sedimentos fluviales agravó el descenso del caudal fluvial. Por lo tanto, los pilotes fueron arrastrados por la inundación.
El puente Huaiyuan era un puente de vigas de varios tramos simplemente soportados con una longitud total de 135 metros. El 19 de agosto de 2010, el puente colapsó debido a una inundación, como se muestra en la Figura 6 (Mingkang, 2010). Más de 60 metros del puente cayeron al río. Murieron dos personas.
El puente fue construido en la década de 1960 y fue identificado como un puente inseguro con capacidad de carga limitada en 2008. Después del terremoto de Wenchuan de 2008, el río se estrechó debido a la deposición de piedras de dedos. Como resultado, se aceleró la velocidad del flujo y se intensificó la socavación. Esto socavó los cimientos del puente. Luego el puente fue destruido por la inundación.
Algunos casos típicos de falla de un puente hidráulico se enumeran en la Tabla 1.
De 1998 a 2018, se produjeron en China 123 desastres de puentes por inundaciones, como se muestra en la Tabla 2.
Los datos están trazados en el mapa de China, como se muestra en la Figura 7.
La provincia de Sichuan tiene el mayor número de fallas en puentes hidráulicos, lo que está relacionado con el impacto del terremoto de Wenchuan. El terremoto de Wenchuan de 2008 provocó que una gran cantidad de arena y piedras cayeran al río, lo que resultó en un paso de agua estrecho que aumentó la velocidad del flujo aguas abajo de la parte bloqueada del río. Además, la parte rota del canal de agua bloqueado provocó un rápido aumento en la velocidad del flujo cargado de sedimentos que tenía suficiente fuerza de arrastre y tensión de corte del lecho para erosionar aún más el lecho que la socavación normal. (Ko, Chiou, Tsai y Chen, 2014). Además, algunos puentes han resultado dañados en diversos grados durante el terremoto.
Hubo 100 fallas en puentes hidráulicos en el sur de China y 23 fallas en puentes hidráulicos en el norte de China, lo que resultó en en 67 muertos y 138 heridos. Los resultados se enumeran en la Tabla 3.
La probabilidad media anual de fallo de un puente hidráulico en el sur de China es mayor que en el norte de China. Esto se debe a las frecuentes lluvias intensas en el sur de China y a la alta probabilidad de que se produzcan inundaciones. Sin embargo, la tasa de víctimas por fallas de puentes hidráulicos en el sur de China es menor que en el norte de China. Esto se debe a que la conciencia sobre los daños a los puentes hidráulicos en el norte de China es relativamente débil.
