1er congreso iberamericano de ingenieria civil

1. 26-10-2017
Challenge the future
Delft
University of
Technology
Pruebas de carga en puentes de
hormigón armado
Experiencia de un programa de pruebas en
Holanda
Eva Lantsoght

2. 2Pruebas de carga en puentes de hormigón armado
Contenido
• Introducción
• Pruebas de carga en Holanda
• Recomendaciones
• Limitaciones e investigación actual
• Resumen

3. 3Pruebas de carga en puentes de hormigón armado
•Introducción

4. 4Pruebas de carga en puentes de hormigón armado
Introducción
Planteamiento del problema
Puentes de los 60s y 70s
La Haya en 1959
Aumento de las cargas vivas
Camión pesado y largo
(600 kN > max. perm. = 50ton)
Fin de la vida útil + cargas mayores a las de diseño

5. 5Pruebas de carga en puentes de hormigón armado
Introducción
Red de carreteras en los Países Bajos
• NL: 60% de los puentes construidos
antes de 1976
• Primeros chequeos desde mediados
de los años 2000
• 3715 estructuras a analizar
• 600 puentes tipo losa crítico para
cortante
• Pero: Chequeos a base de métodos
de diseño
• => Capacidad residual??
• Fuentes adicionales de la capacidad
Carreteras en los Países Bajos

6. 6Pruebas de carga en puentes de hormigón armado
Envejecimiento de la infraestructura
en Europa

7. 7Pruebas de carga en puentes de hormigón armado
Capacidad a cortante
Importancia de cortante
Falla por cortante – Puente De la Concorde, Laval
=> Cinco personas fallecidas, seis gravemente heridas

8. 8Pruebas de carga en puentes de hormigón armado
Capacidad a cortante
Cortante y punzonamiento
• Diseño: capacidad a cortante en losas
• Falla por flexión antes de falla por cortante
• Punzonamiento sobre perímetro crítico
• Cortante sobre ancho efectivo
Cortante – cortante unidireccional Punzonamiento – cortante bidireccional

9. 9Pruebas de carga en puentes de hormigón armado
Capacidad por cortante
“The Riddle of Shear Failure”
• Desde 1899 (Ritter)
• 1955: colapso de depósito
del ejército de EE.UU
• Mayoría de experimentos:
• Vigas
• Fuertemente armado
• Esbeltez (a/d ≥ 2,5)
• Dimensiones mínimas
• Base para los códigos de
diseño
Número de experimentos de cortante

10. 10Pruebas de carga en puentes de hormigón armado
Falla por cortante

11. 11Pruebas de carga en puentes de hormigón armado
Principio de niveles de aproximación
Model Code 2010
• fib Model Code 2010
• Estrategia de solución =
diferentes niveles de
aproximación
• Por ejemplo: Capacidad a
cortante en Model Code
2010

12. 12Pruebas de carga en puentes de hormigón armado
Niveles de aproximación para losas a
cortante
• LoA I: Quick Scan – Chequeo
rápido
• LoA II: Modelos de elementos
finitos lineales
• LoA III: Modelos de elementos
finitos no-lineales + estudios
probabilísticos
• LoA IV: Pruebas de carga en
campo

13. 13Pruebas de carga en puentes de hormigón armado
•Pruebas de Carga
en Holanda

14. 14Pruebas de carga en puentes de hormigón armado
Tipos de pruebas de carga (1)
Prueba de carga de
diagnóstico
Prueba de carga de
capacidad
Puente Barcza, Polonia (Olaszek
et al., 2012)Delaware (Jones, 2011)

15. 15Pruebas de carga en puentes de hormigón armado
Tipos de pruebas de carga (2)
Prueba de carga de
diagnóstico
• Calibración de modelo
analítico (elementos finitos)
• Medir deformaciones sobre
altura de viga
• Cargas bajas
• Evaluación de método de
diseño
• Análisis con modelo
analítico con resultados de
prueba
Prueba de carga de
capacidad
• Demuestra que puente
cumple con requisitos de la
norma
• Cargas altas
• Riesgo alto
• Mediciones críticas
• Criterios de paralización

16. 16Pruebas de carga en puentes de hormigón armado
Pruebas de carga de capacidad
• Carga predeterminada
• Interesante cuando
• Falta información
• Degradación de materiales
• Carga requerida?
• Criterios de paralización?

17. 17Pruebas de carga en puentes de hormigón armado
Códigos para pruebas de carga de
capacidad
• Europa: DAfStB Richtlinie
• EEUU:
• Edificios: ACI 437.2M-13
• Puentes: Manual of Bridge
Rating Through Load
Testing (1998)
• Flexión únicamente
• Efecto de fisuras existentes?

18. 18Pruebas de carga en puentes de hormigón armado
Investigación
• Norma para pruebas de carga para puentes existentes en
Holanda
• Flexión + Cortante
• Criterios de paralización?

19. 19Pruebas de carga en puentes de hormigón armado
Pruebas de carga TU Delft
• Pruebas de carga:
• Heidijk 2007
• Medemblik 2009
• Vlijmen-Oost 2013
• Puente Halvemaans 2014
• Puente Ruytenschildt 2014
• Zijlweg 2015
• Beek 2015
• Puente Vecht 2016
Puente Ruytenschildt, verano 2014

20. 20Pruebas de carga en puentes de hormigón armado
Heidijk & Medemblik
• Heidijk
• Tipo losa
• Daños por ASR
• Gatos + marco
• RWS + TNO
• Medemblik
• Tipo vigas
• BELFA
• RWS + TNO + ifem

21. 21Pruebas de carga en puentes de hormigón armado
Medemblik – ifem + BELFA
• Video Belfa

22. 22Pruebas de carga en puentes de hormigón armado
Vlijmen-Oost
• BELFA
• Daños por ASR
• Tráfico en puente durante el
ensayo
• Ruido en mediciones +
emisiones acústicos
• TU Delft + ifem: mediciones
• Láser
• Emisiones acústicas
• LVDTs
• Viaducto aprobado

23. 23Pruebas de carga en puentes de hormigón armado
Puente Halvemaans
• Sistema para dividir carga con
gatos
• Prueba de flexión
• Puente cerrado durante una
noche
• Mediciones por TU Delft
• Láser
• Emisiones acústicas
• LVDTs
• Puente de 1930
• Aprobado con prueba

24. 24Pruebas de carga en puentes de hormigón armado
Puente Ruytenschildt (1)
• Puente tipo losa (1962)
• Prueba hasta colapso en 2 tramos
• 4 cargas concentradas – 1 tándem
• Carga aplicada en ciclos
• Mediciones
• Láser
• Emisiones acústicas (2 equipos)
• LVDTs
• Falla solo en tramo 2

25. 25Pruebas de carga en puentes de hormigón armado
Puente Ruytenschildt (2)
Puente de 1962 Demolición y construcción de puente nuevo

26. 26Pruebas de carga en puentes de hormigón armado
Puente Ruytenschildt (3)
• Fisuras y deformaciones con carga aplicada
• Emisiones acústicas: carga en ciclos

27. 27Pruebas de carga en puentes de hormigón armado
Puente Ruytenschildt (4)
• Video Ruytenschildt

28. 28Pruebas de carga en puentes de hormigón armado
Zijlweg
• Prueba de carga para flexión
y cortante
• Puente cerrado 1 semana
• Viaducto sobre carretera
• Daños de ASR
• Mediciones:
• Láser
• Emisiones acústicas
• LVDT
• Aprobado con resultados de
la prueba

29. 29Pruebas de carga en puentes de hormigón armado
De Beek (1)
• No existe degradación de
materiales
• Agrietamiento importante
• Prueba en tramo 1
• Tramo 2 sobre carretera
• Flexión y cortante
• Puente aprobado, si 7% de
redistribución plástica es aceptable
• Inspecciones necesarias para
durabilidad y corrosión

30. 30Pruebas de carga en puentes de hormigón armado
De Beek (2)
• Video De Beek

31. 31Pruebas de carga en puentes de hormigón armado
Pruebas de laboratorio (1)
• Vigas Ruytenschildt
• Aplicación de carga cíclica
• Falla por flexión y cortante
• Análisis de Criterios de paralización
• Mediciones:
• Láser: deflexión de viga
• LVDT: apertura de fisuras
• Emisiones acústicas
Viga RSB01 – flexión (Yang, 2015)
Yang, Y. (2015). "Experimental Studies on the Structural Behaviours of Beams from Ruytenschildt Bridge,"
Stevin Report 25.5-15-09, Delft University of Technology, Delft, 76 pp.
Viga RSB02B – cortante (Yang, 2015)

32. 32Pruebas de carga en puentes de hormigón armado
Pruebas de laboratorio (2)
RSB 01F 02A 02B 03F 03A
d (mm) 503 515.5 520 521 515
Ac (m2) 0.290 0.297 0.307 0.596 0.537
Rebar 4Ø22
4Ø19
4Ø22
4Ø19
4Ø22
5Ø19
9Ø22
8Ø19
7Ø22
8Ø19
ρl 0.91% 0.89% 0.96% 0.95% 0.92%

33. 33Pruebas de carga en puentes de hormigón armado
Pruebas de laboratorio (3)
• Análisis de Criterios de paralización ACI 437.2M-13 y DAfStB
Richtlinie
• RSB03F – Flexión
Criterio
ACI 437.2M-13
Carga (kN) Criterio
DAfStB
Carga (kN)
Δr 340 Δr 150
Ipr >Pu w fiss 300
IDL 250 Deformación -
PACI,st 250 PDA,st 150
Pu 606.6 Pu 606.6
PACI,st/Pu 0.41 PDA,st/Pu 0.25
Tersteeg, R. H. D. (2015). "Proefbelastingen op betonnen bruggen," B.Sc. Thesis,
Delft University of Technology, Delft, The Netherlands, pp. 69.

34. 34Pruebas de carga en puentes de hormigón armado
Pruebas de laboratorio (4)
• Análisis de criterios de ACI 437.2M-13 y DAfStB Richtlinie
• RSB03A – Cortante
Criterio
ACI 437.2M-13
Carga (kN) Criterio
DAfStB
Carga (kN)
Δr >Pu Δr >Pu
Ipr >Pu w fiss 690
IDL 390 Deformación -
PACI,st 390 PDA,st 690
Pu 706.7 Pu 706.7
PACI,st/Pu 0.55 PDA,st/Pu 0.98
Tersteeg, R. H. D. (2015). "Proefbelastingen op betonnen bruggen," B.Sc. Thesis,
Delft University of Technology, Delft, The Netherlands, pp. 69.

35. 35Pruebas de carga en puentes de hormigón armado
Pruebas de laboratorio (5)
• Vigas con barras lisas
• Número de ciclos
• Velocidad de aplicación de
carga
• Niveles de carga
• Análisis de criterios de
paralización
• Diferencia entre caso con y
sin fisuras existentes
• Diferencia entre flexión y
cortante
Flexión, P804A1
Cortante, P804A2

36. 36Pruebas de carga en puentes de hormigón armado
Pruebas de laboratorio (6)
• Video de prueba

37. 37Pruebas de carga en puentes de hormigón armado
•Recomendaciones

38. 38Pruebas de carga en puentes de hormigón armado
Preparación de prueba (1)
• Inspección y clasificación del
puente
• Dimensiones y propiedades
• Carga viva: distribuida +
concentrada
• Evaluación Holanda
• Diferente niveles – β
• Diferente factores
• γsw = 1.1 para pruebas de
carga

39. 39Pruebas de carga en puentes de hormigón armado
Preparación de prueba (2)
• Posición de la carga
• Flexión: momento máximo
• Cortante: 2.5d del apoyo
• Magnitud de la carga
• Momento o fuerza cortante
igual a momento/fuerza
causado por combinación
de cargas
• Valor → β
• Usar modelo elementos
finitos lineal

40. 40Pruebas de carga en puentes de hormigón armado
Preparación de prueba (3)
Case Ptot (kN) Ptot
(metric ton)
EC 1259 128
RBK Design 1257 128
RBK Reconstuction + 5% 1146 117
RBK Reconstruction 1091 111
RBK Usage 1050 107
RBK Disapproval 1049 107
SLS 815 83

41. 41Pruebas de carga en puentes de hormigón armado
Preparación de prueba (4)
• Plan de mediciones:
• Perfiles de deflexión longitudinal y
transversal
• Deflexión de soportes
• Deformación debajo de losa
• Deformación para corregir T
• Apertura de fisuras existentes
• Generación de fisuras nuevas
• Carga aplicada
• Emisiones acústicas (investigación)

42. 42Pruebas de carga en puentes de hormigón armado
Ejecución de prueba (1)
• Aplicación de carga de manera cíclica
• Linealidad y reproducibilidad de mediciones
• Carga mínima durante prueba
• Niveles de carga ≈ Niveles de β:
• Nivel bajo: comprobación de mediciones
• Nivel de servicio
• Nivel intermedio
• Nivel de carga requerida para aprobar puente

43. 43Pruebas de carga en puentes de hormigón armado
Ejecución de prueba (2)

44. 44Pruebas de carga en puentes de hormigón armado
Ejecución de prueba (3)
• Método de aplicación de
carga:
• Recomendación: gatos –
permiten carga mas alta
• BELFA: limitación 150 ton

45. 45Pruebas de carga en puentes de hormigón armado
Análisis de prueba
• Análisis de datos
• Corrección efecto de T
• Corrección deflexiones de
soporte
• Figuras para informe

46. 46Pruebas de carga en puentes de hormigón armado
•Limitaciones e
investigación actual

47. 47Pruebas de carga en puentes de hormigón armado
Análisis probabilístico (1)
• Análisis probabilístico completo
• Variabilidad de propiedades de
materiales
• Variabilidad de cargas
• Variabilidad de dimensiones
• Combinación con elementos
finitos
• Variabilidad espacial de las
propiedades de materiales
• Resultado: probabilidad de
falla

48. 48Pruebas de carga en puentes de hormigón armado
Análisis probabilístico (2)
• Datos de tráfico
• WIM mediciones
• Tándem representa tráfico
• Factores parciales
• Iguales para pruebas de
carga?
• Determinación de carga a
base de estudios de
probabilidad?
Steenbergen, R. D. J. M. et al., 2011

49. 49Pruebas de carga en puentes de hormigón armado
Puentes esviados
• Puente esviado
• Cortante: av = 2.5dl
• Distancia hasta el borde
• Carga tándem del Eurocode
=> Centro del eje a 2.5dl
• En general: se necesita más
pruebas en losas a cortante en
laboratorio

50. 50Pruebas de carga en puentes de hormigón armado
Resumen y Conclusiones
• Pruebas de carga: método de
aprobación directa de puentes
• Holanda: serie de pruebas en
campo
• Pruebas específicas en laboratorio
• Recomendaciones desarrolladas
• Criterios de paralización para
cortante necesitan mas
investigación
• Se requiere más investigación con
estudios probabilísticos

51. 51Pruebas de carga en puentes de hormigón armado
Gracias!
• Ministerio de Infraestructura y Ambiente de Holanda
• Provincias Brabant, Noord Holland, Friesland
• Colegas de TU Delft
• Chancellor Grant USFQ
• Alumnos de TU Delft y USFQ

52. 52Pruebas de carga en puentes de hormigón armado
Contact:
Eva Lantsoght
E.O.L.Lantsoght@tudelft.nl
elantsoght@usfq.edu.ec