¿Cómo evaluar la capacidad de
puentes de hormigón existentes?
Prof. dr. ir. Eva O.L. Lantsoght
Contenido
Introducción
Mejores métodos de inspección
Mejores métodos de mantenimiento
Mejores métodos de evaluación
Manejo integral de puentes
Resumen
¿Por qué preocuparnos de los
puentes existentes?
Puente
• Seguridad estructural
de puente
• Seguridad para los
pasajeros
Red
vial
• Confiabilidad de red vial
• Transporte de personas
y productos
Comunida
des
• Acceso a comunidades
aislados
• Impacto social de
retrasos
Seguridad
Economía
• Costo de reparación
• Costo de demolición
• Costo de reciclaje
• Nueva construcción
Medio
ambiente
• Impacto de reparación
• Impacto de reemplazo
• Emisiones CO2
• Materiales
• Transporte
Factores
sociales
• Impacto visual
• Retrasos en el tráfico
• Empleo
Sustenibilidad
Inspección de puentes
Mejores métodos de inspección
Métodos no destructivos
Pruebas de carga
Métodos de prueba no destructivos
Resistividad eléctrica
Proporción de corrosión en
cubiertas de hormigón armado
Métodos de prueba no destructivos
Georadar
Objetos dentro del hormigón
 Reforzamiento
 Mallas electrosoldadas
Métodos de prueba no destructivos
Termografía infrarrojo
Defectos en el hormigón:
 Fisuras
 Delaminación
 Desintegración del hormigón
Métodos de prueba no destructivos
Combinación de métodos para
analizar condición del puente
Mas información: NDToolbox
www.ndtoolbox.org
Mantenimiento de puentes
Mantenimiento de puentes
Mantenimiento regular
Garantizar funcionamiento de puente
Mantenimiento y Rehabilitación de Tableros
Acciones a realizar e intervalos
recomendados:
Lavar el tablero: cada 1-2 años
Mantenimiento preventivo
Lavar el tablero de un puente (TranBC, 2015).
Mantenimiento y Rehabilitación de Tableros
Limpiar imbornales: cada 2 años
Barrer el tablero: cada 2 semanas
Limpiar el tablero en rejilla: cada 1-2
años
Sellar fisuras en el pavimento: cada 4
años
Mantenimiento preventivo
Sellar fisuras en el pavimento (Alpha paving industries LLC, 2016).
Mantenimiento y Rehabilitación de Tableros
Actividades requeridas después
de una inspección:
Sellar el tablero de hormigón:
cada 4-6 años
Mantenimiento preventivo
Sellar el tablero de hormigón (Spec-net, 2016).
Mantenimiento y Rehabilitación de Juntas y
Soportes
Actividades programadas dentro de un plan
Lubricación de soportes: cada 4 años
Limpiar y sellar las juntas de expansión: cada 4 meses
Limpiar ensamblajes de soportes de expansión: cada año
Mantenimiento preventivo
Limpiar juntas de
expansión en un
canal de agua
(Dynajet, 2009)
Mantenimiento y Rehabilitación de Juntas y
Soportes
Reemplazo de soportes: sacar los soportes viejos e instalar nuevos
soportes.
Mantenimiento correctivo y rehabilitación
Reemplazo de soportes (Freyssinet, 2011). Reemplazo de soportes con gatos
(Freyssinet, 2011).
Mantenimiento y Rehabilitación de Juntas y
Soportes
Reemplazo de juntas: Sacar la junta de caucho y el hormigón
alrededor, y reemplazar ambos elementos.
Mantenimiento correctivo y rehabilitación
Reemplazo de juntas en un puente existente (City
Water, 2012).
Mejores métodos de rehabilitación
Hojas de fibra de carbón
Pretensado externo
Encamisado de columnas
Cubiertos
 ECC
 UHPC
 SHCC
Hojas de fibra de carbón
Reforzado externo
Incrementar capacidad a flexión
Problema: delaminación de hojas
Pretensado externo
Incrementar fuerza de pretensado
Ejemplo: después de pérdida de pretensado por efectos
dependientes del tiempo
 Fluencia
 Contracción
 Relajación
Encamisado de columnas
Encamisado de acero
Encamisado pretensado
Hormigón en compresión tri-axial
 Capacidad aumentada
 Ductilidad aumentada
En regiones con sismos
Cubiertas
UHPC = hormigón de rendimiento ultra alto
 Alta capacidad
 Alta ductilidad
ECC = compuestos de cemento
 Alta capacidad
SHCC = strain hardening cementious composites
 Nuevo material para reparaciones
Evaluación de puentes
Mejores métodos de calculación
Nuevos modelos
 Cortante
 Fatiga
Inteligencia artificial
Análisis probabilístico
 Mejores factores de carga en vivo
 Análisis avanzado
Análisis con elementos finitos no lineales
Modelos para cortante – Critical shear
displacement theory
Yang, Y.; Walraven, J.; den Uijl, J.A. Shear Behavior of Reinforced Concrete Beams
without Transverse Reinforcement Based on Critical Shear Displacement. Journal of
Structural Engineering 2017, 143,
Experimentos
Vigas en cortante
Cambiar posición de carga
Influencia de distribución de momento a
capacidad en cortante
Fotogrametría + LVDT
Modelos para cortante en losas – Strip model
Lantsoght, E.O.L.; van der Veen, C.; de Boer, A.; Alexander, S.D.B. Extended
Strip Model for Slabs under Concentrated Loads. ACI Structural Journal
2017, 114, 565-574.
Experimentos - Losas en cortante
Modelos para fatiga – hormigón en compresión
Lantsoght, E.O.L.; van der Veen, C.; de Boer, A. Proposal for the fatigue
strength of concrete under cycles of compression. Construction and Building
Materials 2016, 107, 138-156.
Pruebas de fatiga
Pruebas de fatiga
Modelo de fatiga mejorada para análisis
• Comparación a resultados de experimentos para Smin = 0,05
Modelos para fatiga – puentes pretensado
Lantsoght, E.O.L.; Van der Veen , C.; Koekkoek, R.T.; Sliedrecht, H. Fatigue
testing of transversely prestressed concrete decks. ACI Structural Journal
2019, 116, 143-154.
Modelos para fatiga – puentes pretensados
 Compressive membrane action
 factor 1.622
 Capacidad adicional
 UC < 1
Inteligencia articicial
 Redes neuronales artificiales
 Forma de función desconocida
 Datos experimentales
Shear capacity of SFRC
ANN-based
function
b d av/d fc,cyl ρ fy F ftenf
Vutot
da
430 datapoints
Abambres, M. and E.O.L. Lantsoght, ANN-based Shear Capacity of Steel Fiber-Reinforced Concrete Beams
Without Stirrups. fibers 7(10), 88, 2019
Análisis probabilístico
Análisis probabilístico completo
Análisis probabilístico completo
 Variabilidad de propiedades de materiales
 Variabilidad de cargas
 Variabilidad de dimensiones
Combinación con elementos finitos
 Variabilidad espacial de propiedades de
materiales
Resultado: probabilidad de falla
Análisis probabilístico
Factores de cargas vivas
Datos de trafico
 WIM mediciones
Análisis probabilístico
 Niveles diferentes
 Análisis vs. diseño
Factores para niveles:
 Nivel de reparación
 Nivel no apto para uso
Código: NEN 8700
Steenbergen, R. D. J. M. et al., 2011
Elementos finitos non-lineal
Modelos avanzados
 Modelos avanzados de materiales
 Capacidad en tensión de hormigón
 Mecánica de la fractura
Potencia computacional necesaria
LoA IV
Mejor estimación para
infraestructura crítica
Pruebas de carga
Pruebas de carga para analizar
capacidad de puente existente
Fisuras y deformaciones ~ carga
aplicada
Formación de fisuras: emisiones
acústicas
Demostrar que puente resiste carga viva
Pruebas de carga: Caso De Beek
Manejo integral de puentes
Sistemas de administración de puentes
Para propietarios de puentes
Mejor administración de datos
Mejor acceso a
 Planos as-built
 Informes de inspección
Puentes como parte de la red vial
Priorizar esfuerzos de inspección y reparación
Optimizar acciones
Yang, D.Y. and D.M. Frangopol, Probabilistic optimization framework for inspection/repair
planning of fatigue-critical details using dynamic Bayesian networks. Computers & Structures,
2018. 198: p. 40-50.
Structural (health) monitoring
Información de sensores
Tiempo real
Puente manda alerta
“Big data”, interpretación
Ecuador: puentes en aislamiento
Cargas en Ecuador
WIM
 cargas
 frecuencias
actualizar modelo de carga viva
puentes/estructuras existentes
 codigo
 factores de carga
Fin de vida de puentes
Reparación y rehabilitación antes de reemplazo
Reemplazo: recuperar materiales
Agregados reciclados
 Utilizar en pavimentos y cimentaciones
Resumen y Conclusiones
Para ampliar la vida útil de puentes
existentes:
 Mejores métodos de inspección
 Mejores métodos de mantenimiento
 Mejores métodos de evaluación
(Investigación!)
Desarollar plan de manejo de puentes
nacional
Contact:
Eva Lantsoght
E.O.L.Lantsoght@tudelft.nl
elantsoght@usfq.edu.ec

Como evaluar la capacidad de puentes de hormigón existentes?

  • 1.
    ¿Cómo evaluar lacapacidad de puentes de hormigón existentes? Prof. dr. ir. Eva O.L. Lantsoght
  • 2.
    Contenido Introducción Mejores métodos deinspección Mejores métodos de mantenimiento Mejores métodos de evaluación Manejo integral de puentes Resumen
  • 3.
    ¿Por qué preocuparnosde los puentes existentes?
  • 4.
    Puente • Seguridad estructural depuente • Seguridad para los pasajeros Red vial • Confiabilidad de red vial • Transporte de personas y productos Comunida des • Acceso a comunidades aislados • Impacto social de retrasos Seguridad
  • 5.
    Economía • Costo dereparación • Costo de demolición • Costo de reciclaje • Nueva construcción Medio ambiente • Impacto de reparación • Impacto de reemplazo • Emisiones CO2 • Materiales • Transporte Factores sociales • Impacto visual • Retrasos en el tráfico • Empleo Sustenibilidad
  • 11.
  • 12.
    Mejores métodos deinspección Métodos no destructivos Pruebas de carga
  • 13.
    Métodos de pruebano destructivos Resistividad eléctrica Proporción de corrosión en cubiertas de hormigón armado
  • 14.
    Métodos de pruebano destructivos Georadar Objetos dentro del hormigón  Reforzamiento  Mallas electrosoldadas
  • 15.
    Métodos de pruebano destructivos Termografía infrarrojo Defectos en el hormigón:  Fisuras  Delaminación  Desintegración del hormigón
  • 16.
    Métodos de pruebano destructivos Combinación de métodos para analizar condición del puente Mas información: NDToolbox www.ndtoolbox.org
  • 17.
  • 18.
    Mantenimiento de puentes Mantenimientoregular Garantizar funcionamiento de puente
  • 19.
    Mantenimiento y Rehabilitaciónde Tableros Acciones a realizar e intervalos recomendados: Lavar el tablero: cada 1-2 años Mantenimiento preventivo Lavar el tablero de un puente (TranBC, 2015).
  • 20.
    Mantenimiento y Rehabilitaciónde Tableros Limpiar imbornales: cada 2 años Barrer el tablero: cada 2 semanas Limpiar el tablero en rejilla: cada 1-2 años Sellar fisuras en el pavimento: cada 4 años Mantenimiento preventivo Sellar fisuras en el pavimento (Alpha paving industries LLC, 2016).
  • 21.
    Mantenimiento y Rehabilitaciónde Tableros Actividades requeridas después de una inspección: Sellar el tablero de hormigón: cada 4-6 años Mantenimiento preventivo Sellar el tablero de hormigón (Spec-net, 2016).
  • 22.
    Mantenimiento y Rehabilitaciónde Juntas y Soportes Actividades programadas dentro de un plan Lubricación de soportes: cada 4 años Limpiar y sellar las juntas de expansión: cada 4 meses Limpiar ensamblajes de soportes de expansión: cada año Mantenimiento preventivo Limpiar juntas de expansión en un canal de agua (Dynajet, 2009)
  • 23.
    Mantenimiento y Rehabilitaciónde Juntas y Soportes Reemplazo de soportes: sacar los soportes viejos e instalar nuevos soportes. Mantenimiento correctivo y rehabilitación Reemplazo de soportes (Freyssinet, 2011). Reemplazo de soportes con gatos (Freyssinet, 2011).
  • 24.
    Mantenimiento y Rehabilitaciónde Juntas y Soportes Reemplazo de juntas: Sacar la junta de caucho y el hormigón alrededor, y reemplazar ambos elementos. Mantenimiento correctivo y rehabilitación Reemplazo de juntas en un puente existente (City Water, 2012).
  • 25.
    Mejores métodos derehabilitación Hojas de fibra de carbón Pretensado externo Encamisado de columnas Cubiertos  ECC  UHPC  SHCC
  • 26.
    Hojas de fibrade carbón Reforzado externo Incrementar capacidad a flexión Problema: delaminación de hojas
  • 27.
    Pretensado externo Incrementar fuerzade pretensado Ejemplo: después de pérdida de pretensado por efectos dependientes del tiempo  Fluencia  Contracción  Relajación
  • 28.
    Encamisado de columnas Encamisadode acero Encamisado pretensado Hormigón en compresión tri-axial  Capacidad aumentada  Ductilidad aumentada En regiones con sismos
  • 29.
    Cubiertas UHPC = hormigónde rendimiento ultra alto  Alta capacidad  Alta ductilidad ECC = compuestos de cemento  Alta capacidad SHCC = strain hardening cementious composites  Nuevo material para reparaciones
  • 30.
  • 31.
    Mejores métodos decalculación Nuevos modelos  Cortante  Fatiga Inteligencia artificial Análisis probabilístico  Mejores factores de carga en vivo  Análisis avanzado Análisis con elementos finitos no lineales
  • 32.
    Modelos para cortante– Critical shear displacement theory Yang, Y.; Walraven, J.; den Uijl, J.A. Shear Behavior of Reinforced Concrete Beams without Transverse Reinforcement Based on Critical Shear Displacement. Journal of Structural Engineering 2017, 143,
  • 33.
    Experimentos Vigas en cortante Cambiarposición de carga Influencia de distribución de momento a capacidad en cortante Fotogrametría + LVDT
  • 34.
    Modelos para cortanteen losas – Strip model Lantsoght, E.O.L.; van der Veen, C.; de Boer, A.; Alexander, S.D.B. Extended Strip Model for Slabs under Concentrated Loads. ACI Structural Journal 2017, 114, 565-574.
  • 35.
  • 36.
    Modelos para fatiga– hormigón en compresión Lantsoght, E.O.L.; van der Veen, C.; de Boer, A. Proposal for the fatigue strength of concrete under cycles of compression. Construction and Building Materials 2016, 107, 138-156.
  • 37.
  • 38.
  • 39.
    Modelo de fatigamejorada para análisis • Comparación a resultados de experimentos para Smin = 0,05
  • 40.
    Modelos para fatiga– puentes pretensado Lantsoght, E.O.L.; Van der Veen , C.; Koekkoek, R.T.; Sliedrecht, H. Fatigue testing of transversely prestressed concrete decks. ACI Structural Journal 2019, 116, 143-154.
  • 41.
    Modelos para fatiga– puentes pretensados  Compressive membrane action  factor 1.622  Capacidad adicional  UC < 1
  • 42.
    Inteligencia articicial  Redesneuronales artificiales  Forma de función desconocida  Datos experimentales
  • 43.
    Shear capacity ofSFRC ANN-based function b d av/d fc,cyl ρ fy F ftenf Vutot da 430 datapoints Abambres, M. and E.O.L. Lantsoght, ANN-based Shear Capacity of Steel Fiber-Reinforced Concrete Beams Without Stirrups. fibers 7(10), 88, 2019
  • 45.
    Análisis probabilístico Análisis probabilísticocompleto Análisis probabilístico completo  Variabilidad de propiedades de materiales  Variabilidad de cargas  Variabilidad de dimensiones Combinación con elementos finitos  Variabilidad espacial de propiedades de materiales Resultado: probabilidad de falla
  • 46.
    Análisis probabilístico Factores decargas vivas Datos de trafico  WIM mediciones Análisis probabilístico  Niveles diferentes  Análisis vs. diseño Factores para niveles:  Nivel de reparación  Nivel no apto para uso Código: NEN 8700 Steenbergen, R. D. J. M. et al., 2011
  • 47.
    Elementos finitos non-lineal Modelosavanzados  Modelos avanzados de materiales  Capacidad en tensión de hormigón  Mecánica de la fractura Potencia computacional necesaria LoA IV Mejor estimación para infraestructura crítica
  • 48.
    Pruebas de carga Pruebasde carga para analizar capacidad de puente existente Fisuras y deformaciones ~ carga aplicada Formación de fisuras: emisiones acústicas Demostrar que puente resiste carga viva
  • 49.
    Pruebas de carga:Caso De Beek
  • 50.
  • 51.
    Sistemas de administraciónde puentes Para propietarios de puentes Mejor administración de datos Mejor acceso a  Planos as-built  Informes de inspección Puentes como parte de la red vial Priorizar esfuerzos de inspección y reparación
  • 52.
    Optimizar acciones Yang, D.Y.and D.M. Frangopol, Probabilistic optimization framework for inspection/repair planning of fatigue-critical details using dynamic Bayesian networks. Computers & Structures, 2018. 198: p. 40-50.
  • 53.
    Structural (health) monitoring Informaciónde sensores Tiempo real Puente manda alerta “Big data”, interpretación Ecuador: puentes en aislamiento
  • 54.
    Cargas en Ecuador WIM cargas  frecuencias actualizar modelo de carga viva puentes/estructuras existentes  codigo  factores de carga
  • 55.
    Fin de vidade puentes Reparación y rehabilitación antes de reemplazo Reemplazo: recuperar materiales Agregados reciclados  Utilizar en pavimentos y cimentaciones
  • 56.
    Resumen y Conclusiones Paraampliar la vida útil de puentes existentes:  Mejores métodos de inspección  Mejores métodos de mantenimiento  Mejores métodos de evaluación (Investigación!) Desarollar plan de manejo de puentes nacional
  • 57.