Después de la expansión de la red vial del país, la comunidad de ingenieros civiles y el gobierno tienen un número mayor de puentes existentes a manejar. En el futuro, esos puentes necesitaran mantenimiento y adopciones a los cambios en términos de las cargas vivas. En ese artículo vamos a ver como en Europa y América del Norte se está evaluando la capacidad de puentes de hormigón existentes. Típicamente, la evaluación es primero analítico, y después, dependiendo de la necesidad, experimental. En caso de concluir que no hay capacidad suficiente, diseñamos un refuerzo estructural para el puente. Revisaremos diferentes métodos de cálculo, inspección, pruebas de carga, y reforzamiento para puentes de hormigón existentes.

1. ¿Cómo evaluar la capacidad de
puentes de hormigón existentes?
Prof. dr. ir. Eva O.L. Lantsoght

2. Contenido
Introducción
Mejores métodos de inspección
Mejores métodos de mantenimiento
Mejores métodos de evaluación
Manejo integral de puentes
Resumen

3. ¿Por qué preocuparnos de los
puentes existentes?

4. 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

5. 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

11. Inspección de puentes

12. Mejores métodos de inspección
Métodos no destructivos
Pruebas de carga

13. Métodos de prueba no destructivos
Resistividad eléctrica
Proporción de corrosión en
cubiertas de hormigón armado

14. Métodos de prueba no destructivos
Georadar
Objetos dentro del hormigón
 Reforzamiento
 Mallas electrosoldadas

15. Métodos de prueba no destructivos
Termografía infrarrojo
Defectos en el hormigón:
 Fisuras
 Delaminación
 Desintegración del hormigón

16. Métodos de prueba no destructivos
Combinación de métodos para
analizar condición del puente
Mas información: NDToolbox
www.ndtoolbox.org

17. Mantenimiento de puentes

18. Mantenimiento de puentes
Mantenimiento regular
Garantizar funcionamiento de puente

19. 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).

20. 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).

21. 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).

22. 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)

23. 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).

24. 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).

25. Mejores métodos de rehabilitación
Hojas de fibra de carbón
Pretensado externo
Encamisado de columnas
Cubiertos
 ECC
 UHPC
 SHCC

26. Hojas de fibra de carbón
Reforzado externo
Incrementar capacidad a flexión
Problema: delaminación de hojas

27. Pretensado externo
Incrementar fuerza de pretensado
Ejemplo: después de pérdida de pretensado por efectos
dependientes del tiempo
 Fluencia
 Contracción
 Relajación

28. Encamisado de columnas
Encamisado de acero
Encamisado pretensado
Hormigón en compresión tri-axial
 Capacidad aumentada
 Ductilidad aumentada
En regiones con sismos

29. 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

30. Evaluación de puentes

31. 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

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
Cambiar posición de carga
Influencia de distribución de momento a
capacidad en cortante
Fotogrametría + LVDT

34. 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.

35. Experimentos - Losas en cortante

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. Pruebas de fatiga

38. Pruebas de fatiga

39. Modelo de fatiga mejorada 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
 Redes neuronales artificiales
 Forma de función desconocida
 Datos experimentales

43. 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

45. 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

46. 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

47. 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

48. 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

49. Pruebas de carga: Caso De Beek

50. Manejo integral de puentes

51. 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

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
Información de 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 vida de puentes
Reparación y rehabilitación antes de reemplazo
Reemplazo: recuperar materiales
Agregados reciclados
 Utilizar en pavimentos y cimentaciones

56. 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

57. Contact:
Eva Lantsoght
E.O.L.Lantsoght@tudelft.nl
elantsoght@usfq.edu.ec