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Pruebas de carga en puentes de hormigon armado
El documento resume los resultados de un programa de pruebas de carga realizadas en puentes de hormigón armado en Holanda. Describe diferentes tipos de pruebas de carga, incluyendo pruebas de diagnóstico y de capacidad. Detalla varias pruebas realizadas en puentes holandeses entre 2007-2016, examinando deformaciones, fisuración y falla. También resume recomendaciones para la preparación, mediciones y criterios de paralización de las pruebas.
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- 1. 26-10-2017 Challenge the future Delft Universityof Technology Pruebas de carga en puentes de hormigón armado Experiencia de un programa de pruebas en Holanda Eva Lantsoght
- 2. 2Pruebas de cargaen puentes de hormigón armado Contenido • Introducción • Pruebas de carga en Holanda • Recomendaciones • Limitaciones e investigación actual • Resumen
- 3. 3Pruebas de cargaen puentes de hormigón armado •Introducción
- 4. 4Pruebas de cargaen 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 cargaen 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 cargaen puentes de hormigón armado Envejecimiento de la infraestructura en Europa
- 7. 7Pruebas de cargaen 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 cargaen 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 cargaen 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 cargaen puentes de hormigón armado Falla por cortante
- 11. 11Pruebas de cargaen 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 cargaen 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 cargaen puentes de hormigón armado •Pruebas de Carga en Holanda
- 14. 14Pruebas de cargaen 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 cargaen 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 cargaen 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 cargaen 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 cargaen puentes de hormigón armado Investigación • Norma para pruebas de carga para puentes existentes en Holanda • Flexión + Cortante • Criterios de paralización?
- 19. 19Pruebas de cargaen 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 cargaen 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 cargaen puentes de hormigón armado Medemblik – ifem + BELFA • Video Belfa
- 22. 22Pruebas de cargaen 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 cargaen 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 cargaen 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 cargaen puentes de hormigón armado Puente Ruytenschildt (2) Puente de 1962 Demolición y construcción de puente nuevo
- 26. 26Pruebas de cargaen puentes de hormigón armado Puente Ruytenschildt (3) • Fisuras y deformaciones con carga aplicada • Emisiones acústicas: carga en ciclos
- 27. 27Pruebas de cargaen puentes de hormigón armado Puente Ruytenschildt (4) • Video Ruytenschildt
- 28. 28Pruebas de cargaen 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 cargaen 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 cargaen puentes de hormigón armado De Beek (2) • Video De Beek
- 31. 31Pruebas de cargaen 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 cargaen 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 cargaen 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 cargaen 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 cargaen 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 cargaen puentes de hormigón armado Pruebas de laboratorio (6) • Video de prueba
- 37. 37Pruebas de cargaen puentes de hormigón armado •Recomendaciones
- 38. 38Pruebas de cargaen 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 cargaen 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 cargaen 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 cargaen 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 cargaen 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 cargaen puentes de hormigón armado Ejecución de prueba (2)
- 44. 44Pruebas de cargaen 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 cargaen puentes de hormigón armado Análisis de prueba • Análisis de datos • Corrección efecto de T • Corrección deflexiones de soporte • Figuras para informe
- 46. 46Pruebas de cargaen puentes de hormigón armado •Limitaciones e investigación actual
- 47. 47Pruebas de cargaen 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 cargaen 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 cargaen 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 cargaen 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 cargaen 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 cargaen puentes de hormigón armado Contact: Eva Lantsoght E.O.L.Lantsoght@tudelft.nl elantsoght@usfq.edu.ec