pruebas de carga en puentes de hormigon armado

26-10-2017

Challenge the future

DelftUniversity ofTechnology

Pruebas de carga en puentes de hormigón armado

Experiencia de un programa de pruebas en Holanda

Eva Lantsoght

2Pruebas de carga en puentes de hormigón armado

Contenido

• Introducción

• Pruebas de carga en Holanda

• Recomendaciones

• Limitaciones e investigación actual

• Resumen


•Introducción


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


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


Envejecimiento de la infraestructura

en Europa


Capacidad a cortante

Importancia de cortante

Falla por cortante – Puente De la Concorde, Laval

=> Cinco personas fallecidas, seis gravemente heridas


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


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


Falla por cortante


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 Code2010


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


•Pruebas de Carga

en Holanda


Tipos de pruebas de carga (1)

Prueba de carga de diagnóstico

Prueba de carga de capacidad

Puente Barcza, Polonia (Olaszeket al., 2012)Delaware (Jones, 2011)


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


Pruebas de carga de capacidad

• Carga predeterminada• Interesante cuando

• Falta información

• Degradación de materiales

• Carga requerida?• Criterios de paralización?


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?


Investigación

• Norma para pruebas de carga para puentes existentes en Holanda

• Flexión + Cortante

• Criterios de paralización?


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


Heidijk & Medemblik

• Heidijk• Tipo losa

• Daños por ASR

• Gatos + marco

• RWS + TNO

• Medemblik• Tipo vigas

• BELFA

• RWS + TNO + ifem


Medemblik – ifem + BELFA

• Video Belfa


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


Puente Halvemaans• Sistema para dividir carga con

gatos• Prueba de flexión• Puente cerrado durante una

noche• Mediciones por TU Delft

• Láser


• LVDTs

• Puente de 1930• Aprobado con prueba


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



Puente de 1962Demolición y construcción de puente nuevo



• Fisuras y deformaciones con carga aplicada• Emisiones acústicas: carga en ciclos



• Video Ruytenschildt


Zijlweg

• Prueba de carga para flexión y cortante

• Puente cerrado 1 semana• Viaducto sobre carretera• Daños de ASR• Mediciones:

• Láser


• LVDT

• Aprobado con resultados de la prueba


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


De Beek (2)

• Video De Beek


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


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)



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%



• Análisis de Criterios de paralización ACI 437.2M-13 y DAfStB

Richtlinie

• RSB03F – Flexión

CriterioACI 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.



• Análisis de criterios de ACI 437.2M-13 y DAfStB Richtlinie

• RSB03A – Cortante

CriterioACI 437.2M-13

Carga (kN) CriterioDAfStB

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.



• 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



• Video de prueba


•Recomendaciones


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



• 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



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



• 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)


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



• Método de aplicación de carga:• Recomendación: gatos –

permiten carga mas alta

• BELFA: limitación 150 ton


Análisis de prueba

• Análisis de datos• Corrección efecto de T

• Corrección deflexiones de

soporte

• Figuras para informe


•Limitaciones e

investigación actual


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


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


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 máspruebas en losas a cortante enlaboratorio


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


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


Contact:

Eva Lantsoght

[email protected]

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