Las pruebas de carga son una práctica común entre los ingenieros de puentes para evaluar la seguridad y la capacidad de servicio de los puentes. La prueba de carga de diagnóstico es un tipo de método de prueba de carga que se puede utilizar como medio para estimar la capacidad de carga de un puente en servicio o como prueba de aceptación antes de que el puente entre en servicio [ Olaszek et al, 2014 ]. Este artículo proporciona una revisión rápida de las pruebas de carga de diagnóstico de puentes y su aplicación para evaluar la condición del puente.
Prueba de carga de diagnóstico
Las pruebas de carga de diagnóstico se pueden utilizar para evaluar las características de respuesta específicas del puente, como la distribución de carga lateral y los efectos secundarios de rigidez, y para validar los modelos analíticos de capacidad de carga.
Las pruebas de carga de diagnóstico generalmente implican la instalación de una variedad de sensores, que incluyen:
- medidores de deformación,
- sensores de aceleración,
- sensores de desplazamiento,
- y dispositivos de rotación de alta sensibilidad.
Los sensores normalmente se instalan en componentes estructurales. La prueba se realiza generalmente con situaciones de carga controlada. Las cargas aplicadas generalmente se limitan a niveles de carga legales o niveles de carga que se sabe que son seguros para una estructura en particular (datos históricos).
El objetivo principal de las pruebas de carga de diagnóstico de puentes es identificar la respuesta estructural (deformaciones, deformaciones, etc.) para una condición de carga determinada. Las respuestas medidas se comparan con las que se derivan del análisis de los modelos teóricos, para la misma condición de carga. La comparación cara a cara se utiliza luego como base para validar el modelo teórico y definir con qué precisión el modelo simula las rutas de carga reales [ Santini Bell et al, 2013 ; Shahsavari et al, 2019 ].
La parte de campo de las pruebas de carga de diagnóstico se puede ejecutar a bajo costo porque se pueden realizar rápidamente y con un impacto mínimo en el tráfico. El vehículo de prueba de carga suele ser un camión volquete cargado legalmente y la instrumentación se instala de manera temporal, lo que generalmente se puede instalar en un día con un equipo reducido. Las pruebas reales se realizan con breves cierres de carreteras o bloqueos en movimiento para minimizar los conflictos con el público viajero.
Prueba de carga de diagnóstico para la calibración del modelo estructural
La capacidad de calibrar un modelo estructural es el concepto principal detrás de las pruebas de carga de diagnóstico. La base de comparación puede ser respuestas estructurales estáticas y / o dinámicas generadas por una condición de carga conocida. Las mediciones estáticas son a menudo respuestas globales como el desplazamiento de la mitad del tramo y la rotación de la viga en un estribo o respuestas de la sección transversal de un miembro local como la deformación axial o flexión obtenida de las mediciones de deformación. Las mediciones dinámicas generalmente consisten en aceleración, que se procesan más para generar formas de modo estructural y frecuencias naturales.
La calibración de los modelos de elementos finitos (FE) utilizando los datos de monitoreo ayuda a reducir los posibles errores inducidos por simplificaciones o suposiciones inexactas hechas en el desarrollo del modelo. Las suposiciones incorrectas se deben principalmente a un conocimiento insuficiente sobre los detalles estructurales, las propiedades de los materiales, las inevitables simplificaciones de los detalles o la ignorancia de los componentes no estructurales y las condiciones de contorno. En el procedimiento de calibración del modelo, antes de refinar los supuestos erróneos hechos en los desarrollos del modelo, es esencial determinar los parámetros importantes que causan una respuesta desviada en el modelo. Los intentos de refinamiento son necesarios para cambiar los parámetros influyentes reconocidos y minimizar los errores hasta que se logre la precisión deseada.
Realizar pruebas de carga con cargas en movimiento puede ser muy eficiente y minimizar el impacto en el tráfico, pero requiere que la posición del camión sea monitoreada y registrada junto con todas las respuestas estructurales. La parte clave de las pruebas de carga de diagnóstico es una comparación de datos de manzanas con manzanas. Esto requiere un método conveniente para extraer datos de campo para posiciones específicas de camiones correspondientes a los casos de carga simulados del modelo. El procedimiento se basa en la comparación directa de respuestas para muchas ubicaciones de sensores y muchos casos de carga diferentes. Los resultados de la prueba de carga son una serie de historiales de respuesta en función de la posición de la carga.
Servicios relativos a la evaluación del estado del puente
Cuando un puente experimenta una ocurrencia inesperada de eventos accidentales, como un accidente de camión, una preocupación importante para los administradores del puente es la toma de decisiones operativas eficaz e informada con respecto a la capacidad restante del puente. Dada la reducción de la capacidad de carga estimada por el modelo analítico del puente, un protocolo de toma de decisiones integrado que combine diferentes enfoques será beneficioso para los administradores de puentes para tomar decisiones sobre el estado dañado (antes de la reparación) de la estructura con respecto a diferentes escenarios de daño. Un modelo estructural calibrado ayuda a establecer una línea de base para determinar la respuesta del sistema estructural para la predicción del desempeño e investigar la disminución de la capacidad de carga del puente en diferentes escenarios de daños [ Shahsavari et al, 2020 ].
Monitorear la respuesta estructural de un puente tiene el potencial de:
- detectar la presencia de cambios estructurales para la evaluación del estado,
- informar al director del puente para ayudar en la toma de decisiones operativas diarias,
- validar los supuestos de diseño estructural,
- perfeccionar un modelo estructural del puente que se utilizará para la predicción del rendimiento [ Leer más ].
Observaciones finales
A diferencia de las prácticas de prueba de carga convencionales que tienen el potencial de inducir daños en los componentes del puente (p. Ej., Vigas PS / C) y reducir su capacidad de servicio, las pruebas de carga de diagnóstico de los puentes parecen prometedoras para determinar la capacidad máxima de carga segura del puente a través de investigaciones analíticas. Los modelos estructurales calibrados a través de pruebas de carga controladas serían beneficiosos para las decisiones operativas, como las relacionadas con la programación del mantenimiento y los permisos de vehículos con sobrepeso.
Las pruebas de carga de diagnóstico medirían el rendimiento estructural en las cargas de prueba aplicadas, pero no proporcionarían ninguna indicación sobre cómo se comportaría el puente con cargas más altas o cuál sería el factor de seguridad efectivo para las cargas de poste legales. La creación de un modelo estructural calibrado que pueda predecir el impacto de las variaciones operativas y ambientales en el desempeño del puente brinda apoyo para mejores estrategias de gestión, como la predicción del desempeño de la fatiga, el deterioro de la capacidad de carga y la evaluación de la condición en tiempo real.
Para obtener una capacidad realista, un enfoque alternativo sería una combinación de procedimientos de prueba de carga tradicionales y de diagnóstico de tal manera que cargar un puente hasta su límite de capacidad de servicio sin inducir ningún daño a la estructura ni causar ninguna reducción en la vida útil. El uso de sensores de monitoreo de salud estructural (SHM) que se implementan en ubicaciones críticas puede estar justificado para examinar el rendimiento del puente a lo largo del tiempo. Los parámetros medidos incluyen, pero no se limitan a, cambios en la tensión en regiones críticas, cambios en la deflexión, identificación de actividad de grietas, etc.[/vc_column_text][/vc_column][/vc_row]