02 inspeccion especial

48
Ensayo de tensión directo Resistencia de odherencio (Mpo) IGRI Guío No. 03733 (ACI 503R) >=2.0 En 1504-3 (Reporoción no estructural Rl y R2, en 1542) >=0.7 En 1504-3 (Reparación no estructural R3, en 1542) >= 0 .8 En 1504-3 (Reporoción no estructural R4, en 1542) >= l.5 92 1 Ingeniería de puentes Las especificaciones de ensayos de campo (...), allí se especifica que la carga debe ser aplicada como en ensayos de tensión confinados (para no dañar el concreto que cir cunda la barra) y la carga no debe exceder el 50 % de la carga última esperada basada en la resistencia de adherencia del adhesivo, ni el 80 % de la resistencia a fluencia del anclaje. El ensayo de campo no tiene el objetivo de caracterizar adecuada instalación del sistema de anclaje. 2.2.6.3. Criterios de evaluación En el ensayo de adherencia concreto o mortero debe fallar el concreto. En el caso de adherencia de platinas metálicas o FRP debe ser mayor o igual a 140 Mpa. Para la evaluación de requerimiento de desempeño de adherencia del material, se deben tener en cuenta las recomendaciones de la tabla 2-11. Tabla 2- 11 Evoluoci6n del requerimiento de desempeño de odherencio del moteriol. Fuente: tomado de lo referencia (43]. 2.3. Ensayos sobre acero de refuerzo o acero estructural 2.3.1. Determinación de la profundidad y /ocalizaci6n de armaduras de refuerzo (/NPEE- 14) 2.3.1.1. Objetivo y definición Consiste en la determinación del espesor de concreto que sirve de recubri miento del acero y de sus características, lo cual incluye determinar: El número de barras longitudinales, incluyendo su diámetro, el diámetro de estribos o flejes, la separación entre barras longitudinales y flejes transversales, si las barras son corrugadas o lisas, con lo cual se puede estimar su calidad y la época de la

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Page 1: 02 inspeccion especial

Ensayo de tensión directo Resistencia de odherencio (Mpo)

IGRI Guío No. 03733 (ACI 503R) >=2.0

En 1504-3 (Reporoción no estructural Rl y R2, en 1542) >=0.7

En 1504-3 (Reparación no estructural R3, en 1542) >=0.8

En 1504-3 (Reporoción no estructural R4, en 1542) >= l.5

92 1 Ingeniería de puentes

Las especificaciones de ensayos de campo (...), allí se especifica que la carga debe ser

aplicada como en ensayos de tensión confinados (para no dañar el concreto que cir

cunda la barra) y la carga no debe exceder el 50 % de la carga última esperada basada

en la resistencia de adherencia del adhesivo, ni el 80 % de la resistencia a fluencia del

anclaje. El ensayo de campo no tiene el objetivo de caracterizar adecuada instalación

del sistema de anclaje.

2.2.6.3. Criterios de evaluación

En el ensayo de adherencia concreto o mortero debe fallar el concreto. En el caso de adherencia de platinas metálicas o FRP debe ser mayor o igual a 140 Mpa. Para la evaluación de requerimiento de desempeño de adherencia del material, se deben tener en cuenta las recomendaciones de la tabla 2-11.

Tabla 2-11Evoluoci6n del requerimiento de desempeño de odherencio del moteriol. Fuente: tomado de lo referencia (43].

2.3. Ensayos sobre acero de refuerzo o acero estructural

2.3.1. Determinación de la profundidad y /ocalizaci6n de armaduras de refuerzo (/NPEE- 14)

2.3.1.1. Objetivo y definición

Consiste en la determinación del espesor de concreto que sirve de recubri miento del acero y de sus características, lo cual incluye determinar:

• El número de barras longitudinales, incluyendo su diámetro,• el diámetro de estribos o flejes,

• la separación entre barras longitudinales y flejes transversales,• si las barras son corrugadas o lisas, con lo cual se puede estimar su calidad

y la época de la construcción,• el número de capas de las barras (para vigas) y si son paquetes o indivi

duales,• si hay cables o tornes de preesforzado,• y si hay barras inclinadas que sirven de refuerzo a cortante.

2.3.1.2. Equipos y procedimiento

Para determinar o comprobar el acero de refuerzo de estructuras existentes, de las cuales no se tienen planos de diseño o de construcción, existen diversos

Page 2: 02 inspeccion especial

2.Inspección especial 1 93

equipos para hacer ensayos no destructivos. Los laboratorios y universidades tienen esos equipos para localizar, por ejemplo, los flejes y el recubrimiento, y algunos más avanzados que pueden determinar en forma aproximada el diámetro de las barras. El Instituto Nacional de Vías tiene dentro de su equipo de inspección especial, un detector de refuerzo denominado "Covermeter" que se basa en los cambios en las líneas de campos magnéticos/corrientes de Foucault (véase figura 2-22). Entre mayor sea el recubrimiento del concreto más se incrementa el error de dicho equipo en la determinación de las características del acero. La empresa Hilti ofrece un equipo denominado "Ferroscan", con más utilidades y ventajas que el descrito anteriormente, que puede determinar profundidades de recubrimiento hasta 16 cm y diámetros del refuerzo hasta de 2.5".

A continuación, se muestran una prueba realizada para detectar refuerzo en las pilas del puente localizado en la carrera 5ª con calle 26 en la ciudad de Bo gotá, de donde posteriormente se extrajeron núcleos para ensayos a compresión.

Este medidor de recubrimiento es usado con frecuencia para localizar las va rillas de refuerzo, antes de iniciar otras investigaciones tales como mediciones de PEQ, extracción de núcleos, pruebas capo, inspección de cables, etc.

2.3.1.3. Criterios de evaluación

De todas maneras, se recomienda hacer siempre una verificación de los re sultados obtenidos con estos equipos, mediante una cala o remoción parcial del concreto, utilizando taladros medianos y calibradores para medir las diferentes

Figura 2-22Equipo del lnvios poro detector refuerzo em pleado poro inspecciones especiales de puentes. Covermeter. Fuente: propio.

Figura 2-23Localización de refuerzo en puente de carrero 5°. Fuente :propio.

Page 3: 02 inspeccion especial

94 1 Ingeniería de puentes

Figura 2-24Concreto parcialmente removido. Fuente: Pro pio.

Figura 2-25Equipo poro medir el espesor remanente de acero. Fuente: propio.

Figura 2-26Equipo poro medir el espesor remanente de acero. Fuente: propio.

barras encontradas. En la figura 2-24 se muestra el inicio de la remoción, me diante la utilización de un taladro común; este procedimiento permite retirar una ligera capa de concreto (véanse figura 2-24b).

(o) (b)

2.3.2. Medidor de espesor remanente de acero estructural (INPEE-15)

2.3.2.1. Objetivo y definición

Consiste en la determinación del espesor remanente de perfiles de acero que contienen puentes tipo como: armaduras, vigas de acero de tableros mixtos, entre otros.

2.3.2.2. Equipos y procedimiento

Las especificaciones sobre el procedimiento y los equipos se pueden verifi car empleando la norma ASTM E797/E797M (46). Existen equipos digitales transductores que, mediante las ondas ultrasónicas, determinan el espesor de elementos metálicos entre 0.5 mm y 200 mm con un error de más o menos el 2 % (véanse figuras 2-25 y 2-26). Para superficies accidentadas o corroídas, es necesario pulir la superficie en el sitio donde se vaya a realizar la prueba; es un ensayo muy útil para la medición del efecto de la corrosión sobre miembros me tálicos importantes, con acceso solamente de un lado (alma de una viga I), tal y como se observa en la figura 2-26.

Page 4: 02 inspeccion especial

2.Inspección especial 1 9S

2.3.2.3. Criterios de evaluación

Antes de realizar las mediciones se debe aplicar un líquido de contacto en la zona de prueba . Enseguida, se realiza la calibración del equipo que se efectúa por bloques de prueba (para aleaciones comunes de acero), o ajustando la velocidad del sonido hasta que se muestre el mismo espesor que puede ser medido por un calibrador (aleaciones desconocidas).

2.3.3. Medidor de espesor de pintura (INPEE- 16)

2.3.3.1. Objetivo y definición

Consiste en la verificación del espesor de pintura de componentes de acero de los puentes tales como: barandas, elementos de armaduras, vigas, arriostra mientos, entre otros.

2.3.3.2. Equipos y procedimiento

Existen diversos equipos para medir el espesor de pinturas o recubrimientos, mediante el principio de la incidencia entre una superficie electromagnética y una metálica. Con estas mediciones se certifican los espesores de la capa de pin tura o recubrimiento necesarios para la protección de la estructura (véase figura 2-27). El procedimiento de este ensayo se puede realizar basándose en la norma ASTM D1400 [48).

2.3.3.3. Criterios de evaluación

Los criterios de evaluación dependen del tipo de elemento del puente y de los requerimientos de la institución que esté solicitando dicha labor. La evaluación también debe estar basada en la norma ASTM D1400 [48) y la del Steel Struc tures Painting Council [49).

Figura 2-27Medición de espesor de pintura en puente sobre carrero Sª con calle 26 en lo ciudad de Bogotá . Fuente: propio.

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Probeta Normal (ancho) Probeta Pequeño

Tipo de plancho 40 mm Tipo de plancho 13 mm 6 mm de ancho

mm(in) mm(in) mm( i n)

G L ongitud calibrado200,00±0,2 50,0±0,1 25,0±0,1

(8,00±0,01) 2,000±0,005 1±0,003

W Ancho40,0±2,0 12,5±0,2 6,0±0,1

(2,500±0,125, -0,250) (0,500±0,010) (0,25±0,005)

T Espesor E spe sor del material

R Rodio de lo zona de transición 25(1) 12,5(0,500) 6(0,25)

L Longitud total 450(18) 200(8) 100(4)

A Longitud de lo sección reducido, mlnimo 225(9) 57(2,25) 32(1,25)

B Longitud de lo zona de sujeción mlnimo 75(3) 50(2) 30(1,25)

C Ancho de lo zona de sujeción aproximado 50(2) 20(0,750) 10(0,375)

96 1 Ingeniería de puentes

Figura 2-28Equipo poro extracción de muestro de acero poro ensayo de tensión y contenido químico. Fuente: tomado de lo referencia [47].

Figura 2-29Muestro poro ensayo de contenido químico y tensión. Fuente: tomado de lo referencia [47].

Tabla 2-12Dimensiones de lo probeta poro reolizor ensayo de tensión. Fuente: odoptodo de lo referencia [SO].

2.3.4. Ensayo de resistencia a la tensión (/NPEE- 17)

2.3.4.1.Objetivo y definición

Este ensayo se usa para caracterizar las propiedades mecánicas del acero tales como resistencia a la tensión, límite de fluencia, reducción de área y alargamien to. Es una información vital en el momento de evaluar la calidad del acero es tructural de los puentes de los cuales no se tienen memorias de cálculo o planos de diseño o construcción. En este ensayo se somete una probeta de acero a un esfuerzo de tensión que va en aumento hasta causarle la ruptura y que se debe realizar siguiendo la norma ASTM E8/E8M (50}.

2.3.4.2. Equipos y procedimiento

La primera etapa consiste en la extracción de muestras de acero en elementos no principales del puente, de tal forma que no genere una vulnerabilidad del mis mo desde el punto de vista estructural. Esto se puede hacer empleando equipos oxicorte, como el que se muestra en la figura 2-28, para obtener platinas como las que se observan en la figura 2-29.

De dichas platinas se deben obtener las probetas para el ensayo mediante un proceso de maquinado, y con las dimensiones y especificaciones que establece (50} (véanse tabla 2-12).

Dimensiones

Page 6: 02 inspeccion especial

Esfuerzo

AYS (offse t = O rno/o) , /

-- ------------- ---,y -- - -----------·---, r

,, , '

'' ,'' ,'

''' I

I '

,' ,,',' ,',I ,'

,' ,'

II ,'

,...''

/ .,[ ,/m

Deformoci6n

referencia [50].

2. Inspección especiol 1 97

Se usan los equipos estándares como máquina universal para prueba de ten

sión con graficadora, extensómetros y otros instrumentos de medición necesarios

para este tipo de ensayo, con los cuales se determinan propiedades mecánicas

como: fluencia (fy), resistencia última (Fu), ductilidad, porcentaje de elongación,

porcentaje de reducción de área, módulo de elasticidad, límite de proporcionali

dad, límite elástico y tenacidad. Las probetas de acero deben sujetarse adecua

damente a la máquina universal, para lograr una efectiva transmisión de carga

a la máquina por medio de las cabezas. Es importante que la velocidad a la que

se efectúa la prueba no exceda la velocidad a la que se puedan realizar las lectu

ras de carga y deformaciones. Algunas de estas propiedades son estimadas con

algunos aparatos de calibración, mientras que para otras es necesario un análisis

más profundo de la curva de esfuerzo-deformación originada durante la prueba.

2.3.4.3. Criterios de evaluación

Del ensayo se obtiene un diagrama esfuerzo-deformación, donde la zona de

fluencia es bien definida por el cambio de pendiente en la curva. El esfuerzo

correspondiente a la parte superior donde se inicia el cambio de pendiente, o el

esfuerzo al cual la curva empieza a caer, se consideran como el límite de fluencia.

Existen casos en que el material no muestra una forma definida con la cual se

pueda caracterizar el límite de fluencia; para esto se obtiene un valor equivalen

te que puede lograrse por el método del alargamiento específico, determinando

esfuerzos ante ciertas elongaciones específicas.

En este ensayo se debe determinar el límite de fluencia que se puede hacer por

el método de la deformación permanente especificada (offset) o por el método

del alargamiento bajo carga (según la ASTM E8/E8M-09). Para determinar el

límite de fluencia por el primer método, es necesario tener datos con los cuales se

pueda lograr un diagrama esfuerzo-deformación, como se ve en la figura 2-30.

Se traza en este una línea "om" igual al valor especificado en la deformación, se

proyecta un línea "m-n" paralela a "o A" y se localiza el punto "r''; con este

procedimiento se determina la carga "R" que corresponde al límite de fluencia.

Figura 2-30Esquema poro determinar límite de fluencia del acero estructural por el método de de formación permanente. Fuente: lomudo de lo

Page 7: 02 inspeccion especial

98 1 Ingeniería de puentes

Otra opción es utilizar el método de la caída de la viga, en el cual se aplica una carga a una velocidad uniforme con una máquina con plancha y contrapeso; cuando se llega al límite elástico, se interrumpe el aumento de carga, se corre el contrapeso más allá de la posición de equilibrio y, de esta manera, la viga cae por un breve intervalo de tiempo.

2.3.5. Ensayo de contenido químico (INPEE- 18)

2.3.5.1. Objetivo y definición

Consiste en la determinación de la composición química del acero de refuerzo o el acero estructural mediante la norma ASTM E350 (53}. A partir de este ensayo se determina el contenido de: aluminio, antimonio, arsénico, azufre, bo ro, carbono, cobalto, cobre, cromo, estaño, fósforo, manganeso, níquel, niobio, plomo, silicio, telurio, titanio, tungsteno, vanadio, zirconio, entre otros. Con este ensayo se conocen propiedades del acero que sirven para estimar aproximada mente su tipo, sus propiedades de ductilidad, su capacidad de soldabilidad, entre otros.

2.3.5.2. Equipos y procedimiento

Entre los métodos para determinar las maneras en que se encuentran las sustancias anteriormente mencionadas, están: el gravimétrico, fotométrico, des tilación, neocoptrina, intercambio iónico, absorción atómica y algunos otros. El gravimétrico, por ejemplo, se emplea para la determinación del aluminio total en

concentraciones de 0,2 % a 1,5 % en hierros y aceros no aleados, de baja aleación, e inoxidables. Este método consiste en diluir la muestra en ácido y así el aluminio que no se disuelve se filtra, se funde y se reúne con el aluminio soluble. De esta manera, los elementos de interferencia se eliminan por la separación de cáto do de mercurio (para esta información también se empleó la Norma MexicanaNMX-B-001-1988 denominada "Métodos de análisis químicos para determinar la composición de aceros y fundiciones".

2.3.5.3. Criterios de evaluación

Los criterios de evaluación de este ensayo deben basarse en lo especificado en (53}. Como ejemplo, se presenta el que se hizo del acero del puente Cajamar ca (Colombia) dentro del proyecto de (52}. Por ser acero del puente Cajamarca (Colombia) dentro del proyecto de (52}. Por ser el acero original de este puente diferente al normal, los ingenieros del Illinois Institute of Technology de Chicago realizaron estudios de la composición química del acero instalado en el periodo 1957-1959, cuyos resultados se presentan a continuación.

Page 8: 02 inspeccion especial

Chemicol Componed Symbol Percentoge

lron Fe 99.0400

Corbon c 0.1530

Mongonese Mn 0.4180

Phosphors p 0.0440

Sulfur s 0.0385

Silicon Si 0.0000

Nickel Ni 0.0500

Chromium Cr 0.0360

Molybdenum Mo 0.0100

Vanodium V 0.0030

Copper Cu 0.1300

Aluminum Al 0.0000

2. Inspección especial 1 99

Tabla 2-13Composición químico del ocero hose del puente Cojomorco . Fuente: tomado de lo referencia (51].

De acuerdo con esta composición química, el acero se encuentra compuesto por porcentajes adecuados de Carbono (0.153%), Manganeso (0.418%) y Cobre (0,13%). El porcentaje representativo de estos elementos químicos en su com posición, implica que es un acero de buena ductilidad (según experiencia de la Ingeniería metalúrgica). Ahora bien, los porcentajes de los elementos químicos: Vanadio (0.003%) y Cromo (0.036%) son bajos y favorables, de lo contrario sería un acero frágil.

2.3.6. Ensayo de fatiga (INPEE- 19)

2.3.6.1. Objetivo y definición

La fatiga es un proceso de agrietamiento progresivo que puede culminar en una fractura de un material, cuando está sujeto a cargas repetidas y fluctuantes. El objetivo de este ensayo es construir la curva S-N, la cual grafica esfuerzos contra el número de ciclos hasta la falla. Para esto se toma un conjunto de probetas y se las somete a solicitaciones variables con diferentes niveles de tensión, contándose el nº de ciclos que resiste hasta la rotura. Debido a la elevada dispersión estadística propia de la fatiga, los resultados se agrupan en una banda de roturas. Una parte de esta dispersión puede atribuirse a errores del ensayo, pero es una propiedad del fenómeno físico lo cual obliga a realizar un gran nº de ensayos de probetas, a fin de determinar la banda de fractura con suficiente precisión.

El ensayo de fatiga permite determinar la capacidad que tiene el elementoante la aplicación de este tipo de cargas . Las fallas por fatiga han sido una de las causas del colapso de algunos puentes, como se explicó en el capítulo 1 de este tomo. En el capítulo 5, se presentan además fotos y esquemas de los problemas de fatiga en los puentes de acero de Colombia y el mundo. Adicionalmente, en

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100 1 Ingeniarlo de puentes

las figun1s 2-31 y 2-32 se presentan esquemas en donde se muestran algunos de los defectos o fallas típicas ocasionadas por fatiga y sus localizaciones más frecuentes (véase sección 7 de (2)).

Figura 2-31Problemas de fatigo en elementos de piso de puentes provisionales de ocel. Fuente: Sipucol.

Punto ile inlrlld6a dt filuras d1 f atlp al cenlra de la luz

Pumo d1 f nldad6ndi fisu ras d1 fatiga

/,,./,?··

loldoduros lnlermil•n le1 ·"'"

Figura 2-32Problemas de fatigo en miembros de ocero soldado. Fuente: Sipucol.

¡...................................

11

Po1l bes probl emas d& foli go

2.3.6.2. Equipos y procedimiento

Dicho ensayo se puede realizar con base en las especificaciones y procedi mientos estipulados en las normas ASTM E466 (54) ASTM E468 (55), ASTM E606 (56), ASTM E739 (57), ASTM E1012 (58) y ASTM E1823 (59). Para estose debe emplear un equipo electromecánico, como el que se observa en la Figura 2-34, donde se ensayaron muestras de acero del puente Cajamarca (Colombia) dentro de un convenio entre la UniversidadJaveriana y el Instituto Nacional de Vías (véase (1)), cuyo servicio fue prestado por el laboratorio del

Illinois lnstitute of Technology en Chicago, U.S.A. Este equipo consta de un motor, un conta dor de revoluciones y un sistema mecánico que permite que una probeta se gire mientras se le aplica una carga conocida. Dicha probeta queda sometida a una flexión alternada, que se traduce en que un punto cualquiera de la probeta y que-

Page 10: 02 inspeccion especial

2. Inspección especial 1 101

da sometido a un ciclo de cargas que va de tracción a compresión. Esto produce fisuras que se van propagando lentamente, reduciendo el área hasta un punto tal en que la probeta no pueda resistir la carga aplicada y se rompe (véase figura 2-41). Las probetas para este ensayo deben cumplir con las dimensiones de las normas antes mencionadas, y tienen la forma que se muestra en la figura 2-33.

Se debe tener en cuenta que dichas probetas deben ser extraídas de elementos secundarios del puente de acero existente, que no tengan una responsabilidad importante desde el punto de vista estructural, como se observa en la figura 2-35. Dependiendo de la carga esperada, esta prueba puede ser realizada de diferentes formas que pueden ser de: doblez plano, doblez racional, torsión, tensión axial, compresión axial, o combinación de todas, las que pueden llegar a someter las probetas a esfuerzos simultáneos de compresión y tensión.

Figuro 2-33Probetas obtenidos del acero del puente de Cojomorco, maquinados en los laboratorios del lllinois lnstitute oflechnology, Chicogo, IL, USA. Fuente: tomado de lo referencia (51).

"

2.3.6.3. Criterios de evaluación

Generalmente, el resultado de este tipo de ensayo es utilizado para la eva luación de la fatiga de los componentes principales y/o conexiones del puente, para lo cual se sugiere emplear las recomendaciones estipuladas en la sección 7 ("Fatigue evaluation of steel bridges") del manual de evaluación de puentes existentes de Estados Unidos [2}.

Para el caso del estudio de fatiga realizado por el grupo de estructuras en elpuente Cajamarca, los resultados de las probetas que se fallaron, de acuerdo con el sistema Log-Log de referencia de estos datos (Numero de Ciclos vs. Esfuerzo de estudio) y con base en la metodología de Little y Jebe (60}, se determinó la ecuación logarítmica que se presenta a continuación:

Figuro 2-34Máquina de fatigo tipo R.R. Moore del lllinois lnstitute oflechnology, Chicogo, IL, USA donde se hicieron los ensayos del acero del puente Co jomorco. Fuente: tomado de lo referencia (51).

Figuro 2-35Izquierdo: zona de extracción de muestras del puente Cojomorco (Colombia), justo después del uso del oxicorte. Derecho: lo mismo zona pero reparado y repintado, poro evitar lo pro ducción de discontinuidades. Fuente: tomado de lo referencia (51).

Page 11: 02 inspeccion especial

102 1 Ingeniería de puentes

logN = A+BlogS-2a 1ogN

donde,

Log N = Es el logaritmo del número de ciclos a la fallaLog S = Es el logaritmo del nivel de esfuerzos bajo estudiosA, B = Parámetros del método bajo estudio donde A corresponde a el

valor donde la ecuación anterior se hace cero en el número de ciclos a la falla, y B corresponde a la pendiente de la gráfica anteriormente mencionada

ª10gN = desviación estándar de la población dada por el número de ciclos a lafalla, donde se tiene en cuenta la variabilidad de la calidad del material testeado

Es importante aclarar que este ensayo es válido solamente para evaluar la fatiga de elementos tipo 1, según la clasificación de la ASCE y AASHTO, como se observa en la figura 2-38. Para evaluar otros tipos de elementos (diferentes al tipo 1), que incluyen conexiones, soldaduras, pernos, platabandas, etc., se pue den utilizar los resultados obtenidos por las investigaciones realizadas por Ang y Munse [61}, que están consignados en la AASHTO, o hacer ensayos de fatiga con este tipo de conexiones o adecuaciones.

De acuerdo a la ecuación del daño acumulado de Miner para un nivel de esfuerzos S especificado o de estudio, y de acuerdo con los parámetros A y B que se obtienen de la caracterización anterior del material, el número de ciclos nece sarios para llevar dicho elemento estructural a la falla corresponde a la ecuación:

donde,

N = Número de ciclos a Ja fallaC = Parámetro que indica el intercepto con el eje del Número de ciclos a la

falla de la gráfica Log-Log de los datos experimentalesS = Esfuerzo de estudio o nivel de esfuerzos especificado para calcular la

fatiga de un elemento estructuralm =pendiente de la gráfica Log-Log de los datos experimentales

Para el análisis de fatiga posterior se debe tener información de la historia de las cargas importantes que causan esfuerzos repetitivos en el puente existente. Esto se puede fundamentar en los registros de las mediciones periódicas que el Instituto Nacional de Vías (Invías) hace sobre el tráfico promedio diario (TPD) en cada corredor vial, para determinar la tasa de crecimiento anual (con base en los porcentajes de camiones). Otra característica que debe definirse en el es tudio de fatiga, es la distribución del tráfico pesado en los carriles de la vía. Los factores de distribución se basan en Ja condiciones de tráfico que se observan en la figura 2-36.

Page 12: 02 inspeccion especial

! !

13

1 u: 1

Figura 2-36

2. Inspección especial 1 103

1 11 1 1

1r

11111

Porómetro b de distribución del trófico pesadosobre el puente. Fuente: tomado de lo refe rencia [51].

1 1

Uno líneo de tr6fico = 100% Dos líneo de tr6fico = 60%

b= 1,00 b = 0,60

Se procede a calcular la vida remanente de los diferentes elementos estruc turales del puente existente, con base en los datos anteriores y los detallados aproximados de armado y afectación de los elementos monitoreados y estudiados. Para esto es posible, además de emplear los resultados del ensayo de fatiga antes explicados, utilizar las recomendaciones de (61} sobre otros tipos de secciones por analizar, que están consignados en la AASHTO (véase figura 2-36). Para propósitos de los estudios de fatiga estos valores son en general bastante acepta dos, debido a que dicho estudio incluye las curvas S-N con sus correspondientes parámetros de forma (C) y de calidad del acero (m), para varios tipos de detallado tanto de armado estructural como de unión entre elementos.

7

2

-)

4

Placa en el reborde (

Figura 2-37Tipos de detallados investigados por Ang y Munse (1975). ASCE-AASHTO. Fuente: tomado de lo referencia [51].

() 11

5 -- )

6 12

Page 13: 02 inspeccion especial

Rango de esfuerzos de monitoreo Número de ciclos presentes poro este rango de esfuerzos Relación

s, nl ª1=n1,N,

s2 n2 ª2=n2,N,

... ... ...

s, n1 ª1=n2,N,

Totales 2:n=N1 o

1

104 1 Ingeniería de puentes

Sobre la base de la totalidad de los datos obtenidos por monitoreo (Na), se determina la participación de diferentes rangos de esfuerzos (Si), que se pueden tomar teniendo en cuenta el menor y el mayor valor de los esfuerzos monito reados y usando para su organización un número finito de clases. La relación que se establece entre la cantidad de solicitaciones en cada nivel de esfuerzos (Si) para las condiciones actuales del tráfico y la totalidad del número de cargas quegeneran esfuerzos (Na) tomada de los archivos de monitoreo, se denomina a..

l

Este procedimiento se detalla en la tabla 2-14.

Tabla 2-14Metodología de closihcoción de esfuerzos poro

a.

los rangos de estudio y determinación de los factores de ponderación de esfuerzos (a). Fuente: tomado de lo referencia [51]. '

Una vez establecida la distribución de esfuerzos para cada elemento moni toreado, y teniendo en cuenta las cargas plenas del tráfico real del puente, se procede a estimar el tiempo aproximado para que dicho elemento estructural comience a presentar estados de fatiga. Se define el daño acumulado en el ele mento estructural bajo estudio, con base en la ley de Miner, como la sumatoria de las relaciones entre la cantidad de esfuerzos presentes para los diferentes nú meros de ciclos para cada rango de esfuerzos estudiado (n), y el número teórico de ciclos necesarios para llevar dicho elemento estructural con parámetros (c y mconstantes) al nivel de esfuerzos estudiado (S.), de la siguiente manera:

l

""m n.Daño = ¿,,,; = 1 '

Teniendo en cuenta lo expuesto en la tabla 2-14 y reemplazando los N., como1

se expresa literalmente en la ley de Miner, el daño se formularía como:

D = a, * N, +a,* N, +...+a,* N,

( J ( .J ( ,JHaciendo una simplificación de términos, lo anterior se puede expresar como:

D =Nea[ ª1S1"' +a,S2"' +...+aS,,"']

Dado que se asume que el elemento estructural presentará mecanismos de fatiga cuando el daño sea cercano o igual a 100 %, entonces N. será cada vez más cercano a NT" Entonces, considerando D = 1, se puede expresar como:

Page 14: 02 inspeccion especial

J

2. Inspección especial 1 105

N - er -[o:,S,m +o:,S;" + ...+o:,S,m

De esta manera se determina la cantidad necesaria de ciclos para llevar cada elemento estructural a mecanismos de fatiga. Una vez obtenido el número de ciclos aproximado para generar daño por fatiga en el elemento estructural, se determina eI tiempo en años para que dicho elemento estructural no presente evidencias de fatiga estructural. Sin embargo, este tiempo tiene que ser restado de la cantidad de años que tiene el puente desde que fue puesto en servicio, para así poder obtener matemáticamente la vida remanente del elemento estructural analizado.

El tiempo que le toma a dicho elemento para presentar mecanismos de fatiga, se obtiene de la siguiente expresión :

Log r*N r + Ib(365 • ADT )

t = __, '------'--'-Log(l+ r)

donde,

Nt = Número de ciclos necesarios para llevar cada elemento estructural a mecanismos de fatiga

ADT = Tránsito promedio diario anualr =Tasa de crecimiento anualb = Parámetro de distribución del tráfico pesado sobre el puente

Para el proyecto de (52) se tuvo la asesoría del Ing. Ph.D.Jamshid Moham madi, especialista en fatiga de elementos de acero y director del departamento de Ingeniería Civil, Arquitectónica y Ambiental del Instituto Tecnológico de Illinois. El análisis de fatiga de los elementos principales de este puente se llevó acabo y sus resultados se pueden consultar en (52). En las figuras de la 2-39 a la 2-41 se presentan algunos de los tipos de falla que tuvieron las probetas ensayadas.

=r:-.lllmedlennFllllgueTeet

Figura 2-38Probeta estudiado concordante con el detallado descrito en el estudio de fatigo poro elementos de acero.Ang y Munse (1975)-ASCE y AASHTO . Fuente: Fuente :tomado de lo referencia [51].

Figura 2-39Follo típica de probetas de acero cuando se estudian en lo máquina tipo R.R .Moore. Fuente : tomado de lo referencia [51].

Figura 2-40Follo típico lateral de lo probeta tomada del acero del puente Cojamorca. Fuente : tomado de la referencia [51].

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Specimen Number Stress (ksi) Stress (MPo) Number of Cycles (xlOOO)

1 Discorded

2 25 172.4 2,000•

3 30 206.8 3,228"

4 40 275.8 1,700*

5 40 275.8 2,200•

6 40 275.8 986

7 42.5 293.0 269

8 42.5 293.0 183

9 42.5 293.0 367

10 45 310.3 160

11 45 310.3 253

12 45 310.3 139

13 47.5 327.5 85

14 47.5 327.5 82

15 50 344.7 47

16 50 344.7 50

17 50 344.7 39

106 1 Ingeniería de puentes

Figura 2-41Fotografío transversal de lo geometría de avance de lo fracturo en lo motriz bojo estudio del acero del puente Cojomorca. Como se puede ver, lo fracturo no se presento en lo totalidad de lo sección transversal. Fuente: tomado de lo referencia [51).

Tabla 2-15Resumen del número de ciclos o lo follo del acero del puente Cojomorco, poro codo uno de los 17 muestras estudiados. Fuente: tomado de lo referencia [52).

Zona no agrietado

En la tabla 2-15 se presentan los datos obtenidos para este ensayo de fatiga y en la figura 2-42, la correspondiente curva.

• These specimens did not foil

Figura 2-42Curvo S-N de acero del puente Cojomorco.Fuente: tomado de lo referencia [51). 60

S·N CURVE FOR THE CAJAMARCA BRIDGE STEEL(using ksi)

50

40

30

20

10

1

.200 1

4001

6001

8001

1,0001

1,200

...Ragrasslon Una + Suggaslad Equallon + Exparimanl

Numbar of Cyclas (In 1,000)

Page 16: 02 inspeccion especial

2. Inspección especial 1 107

2.3.7. Verihcación de espesores de soldaduras hlete (INPEE- 20)

2.3.7.1.Objetivo y definición

Esta actividad consiste en la verificación de las dimensiones de las soldaduras tipo filete presentes en elementos de acero armados de los puentes (tipo cajón, viga I, entre otros). Este ensayo pretende constatar que las dimensiones de di chas soldaduras sean apropiadas con respecto a las nuevas especificaciones que la entidad establezca o que las normas de esta área especifiquen.

2.3.7.2. Equipos y procedimiento

Para este ensayo se emplea una galga calibrada. De esta forma, se verifica si cumple con los tamaños mínimos o si es el necesario establecido en el diseño. Existen diferentes tipos de galgas; la más común es la que está compuesta por una serie de láminas de metal que han sido maquinadas para producir dos (2) de contornos diferentes. Cada una de ellas se selecciona de acuerdo a un tamaño de soldadura en filete requerido (Instituto de soldadura West-Arco (62}).

2.3.7.3. Criterios de evaluación

Para la evaluación de este ensayo se deben utilizar los requerimientos de la entidad y/o las recomendaciones del numeral D.1.5 de la AWS.

2.3.8. Ensayo de tintas penetrantes (INPEE-21)

2.3.8.1. Objetivo y definición

Consiste en un penetrante que permite identificar fisuras o discontinuidades superficiales (únicamente). Hay un tipo de indicador visible que representa las discontinuidades en colores rojos sobre un fondo blanco observadas bajo una fuerte luz blanca, y un indicador fluorescente con indicación verdosa que se puede observar mediante una luz ultravioleta.

2.3.8.2. Equipos y procedimiento

Las especificaciones de este ensayo se pueden realizar con base en las normas ASTM E165 (63} o AWS D.1.1 (64}. Según [l} en forma general, su procedi miento es el siguiente:

1) Se debe asegurar que la superficie que se desea examinar esté libre de polvo, pintura o aceites, para lo cual se recomienda el rociado de líquido 9PR5 para su limpieza.

Page 17: 02 inspeccion especial

108 1 lngenierlo de puentes

Figura 2-43Ensayo de tintos penetrantes. Puente Orito, Regional Putumoyo. Fuente: propio.

Figura 2-44Ensayo de tintos penetrantes. Puente Orito, Regional Putumoyo. Fuente: propio.

Figura 2-45Ensayo de tintos penetrantes. Puente Orito, Regional Putumoyo. Fuente: propio.

Figura 2-46Ensayo de tintos penetrantes. Fuente: Fuente: propio.

2) Enseguida, se procede con la aplicación del aerosol 996P(A) a la superficie; este líquido se debe dejar trabajar de 10 a 30 minutos.

3) Se retira luego con papel o tela absorbente y se procede nuevamente a lim piar la superficie con la aplicación de 9PR5 hasta que el aerosol 996P(A) sea retirado totalmente.

4) Se aplica rociador 9Dl a la superficie, no sin antes ser agitado fuertemente;entonces, pasados aproximadamente 10minutos, se observan en la super ficie líneas rojas indicando las grietas, entre más gruesas sean estas líneas más profundas serán las grietas; en algunos casos, la aparición de puntos rojos indicará porosidad.

5) Para finalizar, se debe secar la superficie con papel limpio y enseguidarealizar la aplicación de pintura de aerosol anticorrosiva en toda el área.

En las figuras de la 2-43 a la 2-46 se observan fotografías del ensayo de tintas penetrantes realizadas en los puentes de Orito, Cruce Yarumo y Simón Bolívar.

2.3.8.3. Criterios de evaluación

Para los criterios de evaluación se deben tener en cuenta las recomendaciones de (63) o (64). Es un ensayo sencillo, con algunas limitaciones, cuyas ventajas y desventajas se presentan en la tabla 2-16.

Page 18: 02 inspeccion especial

VENTAJAS DESVENTAJAS

1) No esto li mitado al ensayo de objetos me tálico s.

1) No detecto discontinuidades profundos .

2) Se puede aplicar a cualquier materia l no poroso .

2) Es un ensayo que implica bastante tiempo poro su reolirnción .

3) Es aplicable o soldaduras entre materiales disimiles. 3) Lo confiabilidad se puede ver afectado por

factores como lo no adecuado limpieza de lo superficie.

4) Método portátil, aplicable en cualquier lugar.

5) Relat i vamente económico comparado con

2. Inspección especial 1 109

ENSAYO DE TINTAS PENETRANTES Tabla 2-16Ventajas y desventajas del ensayo de tintos pe netrantes. Fuente: tomado de lo referencia (1].

2.3.9. Partículas magnéticas (INPEE- 22)

2.3.9.1 Objetivo y definición

Se utiliza en materiales ferromagnéticos con el fin de detectar grietas o discontinuidades superficiales ligeramente sub-superficiales, por medio de un campo magnético en el que las líneas de fuerza viajan a través de un polo a otro (positivo a negativo), formando espirales continuas y paralelas, tal y como se muestra en la figura 2-47.

En la figura 2-47 se presenta una discontinuidad o grieta en la parte inferior, generada por un pequeño imán en la vecindad y un flujo de campo magnético creado en la discontinuidad. Si la pieza de acero ha sido espolvoreada con partícu las magnéticas pequeñas, estas serán atraídas y mantenidas en la discontinuidad, lo cual permite identificar donde hay grietas o discontinuidades.

Figura 2-47Campo magnético alrededor de uno borro magnético. Fuente: tomado de lo referencia [1].

Page 19: 02 inspeccion especial

VENTAJAS DESVENTAJAS

1 ) Método relativamente baroto yrápido .

1) Sólo trabajo con moterioles fer romagnéticos.

2) Algunos portes pueden requerir desmognetizoción despuésde lo

pruebo.

2) Detección en lo superficie y cerco de ello.

3) En espesores de recubrimientos grandes, puede haber enmascarami

ento de lo indicación.

4) Portabilidad limitado por el uso de corriente eléctrico.

5) Dificultad en lo evaluación de superficies rugosos.

11O 1 Ingeniería de puentes

2.3.9.2. Equipos y procedimiento

Las especificaciones de este ensayo se pueden realizar basándose en las nor mas normas E709 (66) o AWS D.1.1 (64). Según (1), existen diversos equipos

para generar los campos magnéticos: electroimán, método ''yoke", magnetismo

circular ("head shot"), método de las puntas, etc. Esta prueba es especialmente conveniente para soldadura de filete, donde ni la radiografía ni la prueba ultra sónica pueden ser usadas. El procedimiento es el siguiente:

l) Se debe realizar una adecuada limpieza así como el secamiento de la mis ma.

2) Aplicar color de contraste en el área de prueba: se puede utilizar Castrol

710.

3) Acomodar el magneto en el lugar de inspección a través de sus patas ajus

tables; encenderlo.

4) Antes de la aplicación del aerosol, se debe agitar muy bien la lata con las

partículas magnéticas. Se puede utilizar el Supranior 4 Black.

5) Las irregularidades en la superficie estarán determinadas por líneas negras,

las cuales interrumpen las líneas del campo magnético. Estas deben ser

registradas.

6) Se debe repetir el procedimiento, pero no sin antes generar una rotación

de 90°.7) Pequeñas áreas de prueba pueden desmagnetizarse apagando el magneto

y jalando despacio el área entre los polos. Cuando se prueban áreas grandes es más fácil quitar el magneto mientras esté conectado.

2.3.9.3. Criterios de evaluación

Tabla 2-17Ventajas y desventajas del ensayo de partícu las magnéticos. Fuente: tomado de lo referencia [J].

Para los criterios de evaluación, se deben tener en cuenta las recomendaciones

de las normas E709 (66) o AWS D.1.1 (64). En la tabla 2-17 se muestran las

ventajas y desventajas de la prueba de partículas magnéticas.

ENSAYO DE PARTÍCULAS MAGN TICAS

Page 20: 02 inspeccion especial

2 . Inspección especial 1 111

2.3.10. Ensayo con radiografía (INPfE- 23)

2.3.10.1.0bjetivo y definición

La prueba se basa en el principio de transmisión de radiación preferencial para determinar discontinuidades superficiales o profundas, permitiendo identi ficar fisuras internas que suelen ser de gran afectación. La cantidad de radiación transmitida depende principalmente del área de espesor; si el área es de espesor reducido, por consiguiente tendría menor densidad y, por lo tanto, la cantidad de radiación transmitida es mayor; esta radiación pasa a través del objeto formando una imagen oscura sobre una película (véase figura 2-48). En consecuencia, las áreas de espesor mayor tienen mayor densidad; debido a esto la radiación no pasa completamente a través del objeto porque en su mayoría es absorbida, mostrando _entonces áreas claras sobre la película.

Cuña de acero

Pelfcula

Figura 2-48(o) Efecto del espesor de lo porte en lo transmi sión de radiación. (b) Efecto de lo densidad del material en lo transmisión de radiación . Fuente: adoptado de la referencia [1].

El más ligero El más pesado

Esta prueba permite identificar varias discontinuidades, tales como poro sidad (produce áreas oscuras sobre la película, porque representa una pérdida significante de material); inclusiones metálicas (produce áreas claras debido a su densidad) e inclusiones no metálicas (produce áreas oscuras). Para la realización

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112 1 Ingeniería de puentes

de este ensayo es necesaria la utilización de equipos de radiación, como una máquina que produzca rayos X, energía eléctrica, o algún isótopo radioactivo que produzca rayos gamma. Luego de la realización del ensayo, es necesario un equipo para procesar y reproducir la película y, de esta manera, interpretar los resultados de la prueba.

2.3.10.2. Equipos, procedimiento y criterios de evaluación

Su procedimiento, equipos y criterios de evaluación se encuentran especifica dos en las normas ASTM E1030 (67} o AWS D.1.1 (64}. Según [1}, este método permite se pueden detectar discontinuidades internas en todos los materiales comúnmente utilizados por la Ingeniería nacional; además, esta prueba permi te dejar un registro permanente. Sin embargo, presenta algunos inconvenientes como el peligro para las personas por excesiva radiación, los costos de equipos y de capacitación de personal; además, se debe tener acceso a los dos lados del objeto que se va a ensayar (fuente y película). En las figuras 2-49 y 2-50 se pre sentan ejemplos de la utilización de este ensayo en los puentes Mariano Opinay Puerto Berrío.

Figura 2-49Tomo de muestras poro inspección de soldaduras mediante equipo de radiografío. Puente Mario no Ospino (carretero Cúcuto-Zulio). Fuente: reproducción autorizado poro su publicación por porte del lnvíos y lomudo de Consultorio Colombiano S.A.[68).

Figura 2-50Preparación poro tomo de rodiogroffo en sol dadura de lámina en el puente Puerto Berrio sobre el río Mogdoleno (Puerto Aroujo-Puerto Berrio). Fuente: reproducción autorizado poro su publicación por porte del lnvlos y tomado de Consultorio Colombiana S.A. [68)

2.3.11. Ensayo de ultrasonido {INPEE- 24)

2.3.11.1. Objetivo y definición

De acuerdo con [1}, esta prueba se basa en la utilización de ondas de sonido de frecuencia, la cual mide propiedades tanto físicas como geométricas del ma terial que se está inspeccionando. Los traductores de ultrasonido pueden ser de rayos longitudinales que son los que permiten conocer el espesor del material y la profundidad de la discontinuidad, o también pueden ser de ángulo para la evaluación de la soldadura. La realización de la prueba consiste en la obtención de energía mecánica (en forma de onda de sonido), a partir de la conversión de energía eléctrica (en forma de voltaje aplicado); esto se logra mediante el fenóme no de efecto piezoeléctrico producido cuando el traductor ejecuta la conversión.

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2. Inspección especial 1 113

2.3.11.2. Equipos, procedimiento y criterios de evaluación

Su procedimiento, equipos y criterios de evaluación se encuentran especifi cados en las normas ASTM E164 [70) o AWS D.1.1 [64}. El traductor se coloca en l a caj a negra, que es u n sofisticado aparato electrónico que se convierte en un aparato de med ida generando pu l sos electrónicos de alta precisión, de corta duración y alta frecuencia. Esta onda sonora viaja a través el material a determi nada velocidad; es necesario que el reflector esté adecuadamente orientado para permitir que el sonido regrese al traductor. El cristal piezoeléctrico se encarga de convertir la energía en pulso electrónico para, de esta manera, ser amplifica do y graficado en un tubo de rayos catódicos y así pueda ser interpretada por el operario. En las figuras 2-51 y 2-52 se muestra la realización de pruebas de ul trasonido sobre las soldaduras del puente El Colegio, ubicado en el kilómetro 85 de la vía Neiva-La Plata, sobre el río Magdalena en el departamento del Huila.

2.3.12. Pruebas de sanidad (INPEE- 25)

Estas pruebas son utilizadas rutinariamente en la calificación de la soldadura y de los procedimientos realizados por los soldadores. Consiste principalmente en la extracción de probetas a las cuales se les puede realizar uno de los tres tipos de pruebas de sanidad que se mencionan a continu ación:

- Prueba de doblez: es la más usada y la que permite juzgar, de una manera acertada, la habilidad del soldador. Existen diferentes tipos de pruebas de doblez, la prueba estándar deforma la probeta en forma de U luego de la aplicación de un punzón conocido como mandril o émbolo.

- Rotura Nick: en esta prueba se j uzga la sanidad de l a soldadura cuando el espécimen ensayado es fracturado, analizando las discontinuidades presentes en la superficie de la soldadura.

- Fractura en filete: usada principalmente en la calificación de los soldadores; se suelda una probeta formando un ángulo de 90º entre las dos partes y luego se ensaya ubicando la probeta en forma de V invertida, aplicando la carga en donde fue soldada.

Estos métodos de prueba deben ser conocidos por los inspectores de soldadu ra, quienes, a su vez, deben familiarizarse con este tipo de ensayos para conocer los mecanismos de ejecución e interpretación. Los procedimientos, equipos y

Figura 2-51Reolizoción de lo pruebo de ultrasonido. Regio nal Huila. Fuente: reproducción outorizodo poro su publicación por porte del lnvíos y lomodo de ERT Ingeniería ltda. [84].

Figura 2-52Equipo Quantum QBT+2 y falla en la soldadura para prueba de ultrasonido. Fuente: repro ducción autorizada para su publicación por porte del lnvías y lomudo de ERT Ingenieríaltda. [84].

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114 1 Ingeniería de puentes

criterios de evaluación de estas pruebas se encuentran especificados en la norma AWS D.1.1 (64].

2.3.13. Verificación de remaches (INPEE- 26)

Mediante el ensayo de golpe con martillo se prueba si los remaches están flojos o no, con lo cual se revisa su estado, de tal forma que se estén seguros sobre su apretadura. En los puentes metálicos estos remaches pueden ser sometidos a un proceso de evaluación y mantenimiento en el cual los nuevos serán calentados en fragua y utilizando como combustible carbón cake, hasta una temperatura que permita un color rojo-blanco parejo en los remaches . El tiempo que medie entre el retiro desde la fragua y el traslado y la colocación del remache, debe ser mínimo para evitar que se enfríe, lo que provocaría problemas posteriores. En todo caso, se rechazarán todos los remaches que presenten deficiencias como falta ele cierre en las cabezas de fábrica o de taller, jibarización de la cabeza por falta de material (remaches cortos) grietas producidas por enfriamientos bruscos y falca de alienación en hiladas de remaches. Una vez frío el remache se procederá a revisarlo para verificar que haya quedado bien instalado; para tal efecto se dis pondrá de un martillo

manual, y mediante golpes en las cabezas se determinará, por el sonido y las

vibraciones, que el remache esté bien asentado. Se deberán retirar los remaches sueltos y escariar todos los orificios a una sobremedida, para instalar posteriormente nuevos pernos de acuerdo con las nuevas medidas de los diámetros de los orificios.

La tensión de ajuste de estos remaches está dada por el acortamiento que se produce en ellos al enfriarse y porque llenan los vacíos que se producen en las diferencias que existen entre las perforaciones.

2.3.14. Verificación de torque en pernos o tornillos (INPEE- 21)

Consiste en verificar el torque en pernos o tornillos que hacen parte de las conexiones de puent es de acero, de ta l forma que se esté seguro sobre su apretadura. Para esta labor se debe saber la calidad de los pernos por las marcas, que deben estar grabadas en la cabeza y en las tuercas de cada uno de ellos, según el CCDSP numeral B.4.3.1.8.3. En cuanto al ajuste del perno, este debe ser revisado para que tenga la tensión indicada por el CCDSP según el artículo B.4.17.5.4 y Tabla B.4-3. El Código no indica el torque y este se debe calcular por ensayos de laboratorio.

2.4. Ensayos de suelos

2.4.1. Apique para evaluar cimentación (/NPEE- 29)

Puede suceder que no se disponga de planos de diseño o de construcción so bre el tipo de cimentación de puentes antiguos. En algunos casos para estos es

Page 24: 02 inspeccion especial

2. Inspección especial 1 115

necesario realizar apiques, como el que se observa en la figura 2-53, con lo cual se permita realizar e identificar los siguientes aspectos:

• Si es superficial y qué dimensiones tiene la zapata (ancho, largo, alto, etc.).• Estado del concreto y si tiene buena calidad en su construcción.• Si hay aceros expuestos, corroídos o si su recubrimiento es suficiente.• Si es profunda, qué tipos de pilotes son (por lo menos su dimensión,

entre otras); igualmente, el estado del concreto.• Realizar diferentes ensayos del concreto, muchos de ellos anteriormente

mencionados, tales como: carbonatación, cloruros, sulfatos, resistencia, entre otros. Estos dependen del objetivo del apique y el alcance del estudio.

2.4.2. Ensayos para estudio de suelos (INPEE- 30)

Es una labor que depende del problema de las cimentaciones, o interacción suelo-estructura, detectado en el puente. El número y tipos de ensayos que se de ben realizar dependen de las recomendaciones del ingeniero especialista en suelos, geotecnia y cimentaciones. Esta labor consiste en la realización e interpretación de ensayos de suelos, que pueden tener los siguientes propósitos:

• Estudio y revisión de la capacidad portante de las cimentaciones de los puentes, para efectos de cargas estáticas y dinámicas.

• Evaluación del fenómeno de los diferentes tipos de socavación de las cimentaciones de los puentes (local, global, etc.), para lo cual puede consultarse el capítulo 3 del presente tomo.

Sobre las especificaciones de estos ensayos se sugiere consultar las del CCDSP, las de carreteras del Invías, las Normas Técnicas Colombianas (NTC), entre otras.

Figura 2-53Apiques, locolizoción de ormoduros y medición de recubrimiento. Fuente: propio.

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116 1 Ingeniería de puentes

Figura 2-54Equipos empleados poro el estudio geofísico. Fuente: tomado de referencia [51].

2.4.3. Ensayo de refracción sísmica (/NPEE- 31)

2.4.3.1. Objetivo y definición

Para el estudio de respuesta sísmica local de un puente, se puede realizar una exploración geofísica con refracción sísmica del suelo, con la cual es posible de terminar las siguientes propiedades dinámicas:

1) Profundidades a roca.2) Probable dureza de la roca.3) Forma del contacto entre capas.4) Continuidad o discontinuidad del modelo interpretativo.5) Velocidades compresionales.6) Velocidades de corte.7) Módulos del subsuelo a pequeñas deformaciones.8) Módulos elásticos del subsuelo conocidos como módulo de Young (E),

módulo de corte máximo (Go), módulo de deformación volumétrica (K) y relación de Poisson.

9) Correlaciones entre las velocidades halladas y la geología local.

2.4.3.2. Equipos y procedimiento

Generalmente, la adquisición de los datos sísmicos se hace utilizando un sis mógrafo computarizado con 12 canales, con disco duro, geóponos, cables y demás elementos. El equipo debe contar con software de recepción de datos, control de calidad e interpretación (Seismic Quality Control [SIPQC]); en consecuencia, toda la información queda debidamente almacenada en archivos digitales (figura 2-54).

Las líneas de refracción sísmica (spread o tendido) tienen una relación directa con la profundidad de investigación. Como primera aproximación, se acostum bra determinar la longitud de la línea como de 2 a 3 veces la profundidad de investigación. De esta manera, para profundidades de investigación del orden de 20 metros esperados con la geofísica, la longitud mínima de la línea debería ser del orden de 50 a 60 metros. Para la generación de ondas se puede utilizar el tradicional sistema de percusión con "sledge hammer".

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2. Inspección especial 1 117

2.4.3.3. Criterios de evaluación

Una de las opciones para la interpretación es mediante el paquete Seislma ger que se compone de varios programas de computador para aplicaciones es pecíficas dentro del proceso de interpretación (Geophysics, actualización abril de 2007). Este paquete de programas está homologado y es suministrado por la casa fabricante del sismógrafo. Los métodos interpretativos empleados para

refracción sísmica fueron los conocidos como tiempos de retraso o "Delay times" y tomografía sísmica.

2.4.4. Ensayos de Downho/e y Crossho/e (/NPEE- 32)

2.4.4.1. Objetivo y definición

El Downhole es un ensayo no destructivo que tiene como objetivo determinar la velocidad de propagación en un suelo determinado para ondas sísmicas de compresión (P) y de cortante (S), las cuales son inducidas cerca a la superficie y se transportan a una fila de sensores sísmicos separados a cierta distancia. Este ensayo in situ se realiza con ayuda de perforaciones a través del suelo o roca, o

en un sondeo de cono de penetración estándar. El ensayo Crosshole tiene la mis ma dinámica que el Downhole con la diferencia de que las ondas se trasportan horizontalmente, gracias a la ubicación de los equipos de emisión y receptores (geófonos) (véase figura 2-55).

(o}

(o}

Fuente Osciloscop i o

PerforaciónReceptor (!)

3 m e tros (10 ft)

Figura 2-55(o} Esquema de ensayo Downhole. Fuente: odpotodo de lo referencia (73]. (b} Esquema de ensayo Crosshole. Fuente: tomado de de lo referencia (74].

Tubo deencamisad

Grouting ·1