evaluacion de fatiga de puentes existentes en arco en

“EVALUACION DE FATIGA DE PUENTES EXISTENTES EN ARCO EN ACERO

QUE HAN SIDO REHABILITADOS Y/O PRESENTAN PROBLEMAS DE

CORROSION”

Darío Alfonso Molano Sánchez, IC

Trabajo presentado como requisito para optar al título de

Magister en Ingeniería Civil con Énfasis en Estructuras

Director:

Federico Alejandro Núñez Moreno, IC, MSE, Ph.D

PONTIFICIA UNIVERSIDAD JAVERIANA

FACULTAD DE INGENIERIA

DEPARTAMENTO DE INGENIERIA CIVIL

BOGOTÁ D.C.

2014

2

Agradecimientos

Le agradezco a Dios por haberme acompañado y guiado a lo largo de mi carrera, por ser

mi fortaleza en los momentos de debilidad y por brindarme una vida llena de aprendizajes,

experiencias y sobre todo felicidad.

Le doy gracias a mis padres por apoyarme en todo momento, por los valores que me han

inculcado, y por haberme dado la oportunidad de tener una excelente educación en el

transcurso de mi vida. Sobre todo por ser un excelente ejemplo de vida a seguir, también a

mis hermanos por ser parte importante de mi vida y representar la unidad familiar.

Le agradezco la confianza, apoyo y dedicación de tiempo al ingeniero Federico Alejandro

Núñez Moreno, por guiarme en el desarrollo de esta tesis, haberme tenido la paciencia

necesaria, por motivarme a seguir adelante en los momentos de desesperación, por haber

compartido conmigo sus conocimientos y sobre todo por su amistad.

3

“FATIGUE EVALUATION OF EXISTING BRIDGE STEEL ARC REHABILITADOS

THAT HAVE BEEN AND / OR PRESENT PROBLEMS OF CORROSION”

Abstract

Currently in Colombia there is no fatigue standard for Steel bridges although the appearance

of fatigue and corrosion in some bridges, which makes a necessity of new local investigation

that improves lack of knowledge to avoid partial or complete collapses. The main purpose of

this work is to present a methodology to evaluate fatigue in arch steel bridges, with elements

or connections that present corrosion. Also, some assumed scenarios of bridge conditions in

several projects, are presented and made pass through the methodology to find a set of

activities that will ultimately end up in the determination of the remanent fatigue life. This

methodology assumes joint fatigue and corrosion damage affecting main elements of the

bridge. This will help in a decision making process of prioritization, that might suggest

bridge retrofitting or bridge posting for repairs.

Keywords:

Fatigue, stress, fracture, crack, corrosion, average daily traffic, finite element software,

remaining life.

“EVALUACION DE FATIGA DE PUENTES EXISTENTES EN ARCO EN ACERO

QUE HAN SIDO REHABILITADOS Y/O PRESENTAN PROBLEMAS DE

CORROSION”

Resumen

Actualmente en Colombia no existe una norma para la revisión de fatiga de puentes de acero

aunque se han encontrado fisuras de fatiga acompañadas con corrosión en algunos puentes,

por lo que es necesario una nueva investigación local que mejore la falta de conocimiento

para evitar colapsos parciales o totales. El objetivo principal de este trabajo es presentar

una metodología para evaluar la fatiga en los puentes de acero en arco, con elementos o

conexiones que presentan síntomas de corrosión. Además, se presentan algunos de los

escenarios supuestos de condiciones de los puentes en varios proyectos y se hicieron pasar

a través de la metodología bajo un conjunto de actividades que en última instancia van a

terminar en la determinación de la vida remanente a fatiga. Esta metodología supone daños

por fatiga y corrosión que afectan a las articulaciones principales de los elementos del

puente. Esto ayudará en un proceso de toma de decisiones de priorización, que podría

sugerir reforzamiento del puente o determinar las reparaciones.

Palabras clave:

Fatiga, tensión, fractura, grieta, corrosión, tránsito promedio diario, software de elementos

finitos, vida remanente.

4

Tabla de contenido

INTRODUCCION ......................................................................................................... 14

ANTECEDENTES Y JUSTIFICACION ........................................................................ 15

OBJETIVOS .................................................................................................................. 33

MARCO TEORICO ....................................................................................................... 34

4.1. Teoría de la mecánica de la fractura ..................................................................... 37

4.1.1. Crecimiento de grieta. .................................................................................... 38

4.2. Corrosión con fatiga .............................................................................................. 39

METODOLOGIA EVALUACION DE FATIGA DE PUENTES EXISTENTES EN

ARCO .................................................................................................................................... 41

5.1. Tipología del puente y zonas de investigación preliminar para detectar fatiga y/o

corrosión ........................................................................................................................... 41

5.1.1. El Arco ............................................................................................................ 42

5.1.2. La viga de rigidez ........................................................................................... 42

5.1.3. Los pendolones o péndolas ............................................................................. 43

5.2. Cargas variables en el tiempo ............................................................................... 43

5.3. Patología Estructural............................................................................................. 43

5.3.1. Inspección visual por daños fatiga y/o corrosión .......................................... 43

5.3.1.1. Zonas de inspección visual de mayor importancia en puentes de arco .. 44

5.3.1.1.1. Conexiones remachadas ....................................................................... 44

5.3.1.1.2. Conexiones soldadas ............................................................................ 45

5.3.1.1.3. Conexiones con tornillos ...................................................................... 46

5.3.1.1.4. Láminas de unión o cartelas ................................................................. 47

5.3.1.1.5. Arco ...................................................................................................... 47

5.3.1.1.6. Pendolón ............................................................................................... 47

5.3.1.1.7. Viga de rigidez ...................................................................................... 47

5.3.1.1.8. Arriostramientos ................................................................................... 48

5.3.1.1.9. Apoyos .................................................................................................. 48

5.3.1.2. Verificación de espesores de soldadura filete ......................................... 49

5.3.2. Ensayos No Destructivos ................................................................................ 49

5.3.2.1. Medidor de espesor remanente de acero estructural .............................. 49

5

5.3.2.2. Medidor de espesor de pintura................................................................ 50

5.3.2.3. Verificación de torque en pernos o tornillos ........................................... 51

5.3.2.4. Verificación de remaches ........................................................................ 51

5.3.2.5. Pruebas de sanidad ................................................................................. 51

5.3.2.6. Tintas penetrantes ................................................................................... 52

5.3.2.7. Partículas magnéticas ............................................................................. 53

5.3.2.8. Ensayos de radiografía ........................................................................... 54

5.3.2.9. Ultrasonido.............................................................................................. 54

5.3.3. Ensayos Destructivos ...................................................................................... 55

5.3.3.1. Ensayo de fatiga ...................................................................................... 55

5.3.3.2. Ensayo de resistencia a la tensión .......................................................... 56

5.3.3.3. Ensayo de contenido químico .................................................................. 57

5.3.3.4. Ensayo de estimación de la resistencia a la corrosión atmosférica del

acero. 58

5.4. Información de primera categoría ......................................................................... 58

5.5. Información histórica y actual del tránsito ........................................................... 59

5.5.1. Transito promedio diario (TPD) .................................................................... 59

5.5.2. Histórico, tendencias y crecimiento ............................................................... 59

5.5.3. Aforos en campo ............................................................................................. 59

5.5.4. Sistemas de pesaje .......................................................................................... 60

5.6. Monitoreo de cargas, esfuerzos y deformaciones de servicio durante operación . 60

5.7. Evaluación de la vida a fatiga ............................................................................... 61

5.8. Fatiga acompañada por corrosión ........................................................................ 66

Casos de aplicación de la metodología propuesta a escenarios probables de puentes

en arco. ................................................................................................................................. 68

6.1. Puente del Sisga (Cundinamarca). ........................................................................ 68

6.1.1. Patología estructural ...................................................................................... 69

6.1.1.1. Inspección Visual .................................................................................... 69

6.1.1.2. Ensayos no destructivos .......................................................................... 69

6.1.1.3. Ensayos destructivos ............................................................................... 69

6.1.2. Información de primera categoría ................................................................. 69

6

6.1.3. Información histórica y actual del tránsito .................................................... 70

6.1.4. Determinación de esfuerzos............................................................................ 70

6.1.5. Caracterización a fatiga del metal base ......................................................... 70

6.1.6. Vida remanente a fatiga ................................................................................. 70

6.2. Puente de Istmina (Choco)..................................................................................... 70










6.3. Puente Forsmo sobre el rio Aangermann (Forsmo Järnvägsbron en Suecia). ..... 73


6.3.1.1. Inspección Visual. ................................................................................... 73








6.4. Puente sobre el rio Vindel hacia Holmforsen en Rödåsel Suecia. ........................ 75







7




6.5. Puente Quebrada Blanca (Cundinamarca). (Ver figura 6.5 y anexo No. 6). ........ 77










Validación Metodológica, Puente Quebrada Blanca ................................................... 80

7.1. Tipología del puente y zonas de investigación preliminar para detectar fatiga y/o

corrosión ........................................................................................................................... 81

7.2. Cargas variables en el tiempo ............................................................................... 81

7.3. Patología Estructural............................................................................................. 81

7.4. Información de primera categoría. ...................................................................... 106

7.4.1. Modelo estructural ....................................................................................... 106

7.5. Información histórica y actual del tránsito ......................................................... 117

7.6. Monitoreo de cargas, esfuerzos y deformaciones de servicio durante operación .....

.............................................................................................................................. 121

7.6.1. Simulación numérica .................................................................................... 121

7.7. Determinación de la vida remanente de los diferentes elementos estructurales de

la súper-estructura del puente Quebrada Blanca. .......................................................... 126

7.7.1. Ejemplo de Cálculo de Rango de Esfuerzos ................................................. 126

7.7.2. Distribuciones de probabilidad de Rango de Esfuerzos .............................. 134

7.7.2.1. Distribución de Probabilidad Beta General para la Diagonal de entrada

............................................................................................................... 134

7.7.2.2. Distribución de Probabilidad Normal para el Cordón Inferior ........... 135

7.7.2.3. Distribución de Probabilidad Normal para la Viga Transversal ......... 136

8

7.7.2.4. Distribución de Probabilidad Triangular para el Arco ........................ 136

7.7.2.5. Distribución de Probabilidad Log Normal para el Cordón Superior .. 137

7.7.2.6. Distribución de Probabilidad Log Logística para el Pendolón ........... 138

7.7.3. Cantidad de ciclos necesaria para llevar cada elemento estructural a

mecanismos de fatiga. ................................................................................................. 139

7.7.4. Fatiga acompañada de corrosión................................................................. 140

7.8. Propiedades dinámicas del Puente de Quebrada Blanca .................................... 147

Análisis de resultados al aplicar la metodología propuesta del puente de Quebrada

Blanca. ................................................................................................................................ 155

Conclusiones ............................................................................................................... 157

Recomendaciones .................................................................................................... 160

Anexos ...................................................................................................................... 162

Referencias Bibliográficas ...................................................................................... 163

9

Tabla de Figuras

Figura 4.1 Diagrama S-nc o diagrama de Wöhler. Fuente Adaptada (Shigley, 2011). .................... 34

Figura 4.2 Modos de apertura de grieta: a) modo I, b) modo II y c) modo III. (Restrepo & others,

2013) ................................................................................................................................................ 37

Figura 4.3 Evolución de la longitud de grieta frente al número de ciclos Fuente Adaptada (Shigley,

2011). ............................................................................................................................................... 38

Figura 4.4 Ritmo de crecimiento de grieta frente a ΔK. Fuente Adaptada (Shigley, 2011). ............ 39

Figura 5.1 Tipología puente en arco. Fuente Muñoz E., Ingeniería de puentes, 2012 ..................... 42

Figura 5.2 Localización probable de fisuras producidas por fatiga en elementos de acero. ........... 45



Figura 5.5 Apoyo tipo rodillo de acero. ........................................................................................... 48

Figura 5.6 Apoyo tipo balancín de acero. ........................................................................................ 48

Figura 5.7 Apoyo fijo de acero......................................................................................................... 49

Figura 5.8 Apoyo tipo rodillo de acero. ........................................................................................... 49

Figura 5.9 Equipo para medir el espesor remanente de acero......................................................... 50

Figura 5.10 Equipo para medir el espesor remanente de acero....................................................... 50

Figura 5.11 Medidor de espesor de pintura en puente ..................................................................... 50

Figura 5.12 Ensayo tintas penetrantes puente Orito, Regional Putumayo. ...................................... 52



Figura 5.15 Ensayo tintas penetrantes. ........................................................................................... 53

Figura 5.16 b) Efecto de la densidad del material en la transmisión de radiación. ........................ 54

Figura 5.17 a) Efecto del espesor de la parte en la transmisión de radiación. ............................... 54

Figura 5.18 Equipo Quantum QBT+2 y falla en la soldadura para prueba de ultrasonido. ............ 55

Figura 5.19 Realización de la prueba de ultrasonido. Regional Huila. ........................................... 55

Figura 5.20 Probetas obtenidas del acero del puente de Cajamarca, maquinadas en los

laboratorios del Illinois Institute of Tecnology, Chicago, IL, USA................................................... 55

Figura 5.21 Maquina de fatiga tipo R.R. Moore del Illinois Institute of Tecnology, Chicago, IL,

USA. Donde se hicieron los ensayos del puente Cajamarca ............................................................ 55

Figura 5.22 .Zona de extracción de muestras del Puente Cajamarca, justo después del uso del

oxicorte. ........................................................................................................................................... 56

Figura 5.23 Zona reparada y pintada, para evitar la producción de discontinuidades ................... 56

Figura 5.24 Equipo para extracción de muestra de acero para ensayo de tensión y contenido

químico............................................................................................................................................. 57

Figura 5.25 Muestra de ensayo de contenido químico y tensión. ..................................................... 57

Figura 5.26 Valores de m y c para elementos de acero en puentes. ................................................. 62

Figura 5.27 Valores de m y c para elementos de acero en puentes. ................................................. 63

Figura 6.1 Puente del Sisga ............................................................................................................. 68

Figura 6.2 Puente de Istmina (Choco) ............................................................................................. 71

Figura 6.3 The Forsmo Bridge (Forsmo Järnvägsbron in Swedish) is a railway bridge over the

Aangermann River in Northern Sweden. Tomada de http://en.wikipedia.org .................................. 73

Figura 6.4 Figura Bridge over the Vindel river at Holmforsen in Rödåsel Sweden. ........................ 75

Figura 6.5 Puente Quebrada Blanca ............................................................................................... 78

10

Figura 7.1 Ubicación del puente Quebrada Blanca. Fuente propia ................................................ 80

Figura 7.2 Limpieza inicial de Soldadura de Filete al terminar el pendolón y el arco para END. .. 83

Figura 7.3 Aplicación de tintas penetrantes. .................................................................................... 83

Figura 7.4 Inspección y evaluación de soldadura. ........................................................................... 83

Figura 7.5 Limpieza del elemento del cordón inferior. .................................................................... 84

Figura 7.6 Verificación soldadura cara anterior. ............................................................................ 84

Figura 7.7 Falta de llenado con material de aporte en la soldadura. .............................................. 84

Figura 7.8 Verificación soldadura cara posterior............................................................................ 84

Figura 7.9 Soldadura en la cartela vertical con apariencia irregular. ............................................ 85

Figura 7.10 Soldadura con socavado excesivo. ............................................................................... 85

Figura 7.11 Garganta insuficiente 40 mm........................................................................................ 85

Figura 7.12 Discontinuidades en la soldadura de 15 mm. ............................................................... 85

Figura 7.13 Garganta insuficiente 15 mm........................................................................................ 86

Figura 7.14 Verificación de soldaduras. .......................................................................................... 86

Figura 7.15 Acumulación de agua y vegetación en las diagonales del cordón inferior por mal

estado de las juntas. ......................................................................................................................... 86

Figura 7.16 Acumulación de agua y vegetación en el cordón inferior por mal estado de las juntas.

......................................................................................................................................................... 87

Figura 7.17 Limpieza para posterior verificación de soldaduras .................................................... 87

Figura 7.18 Soldaduras de filete presentan buena apariencia y no se evidencia corrosión. ............ 87

Figura 7.19 Vigas transversales y longitudinales presentan corrosión. ........................................... 88

Figura 7.20 Corrosión producida por entrada permanente de aguas pluviales. .............................. 88

Figura 7.21 Corrosión en vigas transversales. ................................................................................ 88

Figura 7.22 Corrosión en vigas longitudinales. ............................................................................... 88

Figura 7.23 Diagonales del cordón inferior cuyas soldaduras presentaron garganta insuficiente. . 89

Figura 7.24 Diagonales del cordón cuyas soldaduras presentaron socavado excesivo y convexidad

excesiva. ........................................................................................................................................... 89

Figura 7.25 Soldaduras de filete que presentan socavado excesivo y convexidad excesiva. ........... 89

Figura 7.26 Soldaduras de filete vertical que muestran convexidad excesiva. ................................. 89

Figura 7.27 Verificación de soldaduras en el elemento de arco. ..................................................... 90

Figura 7.28 Verificación del refuerzo superior en el elemento de arco. .......................................... 90

Figura 7.29 Soldadura a tope en el refuerzo del arco presenta sanidad y buena apariencia. ......... 90

Figura 7.30 Verificación de soldaduras a tope en el elemento de arco. ........................................... 90

Figura 7.31 Refuerzo vertical del arco............................................................................................. 91

Figura 7.32 Soldadura de filete horizontal que presenta pierna y garganta insuficiente, porosidad y

socavado excesivo. ........................................................................................................................... 91

Figura 7.33 Uniones a tope vertical presentan garganta insuficiente y socavado excesivo. ............ 91

Figura 7.34 la soldadura de filete en las uniones verticales del refuerzo vertical del elemento de

arco, muestran garganta insuficiente, pierna insuficiente, socavado excesivo................................. 92

Figura 7.35 Limpieza inicial y secado de la soldadura. ................................................................... 92

Figura 7.36 Aplicación del revelador en la superficie de interés, no se presentan discontinuidades

mayores. ........................................................................................................................................... 92

Figura 7.37 Aplicación del Líquido Penetrante en la superficie de interés. .................................... 92

Figura 7.38 Limpieza del depósito de soldadura que presenta picado por corrosión para END. .... 93

11

Figura 7.39 END de tintas en donde no se presentan discontinuidades mayores. ........................... 93

Figura 7.40 Soldaduras de las bases de los rigidizadores se encuentran en buen estado. ............... 94

Figura 7.41 Base de los rigidizadores. ............................................................................................. 94

Figura 7.42 Apoyo tipo balancín completamente deformado. .......................................................... 94

Figura 7.43 Deformación de la aleta inferior del elemento de arco remachado. ............................. 95

Figura 7.44 Acumulación de partículas sólidas, vegetación y generación de oxidación. (Arco

nororiental). ..................................................................................................................................... 95

Figura 7.45 Acumulación de partículas sólidas, vegetación y generación de oxidación. (Arco

noroccidental). ................................................................................................................................. 95

Figura 7.46 Cara superior del elemento de arco con lámina de acero con soldadura de filete

discontinua ....................................................................................................................................... 96

Figura 7.47 Cara inferior del elemento de arco con lámina de acero con soldadura de filete

discontinua. ...................................................................................................................................... 96

Figura 7.48 Viga transversal en “I” del arco presenta una deformación por colisión. ................... 96

Figura 7.49 Las barras de acero de alta en ambos extremos presentan excentricidades entre 3 y 5

cm aproximadamente, y un grado de leve de corrosión. .................................................................. 97

Figura 7.50 Las barras de acero de alta resistencia presentan asimetría y un grado de leve de

corrosión.. ........................................................................................................................................ 97

Figura 7.51 Pandeo en los pendolones del centro de la luz. ............................................................ 98

Figura 7.52 Pandeo en los pendolones del centro de la luz con falta de alineación de los cables. .. 98

Figura 7.53 Soldaduras de filete en las uniones verticales del refuerzo vertical presentan, pierna

insuficiente, socavado excesivo y oxidación fuerte. .......................................................................... 99

Figura 7.54 Soldaduras de filete en la base y en las uniones verticales, muestran garganta

insuficiente, socavado excesivo y oxidación fuerte. .......................................................................... 99

Figura 7.55 Funcionamiento inadecuado de las juntas con fractura de las mismas, las cuales

permiten la filtración de agua y por ende la corrosión. ................................................................. 100

Figura 7.56 Funcionamiento inadecuado de las juntas con fractura de las mismas, descomposición

y fractura del concreto aledaño a las juntas las cuales permiten la filtración de agua y por ende la

corrosión. ....................................................................................................................................... 100

Figura 7.57 Corrosión generada por la filtración de agua debido a la fractura de las juntas. .... 101

Figura 7.58 Corrosión generada por la filtración de agua debido a la fractura de las juntas

próximas al apoyo. ......................................................................................................................... 101

Figura 7.59 Corrosión en vigas tanto longitudinales como transversales, generada por la filtración

de agua debido a la fractura de las juntas próximas al apoyo. ..................................................... 102

Figura 7.60 Corrosión excesiva y pérdida de sección, generada por la filtración de agua debido a

la fractura de las juntas próximas al apoyo. .................................................................................. 102

Figura 7.61 Corrosión excesiva con pérdida de sección y soldaduras con garganta insuficiente,

pierna insuficiente, socavado excesivo y oxidación fuerte. ............................................................ 103

Figura 7.62 Corrosión en el cordón inferior y en las diagonales, generada por la filtración de agua

debido a la fractura de juntas. ...................................................................................................... 103

Figura 7.63 Corrosión y agrietamiento del concreto en proximidades a la placa. ........................ 104

Figura 7.64 Corrosión en una de las diagonales que soporta los pendolones. .............................. 104

Figura 7.65 Agua estancada en la viga principal media. Afectación por corrosión. .................... 104

Figura 7.66 Tres Camiones C3-S2 represados en el puente........................................................... 105

12

Figura 7.67 Sobrecarga en el puente Quebrada Blanca con camiones tipo C3-S2 y otros en ambos

sentidos. ......................................................................................................................................... 105

Figura 7.68 Modelo 3D en AutoCAD del Puente Quebrada Blanca .............................................. 106

Figura 7.69 Modelo 3D en AutoCAD Vista en Planta.................................................................... 107

Figura 7.70 Modelo 3D en AutoCAD Vista de Perfil ..................................................................... 107

Figura 7.71 Modelo 3D en AutoCAD Vista Fronta ........................................................................ 107

Figura 7.72 Definición de las propiedades del Acero en SAP 2000 ............................................... 108

Figura 7.73 Definición de las propiedades del Concreto en SAP 2000.......................................... 109

Figura 7.74 Modelo 3D en SAP 2000 ............................................................................................ 110

Figura 7.75 Modelo de elementos finitos del Puente de Quebrada Blanca en Sap 2000 ............... 110

Figura 7.76 Diseño del cordón superior en SAP 2000 ................................................................... 111

Figura 7.77 Diseño del cordón inferior en SAP 2000 .................................................................... 112

Figura 7.78 Diseño de las diagonales en SAP 2000....................................................................... 113

Figura 7.79 Diseño de la viga transversal en SAP 2000 ................................................................ 114

Figura 7.80 Diseño del Arco en SAP 2000 ..................................................................................... 115

Figura 7.81 Diseño de los pendolones en SAP 2000 ...................................................................... 116

Figura 7.82 Diseño de la viga transversal al Arco en SAP 2000 ................................................... 117

Figura 7.83 Aforos. Figura 7.84 Aforos en campo. ............................................................. 118

Figura 7.85 Comportamiento histórico del ADTT ......................................................................... 120

Figura 7.86 Parámetro b de distribución del tránsito pesado sobre el puente. Adaptado Fuente

AASHTO 2011. ............................................................................................................................... 121

Figura 7.87 Camión tipo C2, con las cargas por eje en toneladas. ............................................... 122

Figura 7.88 Camión tipo C3-S2, con las cargas por eje en toneladas. .......................................... 122

Figura 7.89 Camión tipo C3-S3, con las cargas por eje en toneladas. .......................................... 122

Figura 7.90 Líneas de carga definidas en SAP 2000 ..................................................................... 123

Figura 7.91 Definición en SAP 2000 de las cargas del vehículo C3-S2. ........................................ 124

Figura 7.92 Definición en SAP 2000 de las cargas del vehículo C3-S3. ........................................ 124

Figura 7.93 Simulación numérica del paso de camiones en el puente según el ADTT en un Δt. .... 125

Figura 7.94 Simulación numérica del paso de camiones por el puente según el ADTT en un Δt

diferente. ........................................................................................................................................ 125

Figura 7.95 Ejemplo de cálculo del rango de esfuerzos en un Δt = 110 s, de una de las diagonales

....................................................................................................................................................... 126

Figura 7.96 Diagonal, esfuerzo vs tiempo en Δt= 100 s ................................................................ 127

Figura 7.97 Diagonal, esfuerzo vs tiempo ...................................................................................... 128

Figura 7.98 Cordón Inferior, esfuerzo vs tiempo ........................................................................... 129

Figura 7.99 Viga transversal, esfuerzo vs tiempo .......................................................................... 130

Figura 7.100 Arco, esfuerzo vs tiempo. .......................................................................................... 131

Figura 7.101 Cordón superior, esfuerzo vs tiempo. ....................................................................... 132

Figura 7.102 Pendolón, esfuerzo vs tiempo ................................................................................... 133

Figura 7.103 Distribución Beta General - Diagonal de entrada.................................................... 135

Figura 7.104 Distribución Normal – Cordón Inferior ................................................................... 135

Figura 7.105 Distribución Normal – Viga Transversal.................................................................. 136

Figura 7.106 Distribución Triangular – Arco ................................................................................ 137

Figura 7.107 Distribución Log normal – Cordón Superior............................................................ 137

13

Figura 7.108 Distribución Log logística - Pendolón ...................................................................... 138

Figura 7.109 Vida Remanente vs Corrosión Diagonal de entrada................................................. 141

Figura 7.110 Vida Remanente vs Corrosión Cordón inferior. ....................................................... 142

Figura 7.111 Vida Remanente vs Corrosión Viga transversal. ...................................................... 143

Figura 7.112 Vida Remanente vs Corrosión en el Arco. ................................................................ 144

Figura 7.113 Vida Remanente vs Corrosión Cordón Superior....................................................... 145

Figura 7.114 Vida Remanente vs Corrosión Pendolón. ................................................................. 146

Figura 7.115 Propiedades dinámicas del cordón superior ............................................................ 148

Figura 7.116 Propiedades dinámicas del cordón inferior .............................................................. 149

Figura 7.117 Propiedades dinámicas de las diagonales ................................................................ 150

Figura 7.118 Propiedades dinámicas de las vigas transversales ................................................... 151

Figura 7.119 Propiedades dinámicas de los arcos ........................................................................ 152

Figura 7.120 Propiedades dinámicas de los pendolones ............................................................... 153

Figura 7.121 Propiedades dinámicas de la combinación de los elementos estructurales .............. 154

14

INTRODUCCION

La intención de este trabajo de investigación es la de estudiar e introducir una metodología

de evaluación de fatiga de puentes en arco hechos de acero que hayan sido rehabilitados y/o

presenten problemas de corrosión, ya que en Colombia no existe una metodología clara de

este tipo. Dichas estructuras están sometidas a cargas cíclicas las cuales en la mayoría de los

casos son las causantes de la propagación de fallas en el acero algunas de difícil detección,

como es el caso de la fatiga. Debido a lo anterior se hace necesario desarrollar una

metodología de evaluación de fatiga de una forma ajustada a la normativa, la investigación

vigente y de manera aplicable no solo para Colombia si no que sea referente de comparación

a nivel mundial.

En esta metodología se presentan los diferentes procedimientos de inspección visual usados

en la práctica con el fin de determinar la naturaleza y la magnitud de los problemas

observados, identificando los miembros afectados por problemas como corrosión, fatiga,

deformación por lo que se hace indispensable realizar un recorrido de la estructura para así

poder tener un registro lo más preciso posible de los diferentes daños que allí se pueden

presentar. También se considera el uso de ensayos no destructivos los cuales brindan ayuda

para identificar las zonas en donde sería mucho más conveniente realizar otro tipo de

investigación como es el caso de los ensayos destructivos. La metodología además indica

que tipos de ensayos son más apropiados para poder determinar detalles adicionales como la

influencia de los puntos de soldadura en uniones remachadas que pueden inducir a falla por

fatiga como también ver de esta manera en qué estado se encuentran cada uno de los

elementos y conexiones que conforman la superestructura de un puente en acero. También

se tiene en cuenta los efectos de la corrosión en cada uno de los elementos de la estructura

del puente, fenómeno sumamente importante ya que afecta la estructura de una manera

significativa y que es difícil de modelar. Además se incluye la gran variación de los efectos

de las cargas de los camiones en las diferentes estructuras de los puentes mediante simulación

o monitoreo de cargas así como la tasa de crecimiento del tránsito y el rango de esfuerzos

para poder de esta manera predecir de una manera aproximada, la vida remanente a fatiga de

cada uno de los elementos estructurales de un puente de acero, herramienta de gran uso para

priorizar reparaciones y/o mantenimiento.

No obstante también en este trabajo de investigación se validó la propuesta metodológica

por medio de la aplicación de ésta a un puente de acero en arco de la red vial nacional en

Colombia donde se realizó una inspección visual y se desarrollaron algunos ensayos no

destructivos. Además se hizo un levantamiento topográfico, geométrico y estructural de

dicho puente, para de esta manera obtener un modelo de elementos finitos y mediante los

resultados del estudio de tránsito realizado en el puente por medio del (TPD) tránsito

promedio diario y la realización de un análisis probabilístico, poder generar con esto y con

la ayuda del modelo de elementos finitos una simulación numérica de acuerdo con las cargas

reales de las diferentes geometrías de camiones. Se determinó de esta manera de acuerdo con

la metodología planteada en este trabajo de investigación la vida remanente a fatiga de cada

uno de los elementos estructurales estudiados incluyendo efectos de corrosión de manera

general y el estudio paralelo de las propiedades dinámicas del mismo. Los resultados

muestran la sensibilidad de las variables estudiadas y las capacidades de la metodología para

tener en cuenta el efecto de la corrosión aproximada en la vida de fatiga.

15

ANTECEDENTES Y JUSTIFICACION

La fatiga de las estructuras se evidenció como producto de la revolución industrial en el siglo

XIX. La fatiga fue reconocida como un fenómeno de fractura progresivo y acumulativo que

ocurre después de un gran número de ciclos de carga. Las fallas por fatiga fueron asociadas

frecuentemente con máquinas de vapor, locomotoras y bombas. Los primeros estudios

sistemáticos de fatiga fueron desarrollados especialmente por el ingeniero de ferrocarriles el

alemán August Wöhler, (Schijve, 2003).

Los primeros trabajos relacionados con fatiga corresponden a los del ingeniero de minas

alemán W. Albert quien en 1829 realizó ensayos de este tipo y en 1839 Poncelet es quien

introduce el término fatiga para designar el fallo de los materiales debidos a cargas

repetitivas. Debido a un accidente de ferrocarril ocurrido en Versalles (Francia) en el que

murieron murieron entre 1500 y 1800 personas, se inicia el primer estudio de fatiga en

metales en 1842.(Soleto Ramos, 2011). Un año después el ingeniero Britanico W.J.M.

Rankie es quien reconoce las características distintivas de la fractura por fatiga. En 1874, el

ingeniero alemán H. Gerber fue quien comenzó a desarrollar métodos para el diseño a fatiga;

Goodman y Soderberg aborda problemas similares incluyendo cambios en la naturaleza de

tensión o compresión de la carga (Bannantine, Comer, & Handrock, s. f.). En 1886

Bauschinger confirma muchos de los resultados anteriores de Wöhler. En 1903 Ewing y

Humfrey observan la formación de microgrietas en materiales. En 1913 el análisis de

tensiones de Inglis y el concepto energético de Griffith en 1921 aportaron el tratamiento

cuantitativo de la fractura frágil. Las investigaciones realizadas por Palmgren en 1924 y

Miner en 1945 permitieron el desarrollo de los modelos de daño acumulado para poder

predecir el fallo por fatiga (Miner, 1945) . En la década de los 60 Coffin y Manson establecen

la denominada relación Coffin-Manson que es el método de caracterización de fatiga basado

en las deformaciones utilizado más ampliamente. En 1957 con los estudios de Irwin y con

el desarrollo de la mecánica de la fractura se intentó caracterizar el crecimiento de las grietas

de fatiga en términos del factor de intensidad de tensiones. Luego con Paris y Erdogan se

desarrolla el mayor aporte a la mecánica de la fractura, en la que el factor de intensidad de

tensiones es conveniente para caracterizar la propagación de la grieta (González Herrera,

2004).

Como antecedente de fallo de puentes se pueden citar los ocurridos en Inglaterra, Estados

Unidos y Australia.

La falla en 1847 del puente de Dee diseñado por Robert Stephenson en Cheshire, Inglaterra.

(Petroski, 1994) el Ingeniero Stephenson empleó una técnica de vigas de celosía que había

sido adoptada por otros puentes de ferrocarril. Antes que el puente de Dee, el principio no

había sido aplicado a vigas de más de 88 ft cada una. El puente de Dee fue diseñado con

vanos de 98 ft cada uno. La causa más probable de la falla del puente fue una grieta de fatiga

o inestabilidad de pandeo por torsión a la que las vigas de puente estaban predispuestas por

las cargas de compresión introducidas por las diagonales excéntricas sobre la viga.

El 29 de diciembre de 1876, el puente de ferrocarril de hierro construido entre 1863-1865 en

Ashtabula, Ohio, se derrumbó después de 11 años de servicio, muy probablemente debido a

16

la fatiga y rotura frágil a una falla en un elemento de hierro fundido. (Gasparini & Fields,

1993).

En 1963, el puente King’s en Melbourne, construido sobre el rio Yarra (Australia) en 1961 y

12 meses después de ofrecer un servicio continuo, colapso. Era un puente que estaba

construido por cuatro vigas de acero de sección I y una platina de refuerzo en la aleta inferior

de cada viga. La platina no fue construida en toda la longitud de las vigas y en el punto de

terminación se produjo una concentración de esfuerzos y la posterior falla por fatiga.

(Madison & Irwin, 1971).

El deterioro de los puentes metálicos en el caso Colombiano, está relacionado con fatiga y

ha causado ya en el pasado colapsos en la estabilidad de las estructuras provocando

inseguridad vial y comprometiendo de manera muy seria el transporte de pasajeros y

mercancías. (Pescadero-1996, Purnio - 1996, Recio-1998 entre otros) / (Muñoz. E, 2004).

El fenómeno de fatiga también puede afectar las conexiones de los elementos de un puente.

A continuación se presentan referentes de algunos casos de estudio sobre solamente fatiga en

elementos y conexiones remachadas (\AAkesson, 1994), cuya investigación se basó en el

estudio de los siguientes aspectos:

El estudio de la vida de fatiga de puentes de ferrocarril remachados

Comportamiento estático de las conexiones remachadas

Ensayos de fatiga de uniones remachadas

Pruebas a escala de fatiga de elementos y uniones de puentes remachados

Experimentos para determinar el efecto en el impacto, la acción vibratoria, y

prolongada de los cambios de carga en las vigas de hierro forjado

Extensión de la vida de fatiga de las conexiones remachadas

La fatiga de las conexiones remachadas

Evaluación de la fatiga y la fractura para la clasificación de puentes remachados

Resistencia a la fatiga de las placas de acero corroídas

Fatiga y la fractura de los miembros de puentes remachados

En 1864 Fairbairn presentó los resultados de un ensayo en una viga de hierro forjado

remachado construida en forma de I. El propósito de esta investigación fue estudiar los

efectos a largo plazo sobre la fuerza de "rompimiento'' durante la carga cíclica. (Fairbairn,

1864). El fenómeno de la fatiga era en ese momento no entendido completamente, pero en

general la visión era que la resistencia estática de un material se reduce de alguna manera

cuando se someten a cargas repetidas. Esto se explica por "la pérdida de poderes cohesivos'',

es decir, se supone que el material será cada vez más frágil durante la carga cíclica.

De esta investigación el autor ha supuesto, que el hierro forjado de la mayor calidad supone

una estructura cristalina cuando se somete a largas y continuas vibraciones y que sus

capacidades cohesivas son deterioradas, y se vuelve quebradizo y susceptible de romper con

una fuerza considerablemente menor que a los que había sido sometido previamente. Para

estudiar este efecto, y al mismo tiempo determinar un nivel aceptable de carga cíclica con

respecto al riesgo de fatiga, el investigador probó una viga en I remachada de 6.1m de largo

17

y 410 mm de profundidad. La viga tenía una placa de 3mm de espesor y cada pestaña se

componía de dos perfiles en forma de L (L 50 × 50 × 5mm3) con una pestaña adicional (100

× 6mm2) fijado a los perfiles en L. En el experimento se dejó que la viga simplemente

apoyada fuera sometida a una carga de repetición en su tramo medio y luego se elevó

gradualmente el nivel de esta carga cíclica con el fin de encontrar la "resistencia a la ruptura

cíclica''. El autor encontró que cuando él aumento la carga a dos quintas partes de la última

resistencia a la rotura estática, el número de ciclos de carga hasta la falla completa de la zona

de tensión era lo suficientemente baja como para determinar que este nivel de carga cíclica

era inaceptable con referencia a proporcionar seguridad contra la fatiga. También señaló que

se trataba de la placa de acero y los perfiles que se rompieron, y no de los remaches. Con el

fin de continuar la prueba, que tenía la viga reparada mediante la sustitución de la brida de la

tensión rota y añadiendo una placa de refuerzo adicional en la parte superior, la placa de la

banda se había agrietado. En esta segunda serie de pruebas se inició en el mismo nivel de

carga que la prueba anterior, pero luego tuvo que elevar el nivel de carga de un tercio de la

última resistencia a la rotura estática con el fin de obtener un fallo por fatiga.

A partir de 1970, el número de ensayos de fatiga a escala real de los miembros de un puente

remachado aumentó, aunque las cifras seguían siendo pequeñas. Uno de los primeros

investigadores en este período, y el que lleva a cabo las pruebas más extensas, era

Reemsnyder, quien en 1975 (Reemsnyder, 1975) llevó a cabo una serie de pruebas de fatiga

de los 18 miembros de celosía remachados (16 muestras a gran escala especialmente

fabricadas y dos miembros del puente real tomadas de servicio de un puente construido en

1917). El objetivo fue estudiar el efecto de la sustitución de los remaches en las regiones

críticas con tornillos de alta resistencia después de agrietamiento por fatiga. Este autor

también estudió el efecto de:

Diferentes niveles de carga de amplitud constante

Espectro de carga

Fuerza de cierre de perno

El trabajo llevado a cabo por este autor es muy amplio y es a menudo citado por otros

investigadores en el campo de puentes de ferrocarril, a pesar de que la investigación se

centraba sobre una construcción "extraña'', como un puente de hierro.

“Hay muchas similitudes con un puente ferroviario, aunque la carga de fatiga es tan fácil, o

tal vez más fácil, de definir”, como Wyly y Scott señalan acertadamente en un artículo de

1956 (Wyly & Scott, 1955), que estas estructuras constituyen, en efecto, gigantescas

máquinas de ensayo de fatiga. Los ejemplares de tamaño completo se prueban repetidamente

bajo condiciones reales. La carga, que es conocida en magnitud, es casi constante hora tras

hora, año tras año. El número de ciclos de carga es también conocido a un grado razonable

de precisión.

Los miembros de celosía remachadas desde el puente de hierro son muy similares en forma

a los miembros de puente de braguero de tren, y como el mismo Reemsnyder señaló , pueden

dar una idea de las estructuras remachadas en general dado que:

18

Hay un gran número de viejas estructuras remachadas fijas en servicio que trabajan

en rangos de elasticidad en muchos casos.

Estas estructuras también están sometidas a cargas más grandes de lo que se pretendía originalmente.

En el momento en que estas estructuras fueron diseñadas, el efecto de la fatiga debido a una carga cíclica no se tuvo en cuenta, y si dicho efecto se tuvo en cuenta, se basaba

en una comprensión limitada de conocimiento del fenómeno.

En diez de los elementos de refuerzo a prueba por Reemsnyder, se reemplazaron los remaches

en esos lugares críticos donde se pudo observar una grieta por fatiga. Luego, el ensayo de

fatiga de estos miembros se continuó hasta el fallo completo de la sección.

Los resultados de la investigación realizada por Reemsnyder pueden resumirse en dos

conclusiones:

Cuando se hizo la sustitución de los remaches en regiones críticas por pernos de alta resistencia durante la prueba, hubo un aumento en la vida de fatiga de 2-6 veces

mayor que la de aquellos miembros que no se habían reforzado (es decir, miembros

de los que no se reemplazan los remaches).

Un aumento en la fuerza de pre tensión de los pernos de alta resistencia también dio

lugar a un aumento correspondiente de la vida de fatiga de los elementos de refuerzo

que se probaron.

Lo anterior claramente indica, que los efectos de compresión radial de los pernos pre-

tensados mejoran la vida en fatiga del elemento.

En 1984 Rabemanantsoa y Hirt (Rabemanantsoa & Hirt, 1984) probaron cuatro vigas de

puente ferroviario laminadas (HEB 1000) con placas de cubierta remachadas en el ala

traccionada inferior. Las vigas estaban destinadas para uso temporal y nunca habían estado

en servicio, y estaban por consiguiente, en muy buen estado. Fueron probadas por cuatro

puntos de flexión (por más de cuatro puntos en ensayos de flexión) a niveles relativamente

bajos de esfuerzo variable (σr = 78-90 MPa) y por lo tanto lograron vigas de fatiga hasta de

7x106 ciclos de tensión. Las grietas de fatiga emanaban exclusivamente a partir de los

agujeros de remache en el reborde inferior.

Dos de las vigas fueron reforzadas durante la prueba, y se marcaron con un símbolo de flecha.

El valor del ciclo de carga marcado se refería al valor que se alcanzó justo antes se reforzaron

las vigas. Las dos vigas reforzadas tienen una flecha sólo para demostrar que su resistencia a

la fatiga, sin que se tomen medidas, es más larga. Cuando se detectó la primera grieta de

fatiga en el ala traccionada inferior una placa de cobertura extra fue agregada a este reborde,

cuando posteriormente se propagó hacia el alma, la grieta fue detenida por la perforación de

un orificio de tope en la punta de la grieta. Estas medidas se tomaron con el fin de simular

un procedimiento de refuerzo real en el campo. (Dexter & Ocel, 2013).

19

La duración de la vida de fatiga de estas dos vigas era más de tres veces la de la vida de fatiga

de las vigas no reforzadas. El resultado de estos ensayos de fatiga mostró que es posible

incrementar considerablemente la vida a fatiga de servicio de un puente de vigas agrietadas

mediante la inclusión de refuerzo de una manera apropiada.

Out et al. realizaron un estudio en el año 1984 (Out, Fisher, & Yen, 1984) en el cual la

resistencia a fatiga de cuatro largueros clavados fuertemente corroídos tomados de un puente

que fue construido en 1903 y demolido en 1982. Debido al hecho de que los rangos de tensión

elegidos eran bajos y muy cerca del límite de fatiga de los detalles remachados (σr = 56-75

MPa), la resistencia a la fatiga reportada fue bastante alta (hasta 40 · 106 ciclos). Los largueros

se ensayaron usando un ensayo de flexión en cuatro puntos.

Debido a los orificios de tope de perforación y dado el hecho de que las platinas mostraron

redundancia sustancial (es decir, la capacidad de una viga remachada de sección I, para llevar

la carga por "acción compuesta'', incluso después del fallo completo de un componente de la

sección), fue posible para continuar el ensayo de carga cíclico incluso después primeros

estados de fisuración.

Aunque las áreas corroídas no habían reducido severamente el espesor de la placa antes de

la prueba, no había ningún inicio de la grieta, aparte de la formación de fisuras en los orificios

de los remaches. Los resultados de la prueba de la investigación realizada por Fisher y Yen

también mostraron que:

Una fuerte unión por fricción entre los componentes de la sección era beneficiosa para la vida de fatiga. (posiblemente debido a la inclusión de fuerzas compresivas)

El miembro remachado de la sección en I exhibió redundancia sustancial después de

que una grieta había roto un componente (en este caso un ángulo).

El crecimiento de la grieta no exhibió propagación inestable a pesar de que la temperatura se redujo a -40 ◦ C a intervalos durante el ensayo de fatiga.

Baker y Kulak realizaron una serie de pruebas en 1985 (Baker & Kulak, 1985) para estudiar

el efecto sobre la vida de fatiga de la sustitución de remaches con pernos de alta resistencia.

Ellos simularon una conexión remachada y la sola utilización de agujeros sin cubrir en el

centro de la luz de las vigas de ala ancha sometidos a flexión de cuatro puntos. La idea era

investigar el límite inferior de la resistencia a la fatiga de la unión remachada (es decir, para

una conexión remachada con remaches completamente sueltos o apretados a mano, como en

el caso de remaches de acero A-307). Señalaron que este procedimiento presentaba tanto

algunos beneficiosos como algunos efectos perjudiciales en las conexiones remachadas que

estaban expuestas en el servicio: la preocupación era la fuerza de sujeción, y la corrosión

bajo la cabeza del remache. Los resultados de estas pruebas se compararon con los de una

segunda serie de pruebas similares, pero ahora con pernos de alta resistencia en los agujeros.

Esto dio lugar a un máximo de 16 veces más resistencia a la fatiga en comparación con las

20

con orificios vacíos en las pestañas. Una vez más, lo anterior, mostro las bondades del pre

tensionamiento de pernos en la vida de fatiga.

Además de estas pruebas, Baker y Kulak también realizaron algunas pruebas a escala real de

los miembros de celosía remachados, cargados axialmente y tomados de un puente de

carretera construido en 1914. La resistencia a la fatiga de estas conexiones remachadas del

puente actual resultó ser mayor que el obtenido para las vigas con agujeros vacíos y también

más alta que la resistencia a la fatiga que se especifica en el código de diseño (AASHTO: la

categoría D). (Manual for Bridge Evaluation, 2nd Edition. 2011, AASHTO)

En 1987 Fisher et al., publicó los resultados de una serie de pruebas de fatiga en 14 vigas

remachadas tomadas de tres puentes diferentes. Las vigas eran todas del mismo tipo de

secciones I remachadas. Con el fin de reducir la rigidez a la flexión, dos de las secciones de

la viga se redujeron en altura y una nueva pestaña superior fue soldada a la placa de alma

restante. Esto se hizo con el fin de disminuir la carga de fatiga necesaria para alcanzar el

rango de tensiones deseado. Sólo se obtuvieron 13 resultados de fatiga ya que una de las

vigas falló antes de la prueba de fatiga (durante una prueba de carga estática).

Los principales resultados de esta investigación se resumen de la siguiente manera:

El diseño de las curvas de fatiga para los detalles remachados dados en los códigos (AASHTO: categoría D) podría ser utilizado para la estimación aproximada de la

resistencia a la fatiga, a pesar de que está bien en el lado de la seguridad. (Es decir, el

código es conservador en su tratamiento de vida remanente en fatiga).

La resistencia a la fatiga de las vigas ensayadas era más cercano al de la categoría C

referenciado en AASHTO.

Para los tres rangos de esfuerzo, elegidos para la prueba, tres tensiones medias se utilizaron variando aleatoriamente el esfuerzo mínimo entre 14, 55 y 96 MPa.

A pesar de la gran diferencia de tensión media, hay una correlación entre la tensión

media y la vida de fatiga la cual se pudo determinar.

La prueba de fatiga se llevó a cabo de vez en cuando bajo temperatura reducida (intervalos periódicos a una temperatura por debajo de -40 ◦ C durante el ensayo de

fatiga). Los resultados mostraron que grandes grietas de fatiga se pueden sostener sin

rotura frágil de un componente, a pesar de la baja temperatura.

Las vigas remachadas en I incorporadas mostraron una redundancia estructural

sustancial inherente. Una sección fisurada, en donde hasta dos componentes de la

sección se habían agrietado, tenía la capacidad de redistribuir la carga a otras partes

y componentes dentro de la viga. Lo anterior muestra las bondades de la redundancia

estructural de la vida a fatiga.

Los resultados se compararon con los de las investigaciones realizadas por Rabemanantsoa

21

y Hirt en 1984 (Rabemanantsoa & Hirt, 1984) Se encontró que los elementos de hierro

forjado tienen resistencias a la fatiga que son similares a la de las vigas de acero remachadas.

Brühwiler et al, también encontraron que los miembros corroídos no muestran resistencia a

la fatiga comparado con la vida a fatiga de las vigas no corroídas. Ellos sugieren que esto

puede ser debido, en parte, a la ausencia de corrosión en agujeros de los remaches. Los

resultados de las pruebas también demostraron que un rango de tensión de corte de 100 MPa

puede ser tomado como un límite constante de fatiga aproximada para remaches en

cizalladura. (Brühwiler, Smith, & Hirt, 1990). Lo anterior ilustra el efecto detrimental de la

corrosión en la vida de fatiga de elementos de acero.

Otros investigadores en 1986 (Ortiz & Kiremidjian, 1986), desarrollan desarrollaron un

procedimiento previo del crecimiento de la grieta por fatiga (FcgR). Las estadísticas han

tratado de determinar la mejor prueba y técnicas de análisis de datos con la que se deben

procesar los datos de crecimiento de la fisura de fatiga. Las mejores técnicas se definen como

las que producen el mínimo de dispersión en los datos. Estudios recientes sugieren que la

dispersión en los datos FcgR tiene un significado físico, el cual debe ser entendido con el fin

de predecir el crecimiento de pequeñas grietas. Este artículo estudio un modelo estocástico

que trata la resistencia del material al crecimiento de grietas por fatiga como un proceso

estocástico espacial de la evolución a lo largo del camino de la grieta. Los parámetros del

modelo se encuentran en un análisis de series de tiempo que representa la correlación

estadística que se ha observado entre las mediciones FcgR adyacentes. Los datos que se

analizaron son un conjunto de réplicas de pruebas de crecimiento de fisura de la muestra en

incrementos iguales de crecimiento de la grieta.

En 1987 los investigadores (Lindgren & Rychlik, 1987), presentan una definición nueva y

sencilla del método de la lluvia de flujo de ciclos para el análisis de un proceso de carga de

forma aleatoria. Se combina con la regla de los daños Palmgren-Miner (Miner, 1945), y un

modelo estocástico para la resistencia a la fatiga y la variabilidad del límite de fatiga. Los

algoritmos que se utilizaron hacen posible calcular la distribución de RFC de amplitud,

sobre la base de una aproximación de la cadena de Markov de máximos y mínimos locales.

El método derivado se utilizó para ser aplicado a las estructuras sometidas a cargasaleatorias

de fatiga, tales como el ruido acústico, las ondas de vibración aleatoria o en el mar, etc.

Según Sprowls, el método usual para pruebas de fatiga por corrosión es realizar un ensayo

del estado de fatiga en la presencia del medio de interés. (Sprowls, 1987). Sólo unos pocos

procedimientos estandarizados para ensayos de fatiga están disponibles debido a que muchas

de las máquinas de ensayo están hechas específicas para las probetas. Se efectúan una serie

de discusiones de las pruebas de fatiga en cuanto el número de ciclos hasta el fallo, los

parámetros de carga, presentación de datos sobre la fatiga, las muestras de prueba, el efecto

del tamaño de la muestra de prueba, el efecto de la concentración de esfuerzos, y los efectos

sobre la superficie. Sobre la propagación de la grieta, la discusión aborda la mecánica de la

fractura, las variables que influyen en la fatiga por corrosión, la caracterización de grietas de

22

crecimiento, y crecimiento de la grieta en ambientes específicos. Los materiales considerados

en el debate son de carbono, aleaciones, y aceros estructurales.

En 1989 Abe ensayó nueve largueros remachados tomados de un viejo puente ferroviario

(Abe, 1989). Así como la realización de algunas pruebas de fatiga estandarizadas en

diferentes detalles elaborados a partir de muestras tomadas de acero del puente, quería

estudiar la vida de fatiga de las piezas corroídas y los miembros que habían estado en servicio

por un largo período de tiempo. Los largueros estaban en condiciones relativamente buenas,

excepto en la región del centro de la luz, donde el ala traccionada estaba muy corroída en el

punto de conexión remachada. A pesar de este muy grave defecto en la región central del

vano, uno de los principales hallazgos de Abe, fue que la resistencia a la fatiga se rige por el

agujero y no por el remache; la corrosión afecta al material base del elemento, más no al

remache en sí.

En 1990 Brühwiler, Smith y Hirt (Brühwiler et al., 1990) investigaron el comportamiento a

fatiga de seis vigas remachadas y tres vigas de celosía de hierro forjado retirado de dos

puentes de carreteras construidas en 1894 y 1891 respectivamente. Las vigas fueron probadas

por cuatro puntos de flexión con carga de amplitud constante cíclica (σr = 50-120 MPa ) con

un máximo de 20 · 106 ciclos de tensión. Se establece una semejanza en el detalle categoría

71 Convenio Europeo para la Construcción Metálica (ECCS) con la categoría D de la

Asociación Americana de Funcionarios Estatales de tráfico de la carretera (AASHTO), el

cual proporciona una estimación razonable de la resistencia a la fatiga de acero ligeramente

corroído y elementos de hierro forjado.

Mang y Bucak publicaron un artículo en 1990 (Mang & Bucak, 1990), que presentó los

resultados de una serie de ensayos de fatiga en una sección completa y algunas otras vigas

tomadas de dos puentes de ferrocarril remachadas (el puente Blumberg y el Puente

Stahringen) construido a finales de 1800 . Para el Puente de Blumberg fue posible obtener

varios resultados de fatiga mediante el desmantelamiento de la sección de la superestructura

del puente en sus miembros constituyentes después de la primera prueba de fatiga

completada, y, posteriormente, probar los miembros que aún estaban intactos. El resultado

de las pruebas mostró vidas de fatiga iguales o por encima de la curva de resistencia a la

fatiga para los detalles remachados especificados en el eurocódigo.

El puente sobre el río Ohio entre Point Pleasant, West Virginia, y Gallipolis, Ohio, más

conocido como el puente de plata, diseñado y construido durante 1927-1928, fue el primer

puente colgante tipo eyebar en los Estados Unidos, y recibió mucha atención en la historia

de la ingeniería, este puente después de unos 40 años de servicio se derrumbó sin previo aviso

el 15 de diciembre 1967, durante horas pico de la tarde, cuando el puente estaba atestado de

tránsito pesado. El colapso provocó la pérdida de 46 vidas y nueve heridos. Una investigación

exhaustiva (Lichtenstein, 1993), reveló que el colapso del puente fue causado por la falla del

elemento tipo “eyebar” al norte de la cadena norte en el primer punto del panel al oeste de la

torre de Ohio. El eyebar había desarrollado una falla en la posición inferior de la cabeza. La

tragedia de este fracaso puente llevó a la aprobación de las Normas Nacionales de Inspección

de 1968 Puente por el Congreso de EE.UU. (En la actualidad, este tipo de puentes ya no se

permite en Estados unidos).

23

Habib en 1995 realizó un estudio sobre el efecto de la deformación cíclica por el

comportamiento a la corrosión de electrodos metálicos polarizados en solución acuosa.

El objetivo del estudio fue determinar el comportamiento inicial de un electrodo de níquel

(Ni) en H2SO4 y uno de molibdeno (Mo) en solución de KCl bajo una condición conocida

como la fatiga por corrosión (CF) mediante el uso de los métodos de interferometría

holográfica en tiempo real. Se consiguió como resultado, una relación entre la deformación,

obtenida por interferometría holográfica y la densidad de corrosión, producida por métodos

electroquímicos establecidos. (Habib, 1995). En otras palabras, la cantidad de corrosión y la

deformación aplicada a un elemento estructural, están correlacionadas.

Peter Tanner (P. Tanner, 1996) en su artículo menciona que el conocimiento de las

características de las soldaduras resulta indispensable para proyectar uniones sencillas,

fácilmente ejecutables y económicas. Por este motivo, la contribución de este autor pone

énfasis en los mecanismos de transmisión de las fuerzas mediante soldaduras, y en los

posibles efectos de las soldaduras sobre el comportamiento de las estructuras metálicas. En

este artículo se repasan las actividades necesarias en el marco de un dimensionamiento de las

uniones soldadas y más que los aspectos de cálculo, se destaca la importancia de los aspectos

conceptuales.

Nishikawa, Murakoshi, y Matsuki en 1998, concluyen que los daños por fatiga se han

detectado en zonas soldadas sometidas a esfuerzos secundarios o distorsión inducida debidas

a carga repetitivas de tránsito pesado, especialmente vehículos con sobrecarga. También

estudian un método de diseño de puentes con el fin de eliminar los problemas de fatiga

existentes y proporcionan una breve introducción al estado actual de la fatiga de puentes

vehiculares de acero en Japón y describen en el diseño estrategias para prevenir un mayor

daño de fatiga, con base en mediciones reales de esfuerzos en campo. (Nishikawa,

Murakoshi, & Matsuki, 1998).

El Departamento de Transporte de Oregon (ODOT) es responsable de aproximadamente 320

de acero puentes, muchos de los cuales tienen detalles de conexión que son propensos a la

fatiga. (Paasch & DePiero, 1999). La mayoría de estos puentes, que fueron construidos antes

de 1960, se dan detalles acerca al final de su resistencia a la fatiga y requieren inspección

mayor y reparación en los próximos 10 a 20 años. Dichos puentes al estar en las principales

rutas, que requieren mayor atención, ya que pueden experimentar tanto como 1-5x106 ciclos

de carga significativas por año. Algunos de estos puentes tienen más de 1.000 tipos de

conexión, haciendo que el costo de la inspección y reparación sea muy costosa. Hasta la

fecha, los detalles con grietas por fatiga se han encontrado en más de 20 estructuras. Existe

la necesidad de evaluar con precisión las condiciones de carga y la tasa de crecimiento de la

fisura de fatiga para los detalles de la conexión y para desarrollar una metodología de campo

de bajo costo de identificación. El procedimiento actual es la de reparar sólo los detalles de

la conexión que contienen visibles grietas de fatiga; es decir cuando ya es demasiado tarde.

24

En el siglo XIX, las necesidades de transporte de Quebec dieron lugar a propuestas para

salvar el río San Lorenzo. (Pearson & Delatte, 2006). El puente de Quebec fue la estructura

en voladizo más larga intentada hasta ese momento. En su diseño final, la luz libre fue 548,6

m (1.800 pies) de largo. El proyecto del puente estaba afectado financieramente desde el

principio. Esto causó muchos contratiempos en el diseño y la construcción. La construcción

comenzó finalmente en octubre de 1900. En agosto de 1907, el puente se derrumbó de

repente. Setenta y cinco trabajadores murieron en el accidente, y sólo hubo 11 supervivientes

de los trabajadores de la luz. Un distinguido panel se reunió para investigar el desastre. El

informe del panel determinó que la causa principal de la falla del puente fue el diseño

inadecuado de la celosía en los acordes de compresión. El colapso fue iniciado por la falla de

pandeo de A9L acordes, en el brazo de anclaje cerca del muelle, seguido inmediatamente por

A9R acordes.

Los investigadores de la referencia (Gu, Xu, Chen, & Xiang, 1999), concluyen que a medida

que el tramo principal de los modernos puentes atirantados se hace más largo, el problema

de daño inducido por golpeteo, induce fatiga en las vigas de acero situadas en las regiones de

viento fuerte, y tiene que ser tomado en consideración en el diseño de un puente. La

investigación de los autores presenta un método que mezcla análisis en el dominio de la

frecuencia para la estimación de la vida a fatiga de vigas de acero del puente atirantado

Yangpu. En el método propuesto, la función densidad de probabilidad conjunta de la

velocidad y dirección del viento en el nivel de la cubierta del puente se estableció por primera

vez. Los resultados muestran que los efectos de la dirección del viento sobre la vida a fatiga

del puente Yangpu son significativos.

Varios autores presentan una metodología para la evaluación de la seguridad de estructuras

existentes, con referencias concretas al estudio y posterior rehabilitación de un puente en arco

de hormigón, de 70 años de edad, que presentaba unos daños importantes (Peter Tanner &

ORTEGA, 2000). El estudio determina la importancia de la evaluación de estructuras

existentes, de la planificación de un programa de ensayos e inspecciones para la adquisición

de datos sobre la estructura analizada, así como la introducción de estos datos en los cálculos

estructurales.

Un enfoque basado en la confiabilidad de evaluación para daños de fatiga en corrosión

puntual, que combina la estimación de análisis y de inspección no destructiva ha sido

desarrollado por (Zhang & Mahadevan, 2001). En primer lugar, un modelo basado en la vida

mecánica probabilística de la fatiga por corrosión en la superficie de una lámina doblada se

estableció, y entonces un enfoque de revaluación se desarrolló después de la inspección en

servicio. La confiabilidad de la técnica del NDI se cuantifica a través de una descripción

probabilística de la detectabilidad y la precisión. El enfoque de la revaluación incorpora la

confiabilidad de la técnica del NDI, los datos de inspección y la predicción anterior en un

marco probabilístico de las decisiones sobre el mantenimiento o reparación.

25

El investigador (Darveaux, 2002), trabajó un modelo generalizado de las uniones soldadas

las cuales inducen a la fatiga. El autor utiliza el programa ANSYS que es una solución

aproximada para evaluar la fatiga en este tipo de uniones. El modelo se basa en la correlación

de los datos medidos de crecimiento de fisura en las articulaciones BGA durante el ciclo

térmico. Posteriormente se descubrió por Anderson et al., que el código de elementos finitos

que se utilizada en el modelo de ANSYS tuvo un error en su método de cálculo de la parte

plástica. Se ha demostrado que un error significativo en la predicción de la vida podría estar

incluido con una versión reciente del código donde se ha corregido el error. El error se

produce ya que las constantes de las grietas originales de crecimiento se obtuvieron con base

en cálculos de trabajo plástico que tenía el programa. En este trabajo, la iniciación de grietas

y de las constantes de crecimiento se vuelve a calcular utilizando ANSYS. Sin embargo esto

es solo una aproximación y no remplaza los ensayos directos del material.

En las últimas dos décadas, el rápido deterioro de las estructuras de los puentes se ha

convertido en un grave problema técnico y económico (Radomski, 2002). Por lo tanto, la

rehabilitación del puente se ha convertido en un factor muy esencial.

Otros autores proponen siete etapas para un modelo de predicción de vida a fatiga para el

análisis de la confiabilidad del envejecimiento de estructuras de aeronaves en virtud de los

Múltiples Sitios de Daños (MSD), debido a la fatiga por corrosión (Shi & Mahadevan, 2003).

El proceso de deterioro se divide en una etapa y una fase a fin de considerar las interacciones

de las grietas MSD. El estado estructural inicial en la etapa de la interacción está determinado

por los puentes y la corrosión por picadura de MSD. Un análisis de falla progresiva se aplica

mediante un procedimiento iterativo de análisis de elementos finitos.

En el marco de un proyecto de investigación sobre los criterios de comportamiento de aceros

estructurales formados en frío se está llevando a cabo el estudio del comportamiento en

fatiga, a través de la determinación de las curvas de Wöhler, S-N, de chapas de acero de

distintas calidades y 15 mm espesor con agujeros de 15 mm de diámetro realizados mediante

punzonado y también mediante taladrado. (Sánchez, Pesquera, & Gutiérrez-Solana, 2003),

con el objeto de definir las causas de la iniciación del proceso de fisuración se ha realizado

un estudio del efecto del punzonado sobre las propiedades locales del material a partir de las

curvas de isodureza en el entorno del agujero. Asimismo se llevó a cabo un exhaustivo

análisis de las superficies de fractura para determinar las zonas de iniciación de la fisura. Para

los aceros estudiados se concluye que los umbrales de propagación son prácticamente iguales bajo el mismo proceso (punzonado o taladrado), siendo el umbral del acero taladrado el doble

que el del punzonado. Además el proceso de iniciación de las probetas punzonadas tiene

lugar siempre en la zona de paso de la zona de corte a la zona de desgarro, mientras que en

las probetas taladradas puede ocurrir en cualquier zona y está asociado a pequeños daños

generados por el propio proceso de taladrado.

De acuerdo a (Mohammadi, 2004), con la creciente demanda de reparación, modernización

y reconstrucción de estructuras envejecidas, hay una necesidad crítica de métodos que de

manera eficaz y fiable se pueden utilizar en la identificación de posibles modos de daños y

el estado actual de una estructura dada. Cuando la carga aplicada es de naturaleza cíclica la

estructura afectada estará sujeta a daños por fatiga. La decisión de reparar, adaptar o

26

reconstruir una estructura de este tipo requiere una planificación e investigación sobre la

naturaleza y magnitud de los daños y la estimación de la vida útil restante de la estructura de

cuidado. La estimación de los daños y la predicción de la vida restante sólo se pueden

conseguir a través de un análisis probabilístico usando información sobre la historia tensión

aplicada, la fatiga y el comportamiento de fractura de la estructura y la geometría de sus

componentes críticos. Métodos no destructivos de ensayo en fatiga (NDT) juegan un papel

importante en la recopilación de la información y en la conducta de un análisis de

confiabilidad para determinar el estado de la estructura y la estimación de su vida útil

restante. Métodos más exhaustivos pueden requerir un riguroso programa de monitoreo,

junto con varias pruebas y análisis para evaluar con precisión el estado de la estructura. Los

resultados de estas técnicas y los análisis pueden ser útiles para establecer el perfil de fatiga

de la estructura y de la programación económica de las futuras actividades de reparación,

reacondicionamiento o reconstrucción.

En la investigación realizada por (Braun & Mohammadi, 2004) se presentó la aplicación de

un programa continuo de monitoreo estructural en la evaluación de la confiabilidad de fatiga

en el envejecimiento de los aviones. El sistema de monitoreo se compone de sensores

instalados en puntos críticos del fuselaje y la compilación de datos sobre la historia de carga

en vuelo y de las fluctuaciones del esfuerzo de fatiga. Los datos se utilizaron junto con un

análisis detallado de daños para llegar a la confiabilidad de fatiga de la estructura y una

estimación de la vida de fatiga restante. El documento analiza el procedimiento en la

compilación de datos de carga del vuelo, la duración del período de adquisición de datos y la

descripción de los parámetros de vuelo que efectivamente se pueden utilizar en el análisis de

confiabilidad a fatiga. En la investigación se explica el proceso de validación de los datos

recopilados y el método de análisis para la estimación de la vida de fatiga restante.

Ensayos no destructivos según (Fu, 2004) se pueden utilizar para examinar y/o monitorear

miembros de puentes vehiculares de acero para el control de la calidad de la soldadura y/o la

detección de una posible falla de fatiga. Este artículo presentó una breve reseña sobre el tema.

Abarcó varios métodos de ensayos no destructivos, que van desde los que se utilizan

habitualmente hasta algunos todavía en fase de desarrollo. Estos métodos se pueden clasificar

en dos grupos: (1) para el diagnóstico global y (2) para el diagnóstico local. Métodos de

diagnóstico globales se refieren a aquellos que se concentran en todo el sistema de la

estructura del puente. Su resultado típico es un área local donde se sospecha de la

discontinuidad, el daño o la falla. En contraste, los métodos de diagnóstico locales son las

que se aplican a un área local. Su resultado típico es la identificación de los daños o la falla

con los datos cuantificados, como el tamaño de la grieta, forma, dirección, etc. Como se ve,

los métodos de diagnóstico locales ofrecen el mejor diagnóstico. Sin embargo, la inspección

in situ de los componentes del puente de acero se complementa cando los métodos de

diagnóstico locales tienen que ser aplicados a las áreas locales identificadas usando métodos

de diagnóstico globales.

Mahadevan y Zhang, desarrollaron un enfoque integral para integrar métodos de

confiabilidad de cálculo y de inspección no destructiva (NDI) para su evaluación de

fiabilidad a la fatiga. (Mahadevan & Zhang, 2004) Las incertidumbres existentes en el

desempeño y los resultados del NDI se consideran a través de medidas estadísticas numéricas

y se derivan de las relaciones matemáticas entre estas medidas. Se propone un nuevo método

27

para estimar la probabilidad de detección (POD) y el intervalo de confianza usando estas

relaciones. Además, se presenta un nuevo método de utilización de los resultados de la NDI

para actualizar la estimación de la confiabilidad, que incluye información tal como POD,

precisión de la medición y la probabilidad de no detección de grandes defectos. La aplicación

de los métodos propuestos se ilustra a través de un problema de fatiga. Se comparan las

técnicas de inspección con diferentes características POD.

Los autores de la referencia (Mohammadi, Guralnick, & Polepeddi, 2004), presentaron una

aplicación específica en la que la confiabilidad a la fatiga de las vigas de acero en puentes se

evalúa mediante la realización de una medición de campo de tensiones en puntos críticos más

importantes. El procedimiento presentado es considerado como un método de ensayo no

destructivo. La fuente de información para la evaluación de la confiabilidad de fatiga es ante

todo un conjunto de datos de alcance del esfuerzo, recogidos en lugares de fatiga crítica en

un puente dado. Los datos recopilados se utilizaron a continuación, junto con un análisis

estructural riguroso para estimar el grado de daño por fatiga en componentes y la evaluación

de la confiabilidad de la fatiga del puente. Los datos recogidos para este estudio fueron de

varias vigas de acero de puentes. La sesión de adquisición de datos para cada puente duró

dos días. Se creía que en el plazo de dos días sería capturado un porcentaje importante de los

rangos de esfuerzo potencial experimentado por cada puente.

Tras el análisis de la evaluación de la fiabilidad de estos puentes, se llevó a cabo un estudio

para determinar el costo de reemplazo del puente basado en el grado de daño por fatiga en

cada puente y las estimaciones de la vida útil del puente. El documento recomienda un

procedimiento que se puede utilizar con eficacia en la recolección de datos, y en el

seguimiento y análisis de coste del ciclo de vida de los puentes de carretera. (Mohammadi

et al., 2004).

Los siguientes investigadores (Sarkani, Michaelov, & Lutes, 2004), mostraron algunas de las

técnicas más populares para la evaluación no destructiva de las tensiones residuales en las

uniones soldadas. Se prestó especial atención al método de difracción de neutrones y

difracción de rayos- X. (El método de difracción de neutrones es la única técnica no

destructiva que es capaz de proporcionar una completa información, de la distribución de

espesor de las tensiones residuales en uniones soldadas). La información sobre las tensiones

residuales son especialmente importantes para el cálculo de daños por fatiga estocásticos bajo

cargas. Se demuestra que la influencia de las tensiones residuales en la acumulación de daño

por fatiga estocástico se puede incorporar como un enfoque simple basado en el modelo

elástico - perfectamente - plástico del material y el factor de corrección de Gerber. El modelo

asume que la tensión residual que permanece en el lugar crítico depende de la tensión nominal

mayor nunca vista por una junta soldada. El modelo predice que las tensiones residuales

durante carga decaen al azar a cero. El efecto elástico del material se investigó

adicionalmente considerando un modelo de material elástico - plástico con endurecimiento

cinemático lineal. Las tensiones residuales en este caso se calculan a través de simulaciones

de Monte - Carlo. Se demostró que el efecto de endurecimiento del material reduce la tasa de

28

disminución de tensión residual y por lo tanto acelera la tasa de acumulación de daños por

fatiga. En otras palabras aceros endurecidos tienden a fallar más rápido por fatiga. (Como es

el caso de aceros de alta resistencia).

Los mismos dos autores mencionados anteriormente (Sarkani & Michaelov, 2004),

desarrollaron la predicción de las tensiones residuales en uniones soldadas utilizando la

prueba no destructiva (NDT) de métodos tales como técnicas de difracción de rayos X o de

neutrones desarrollando un análisis numérico de esas tensiones. Estos análisis, que se pueden

llevar a cabo antes o después del procedimiento de END, se hacen mejor con la ayuda de

elementos finitos (FE) para las técnicas de simulación. Aunque el método de los elementos

finitos es uno de los enfoques más atractivos para el cálculo de las tensiones residuales en

uniones soldadas, su aplicación al análisis de prácticas y problemas de diseño se ha visto

obstaculizada por dificultades de cálculo. Estas dificultades no surgen en el modelado de la

respuesta constitutiva de fusión y solidificación del metal, sino que se producen sobre todo

por el enorme tamaño de cómputo de cualquier problema práctico que resulta principalmente

del modelado tridimensional (3D) de un proceso de soldadura. Aunque el modelado de dos

dimensiones (2D) se ha utilizado ampliamente en los problemas de esfuerzos residuales, la

creencia actual sostiene que el análisis 2D no puede representar tensiones residuales precisos

que se producen debido a la soldadura. (Esto principalmente debido a que la ecuación de Von

Mises no tiene componentes perpendiculares completas). Este estudio investigó los campos

de esfuerzos residuales en una unión soldada tipo T y comparo las tensiones calculadas por

los modelos 3D y las calculadas por los modelos 2D. El estudio muestra que la distribución

de temperatura en la zona central de la articulación puede ser capturada con éxito por un

modelo de elementos finitos en 2D y una técnica que tiene en cuenta el equilibrio de

transferencia de calor y velocidad de soldadura. Las tensiones residuales en el plano del

modelo 2D calculado por este método muestran buenos resultados, comparados con los

calculados por el modelo 3D.

Son y Mohammadi en 2004 (Son & Mohammadi, 2004), presentaron una visión general de

los diversos métodos de ensayos no destructivos (END) aplicados a puentes de carretera. La

revisión se centró en los métodos de ensayo no destructivos que se utilizan actualmente en

conjunto con la evaluación del estado de los componentes del puente cuando están sujetos a

grietas, fracturas y otros casos de avería de difícil detención. La revisión abarca la

disponibilidad de la tecnología de END en la evaluación del estado del puente en general.

Los autores de la referencia en 2004 (Zhao & Haldar, 2004), desarrollaron un método de

actualización de confiabilidad de fatiga incorporando información de las inspecciones no

destructivas. Utilizando un enfoque de mecánica de fractura elástica lineal y el método de

confiabilidad de primer orden, el índice de confiabilidad se evalúa primero para daños por

fatiga. El índice de confiabilidad se actualiza con la información de las inspecciones no

destructivas utilizando el enfoque Bayesiano. El método es capaz de tener en cuenta todas

las fuentes de incertidumbres en el modelo de evaluación de daños por fatiga, así como en

las inspecciones no destructivas. El índice de confiabilidad actualizado se utiliza entonces

29

para tomar decisiones de mantenimiento para mitigar los daños de fatiga. La información

sobre el índice de confiabilidad inicial, índice de confiabilidad e índice de mantenibilidad

admisible se usa para implementar esta estrategia de mantenimiento basado en el riesgo. El

método se refiere al problema general de la evaluación de riesgos, el mantenimiento y la

rehabilitación de las estructuras sensibles a fatiga mediante la combinación de técnicas de

inspección de alta base tecnológica con un procedimiento analítico basado en la confiabilidad

sofisticada.

Muñoz y Valbuena realizaron una investigación en la cual, se estudió en detalle el estado y

los daños típicos de los puentes en acero y en estructura mixta (acero y concreto) de la Red

Vial Nacional de Colombia (Edgar Muñoz & Valbuena, 2004). El estudio está basado en la

evaluación del inventario y las inspecciones realizadas por el Instituto Nacional de Vías

(Invias) desde el año de 1996, a través del Sistema de Administración de Puentes de

Colombia (Sipucol). El artículo se divide en dos (2) partes: en la primera se presenta una

descripción de las diferentes tipologías de los puentes en acero basados en el módulo de

inventario del Sipucol y en la segunda el estado y los daños típicos de los componentes

principales.

Varios autores obtienen las propiedades de resistencia de crecimiento de propagación de

grietas a través de pruebas de fatiga, (de Paula Martins, Cimini Jr, & Godefroid, 2005). Los

resultados se obtienen a partir de un gráfico log-log el cual presenta tres regiones: Región I,

donde la microestructura, la media de la tensión y el medio ambiente tienen una gran

influencia. Región II, que presenta un comportamiento lineal y de la región III, donde el

material llega a la resistencia a la fractura y los resultados son una fractura inestable. Además

se estudia el comportamiento de la corrosión en las juntas resistentes de acero USI SAC 50

soldadas, utilizando probetas compactas de tensión donde se ha afectado térmicamente una

parte localizada. Se obtiene la propagación de grieta estable y ecuaciones de Paris, de la

región II, con un límite de confianza del 95%. Se observa que en la zona afectada por el calor

se encuentra una dispersión importante.

La red actual de puentes en Quebec incluye aproximadamente 9.000 puentes de diferentes

tipos y representa un activo de 9 mil millones de dólares. Según Morales et al, muchos

puentes muestran signos de bastante deterioro antes del final de la vida de diseño,

supuestamente entre 50 a 100 años. Con base en la investigación de los autores el camión de

carga se ha incrementado en más del 40% en los últimos 40 años, y los puentes no han sido

reforzados con el fin de cumplir con los nuevos códigos. El daño acumulado y la vida útil

restante de los puentes de carretera son revisados en esta investigación. Para los autores los

puentes de ferrocarril son excluidos debido a que su análisis de carga utiliza un enfoque

diferente. La condición de los puentes de acero en servicio por más de 50 años, que es el

promedio edad de la mayoría de los puentes en operación en Canadá, se sugiere evaluar de

manera realista. Condiciones de fatiga, climáticas extremas tales como la diferencia de

temperatura entre el calor y el frío, estaciones del año, sales de deshielo y la corrosión son

los factores de deterioro que también deben tenerse en cuenta. A bajas temperaturas, el acero

30

pierde su ductilidad, aumentando así el riesgo de fractura frágil. El acero utilizado hace 50

años fue mal desoxidado durante el vertido y, consecuentemente, se pueden propagan las

grietas de fatiga más fácilmente a través de las impurezas. (Morales & Bauer, 2006).

En el estudio de investigación de los autores de la referencia (Chotickai & Bowman, 2006),

se presentaron los resultados del trabajo de investigación que se realizó para evaluar el

comportamiento a fatiga de puentes carreteros de acero en el corredor de peso extra pesado

en el noroeste de Indiana Estados Unidos. El propósito del estudio fue evaluar el tipo y la

magnitud de las cargas que viajan a lo largo del corredor y luego evaluar el efecto de dichas

cargas en la resistencia a la fatiga de los puentes de acero en el corredor. Un modelo de carga

de fatiga fue desarrollado sobre la base de un camión de fatiga de tres ejes y cuatro ejes para

representar con precisión el daño causado por la fatiga de la historia del camión de carga real.

Un modelo de daño por fatiga también se desarrolló utilizando una base de datos estadísticos

de parámetros de resistencia para evaluar la resistencia a la fatiga por un nivel de seguridad

seleccionado por el usuario.

Presentado como un estudio de caso, (Lima et al., 2008) realizaron una revisión de la

literatura sobre la evaluación de la fuerza de la corrosión de piezas de acero remachadas. La

razón para la selección de la estrategia de rehabilitación para el puente se describe, junto con

la metodología mediante la cual los miembros principales fueron identificados para su

sustitución. La necesidad de respetar la apariencia del puente para encontrarse con los

estatutos locales de protección históricos agravado la dificultad del trabajo de diseño.

Hay un gran número de puentes metálicos de ferrocarril remachados en la red del Reino

Unido y puentes de ferrocarril en Europa y América del Norte, en muchos casos superior a

los 100 años de edad. (Righiniotis, Imam, & Chryssanthopoulos, 2008) Hay una necesidad

de desarrollar una metodología para la evaluación de la fatiga de estos puentes de ferrocarril

con el fin de decidir si puede ser reutilizado con seguridad o si el daño de fatiga se puede

esperar en un futuro próximo. Dado que el fenómeno de fatiga está lleno de incertidumbres,

un enfoque probabilístico es más adecuado para proporcionar estimaciones de la resistencia

a la fatiga de puentes de ferrocarril remachados.

Varios investigadores (Fessel, Broughton, Fellows, Durodola, & Hutchinson, 2009),

recientemente presentaron los resultados de un trabajo llevado a cabo para evaluar el

comportamiento a la fatiga a través de las uniones soldadas. Materiales base y características

diferentes de deformación plástica, aplicando efectos de longitud no soportada, se compara

con una fuerza determinada. Los resultados de esta investigación muestran que las mejoras

obtenidas en condiciones de pruebas estáticas se traducen en beneficios aún mayores en la

fatiga. También explican el mecanismo de fallo de las uniones bajo la carga de fatiga.

Graves daños por corrosión localizada se han observado en los elementos de acero en la

frontera con hormigón en algunas estructuras de acero. En la investigación liderada por

31

Kainuma et al, ensayos de fatiga se realizaron en muestras corroídas por las pruebas de

exposición acelerada para investigar el comportamiento a fatiga de la corrosión de los

elementos estructurales de los límites con el hormigón. Se realizaron análisis de esfuerzos

en elementos finitos (FE) en los modelos de las superficies oxidadas de las muestras y las

superficies de la corrosión simulados, para investigar la concentración de tensión en el foso

de corrosión en las proximidades de la frontera. Los resultados experimentales y analíticos

aclaran los comportamientos de fatiga de las placas de acero corroídas en los límites con el

hormigón. (Kainuma & Hosomi, 2009).

Alambres oxidados obtenidos a partir de la disección de cables de acero paralelos que fueron

utilizados en un lugar determinado de un puente atirantado y las propiedades de fatiga de

corrosión del cable de alambre en paralelo son investigados por el método de simulación de

Monte Carlo. De las comparaciones entre la información de diseño original y los resultados

de ensayo de fatiga, se puedo observar que las corrosiones hacen que la vida de fatiga de

los cables decrezca bruscamente. La resistencia a la fatiga del alambre individual es descrita

por la distribución de Weibull considerado algunos parámetros útiles, tales como, rango de

tensión, media de tensión, resistencia estática y los efectos de longitud. Los efectos del

porcentaje de rotura de cable, clave en el parámetro de la curva SN de la fatiga se discuten.

Se concluyo que la vida de fatiga del cable está controlada por una pequeña fracción de los

alambres del cable con las cortas vidas de fatiga. Por último, las curvas SN de cable se

calculan mediante simulaciones de Monte Carlo en base a los resultados de la prueba

individual de la fatiga del alambre, y en comparación con los resultados de la prueba de fatiga

del cable. (Lan & Li, 2009).

En 2010 (Liu, Frangopol, & Kwon, 2010) realizaron una evaluación de la confiabilidad a la

fatiga de distorsión inducida por la fisuración en puentes de acero que integran datos de

monitoreo. La evaluación de la confiabilidad a la fatiga de los detalles de conexión se basa

en el enfoque utilizado en las especificaciones de diseño AASHTO estándar, con toda la

información necesaria desde el modelado de elementos finitos (FEM) y el monitoreo de la

capacidad estructural (SHM). Tanto la carga de tránsito en el plano y fuera del plano

desplazamientos relativos se consideran, junto con diferentes condiciones de frontera en la

conexión. La principal causa de las fisuras de fatiga observadas antes de rehabilitarlo se

identifica como los desplazamientos relativos fuera del plano, mientras que la fatiga potencial

de formación de grietas en el reinicio después de la remodelación depende de las condiciones

de contorno y los lugares críticos que pueden ser identificados a partir de la validación FEM.

(Liu et al., 2010)

En Estados Unidos se ha desarrollado un manual para ayudar a la ingeniería de puentes,

mediante el establecimiento de procedimientos de inspección y el uso de prácticas de

evaluación que cumplen con las Normas Nacionales de Inspección de Puentes (NBIS). Este

manual es el Manual for Bridge Evaluation, 2nd Edition. 2011, AASHTO. El manual se ha

dividido en ocho secciones, cada sección representa una fase distinta de una inspección

32

general del puente y el programa de evaluación. Este manual sustituye a los Manuales de

Evaluación de condiciones de AASHTO 1998 para Puentes de la AASHTO 2003 y el Manual

Guía para la Evaluación de condiciones y la carga y régimen de factor de resistencia (LRFR)

de los puentes de las autopistas. También reemplaza el Manual de Evaluación para puentes,

primera edición. Sirve como una norma única para la evaluación de los puentes de las

autopistas de todo tipo.

A pesar de la gran cantidad de investigación, de normatividad reevaluada, y de la

investigación llevada a cabo por Muñoz et al, aún en Colombia no se define una metodología

que sea incluyente de las diversas bondades de la investigación vigente.

Razón ésta es por la cual, el presente trabajo de investigación propone de manera general

pero incluyente, guías, normas, monitoreo, investigación de materiales y modelación de

elementos finitos como herramientas necesarias para determinar vidas en fatiga de manera

aproximada.

33

OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL

Adaptar una propuesta metodológica para la evaluación de la fatiga en puentes existentes de

acero, cuyos elementos y uniones han sido rehabilitados y/o presentan síntomas de corrosión.

OBJETIVOS ESPECIFICOS

Identificar cuáles de los criterios seleccionados de las metodologías existentes, tales como

AASHTO y Eurocódigo, son aplicables a puentes que hayan sido rehabilitados o atacados

por corrosión, para la correspondiente evaluación de fatiga.

Concebir una propuesta metodológica para la evaluación de fatiga en puentes existentes de

acero, a partir de los fundamentos de las metodologías (AASHTO y Eurocódigo) que sean

aplicables a puentes que ya hayan sido rehabilitados y/o que tengan corrosión.

Validar la propuesta metodológica objeto de esta investigación con escenarios probables

asumidos y por medio de su implementación en un puente de acero existente de la red

nacional.

34

MARCO TEORICO

Se conoce la fatiga como la situación en que los elementos de una estructura o sus

componentes están sujetos o expuestos a cargas variables en el tiempo, cargas cíclicas que

aunque con niveles de carga muy inferiores a la resistencia máxima de los componentes de

la estructura hacen que se creen o se propaguen grietas que a la final originan un fallo por

fractura en los mismos, que en muchas de las ocasiones por lo general es catastrófico.

Los sistemas mecánicos utilizados por los seres humanos en el desarrollo de sus actividades están

sometidos durante su funcionamiento a cargas variables con el tiempo. Estas cargas pueden ser producidas

por fenómenos mecánicos, variaciones de temperatura, presencia de ambientes corrosivos, etcétera, así

como por la combinación de dos o más de estas causas. La aplicación continuada de estas cargas puede

llevar a la aparición de pequeñas grietas en el material. Estas grietas se inician por lo general en la

superficie, progresan a través del material, reduciendo la capacidad portante del componente y pueden

acabar desembocando en su fractura. Dicho fenómeno se conoce como fallo por fatiga y es el responsable

de más del 50% de los fallos en componentes mecánicos. (López González, 2011).

Figura 4.1 Diagrama S-nc o diagrama de Wöhler. Fuente Adaptada (Shigley, 2011).

35

El esquema de la figura 4.1 no es más que un diagrama denominado S-N o diagrama de

Wöhler debido al ingeniero alemán August Wöhler quien a mediados del siglo 19 se dice que

realizo una serie de pruebas sobre unas probetas de acero que fueron sometidas a una carga

con flexión giratoria, estas pruebas relacionaron los niveles de esfuerzo sobre los cuales se

sometían estas probetas con los ciclos de carga que soportaban hasta la falla. (Wöhler, 1860).

El eje de ordenadas del diagrama SN (esfuerzo - número de ciclos ) se denomina esfuerzo o

resistencia a la fatiga Sf, el cual corresponde al esfuerzo máximo al cual está sometido la

probeta, una expresión de resistencia a la fatiga Sf siempre debe ir acompañada de un número

de ciclos de esfuerzo N.

Los puntos en el diagrama son los puntos reales de falla que son aquellos obtenidos en la

serie de ensayos a fatiga, las líneas del diagrama lo único que representa son las

aproximaciones de dichos puntos.

Los diagramas SN pueden determinarse bien para una muestra de ensayo o de un elemento

mecánico real. Incluso cuando el material de la muestra de ensayo y la del elemento mecánico

son idénticos, habrá diferencias significativas entre los diagramas para los dos.

En el caso de los aceros, una articulación se produce en el gráfico, y más allá de esta

articulación no se producirá la falla no importa cuán grande es el número de ciclos. El

esfuerzo correspondiente a la articulación se llama el límite de resistencia Se, o el límite de

fatiga.

De la figura 4.1 se puede determinar que entre menor sea el esfuerzo al cual es sometido la

probeta se tendrán mayores duraciones en cuanto al número de ciclos de esfuerzo.

El diagrama para muchos aceros es muy semejante al mostrado en la figura 4.1 por la curva

ABC. La curva tiene un doblez en S = Se y N = 1x106 ciclos, en donde el esfuerzo que produce

la falla permanece constante, por lo tanto esto nos muestra que si la probeta se somete a un

esfuerzo menor que Se, ésta no fallará y tendrá una vida infinita.

Este diagrama es de gran importancia ya que dependiendo las características del material en

este caso del acero con el podemos determinar los límites de fatiga o la resistencia a la fatiga

para un número de ciclos determinado de un elemento de una estructura con características

muy similares.

El rendimiento óptimo de un puente bajo cargas normales de servicio es esencial para la

utilización plena y efectiva de los automovilistas. Los problemas que se producen como

consecuencia de las desviaciones excesivas, el deterioro de sus condiciones, o agrietamiento

por fatiga de las vigas de acero o vigas bajo cargas normales de servicio operativo pueden

causar problemas y fallos por fractura de sus elementos estructurales por lo tanto a este tema

de la fatiga se le debe prestar mucha atención ya que los puentes en especial los de acero

están sometidos a cargas cíclicas.

36

En casos extremos, el funcionamiento inadecuado de servicio puede requerir que porciones

de un puente sean cerradas, ya que está siendo reparado, o el puente puede necesitar ser

reemplazado por completo. Por otra parte, las operaciones de reparación también representan

un peligro para la seguridad, tanto para los automovilistas y el personal de la construcción.

Claramente, existe la necesidad de desarrollar métodos modernos y eficaces para evaluar la

capacidad de servicio de una estructura en este caso de un puente de modo que el rendimiento

óptimo se pueda lograr. Como una solución estandarizada y práctica en Estados Unidos se

trabaja con el Manual AASHTO 2011 para la Evaluación de Puentes.

Este proyecto de investigación tiene un enfoque en la Sección 7 “Fatigue Evaluation of Steel

Bridges” en el manual AASHTO para la evaluación de puentes (MBE) Segunda edición

publicada en 2011. La MBE combina el manual para la evaluación del estado de los puentes,

segunda edición ( 2000 ) y sus revisiones de 2001 y 2003 transitorios con el Manual Guía

para la evaluación de condiciones, factores de carga y valoración de resistencia ( LRFR ) de

puentes de carreteras , Primera edición 2005 y sus revisiones provisionales.

En Europa debido a la demanda de volumen de mercancías por ferrocarril y por carretera, el

tránsito se ha incrementado significativamente en los últimos años y llevaron a la creciente

cantidad de vehículos pesados en los flujos de tránsito y una mayor explotación de sus

capacidades de carga (Kuehn et al., 2008). De acuerdo a consideraciones ambientales

también hay una tendencia a aumentar aún más las cargas admisibles en el diseño de nuevos

vehículos pesados (por ejemplo, mediante el aumento de las cargas por eje o el uso de los

trenes de carretera). Todo esto puede afectar a la seguridad, capacidad de servicio y la

durabilidad de los puentes existentes.

las autoridades de los puentes son por lo tanto las más interesadas en métodos acordados

para evaluar la seguridad y la durabilidad de los puentes existentes y elaborar las

disposiciones apropiadas para los métodos de mantenimiento más refinados, la posible

restricción del tránsito, la rehabilitación de puentes o sustitución de viejos puentes por otros

nuevos cuando sea necesario .

Para puentes de acero, incluyendo los antiguos remachados existen numerosos métodos para

dichas evaluaciones, en parte estandarizadas por códigos o recomendaciones nacionales. A

la luz del desarrollo del mercado único europeo para las obras de construcción y servicios de

ingeniería se crea la necesidad de armonizarlos y elaborar recomendaciones técnicas

europeas acordadas para la seguridad y la evaluación de la durabilidad de las estructuras

existentes. Estas recomendaciones deben seguir los principios y las reglas de aplicación de

los Eurocódigos y proporcionar un esquema con diferentes niveles de análisis: un nivel básico

con los métodos generales y más niveles con una mayor sofisticación que exigen

conocimientos técnicos específicos.

La Convención Europea para la Construcción Metálica (ECCS) tiene en su Comité Técnico

6 - Fatiga (que también sentó las bases para EN 1993 - Eurocódigo 3 - Parte 1-9 - Fatiga)

acordó apoyar la preparación de tales recomendaciones europeas en técnicas " para la

estimación de la vida útil restante de la fatiga“, que podría utilizarse como base para la

armonización de los procedimientos nacionales y para la futura evolución de los

Eurocódigos.

37

Para la realización de esta investigación se hace necesario la utilización del Eurocodigo 3,

parte 1-9 de Fatiga, para la estimación de la vida restante a fatiga de los elementos del puente

de caso de estudio.

En Colombia no hay una metodología clara para la evaluación de la fatiga en puentes antiguos

y tampoco hay lineamientos para el diseño de estructuras nuevas que sean revisadas ante

dicho fenómeno.

4.1. Teoría de la mecánica de la fractura

La mecánica de la fractura se ha promovido desde los materiales metálicos, que han sido

tradicionales en la ingeniería, los cuales siendo valiosos en la construcción y como elementos

estructurales, a lo largo de la historia han sufrido roturas frágiles las cuales han llevado al

estudio y modelización de su comportamiento.

Un estado de tensiones de una grieta en un sólido se puede presentar de tres maneras

diferentes, o modos de apertura de grieta como se muestra en la figura 4.2. Modo I, cuando la tensión es normal y además perpendicular al plano de grieta. Modo II, cuando los

desplazamientos de las superficies de la grieta son perpendiculares al plano de la grieta y los

esfuerzos cortantes son paralelos al plano de la grieta. Modo III, cuando los esfuerzos

cortantes son paralelos al plano de la grieta y los extremos de esta se mueven en dirección

paralela el modo de apertura de la grieta es de desgarramiento. El caso general de tensiones

en un sólido se describe mediante la superposición de los modos de apertura descritos

anteriormente. Técnicamente el más importante y donde las discusiones se centran es

generalmente el Modo I de fractura. El menos frecuente es el Modo II el cual se produce

cuando se tienen grietas sobre planos que forman ángulos de 90º. Y por último el Modo III

se genera en barras con grietas las cuales están sometidas por lo general a esfuerzos de

torsión. (Arana Bilbao & González Martínez, 2002)

a b c

Figura 4.2 Modos de apertura de grieta: a) modo I, b) modo II y c) modo III. (Restrepo & others, 2013)

38

4.1.1. Crecimiento de grieta.

Los autores de la referencia (Paris, Gomez, & Anderson, 1961), utilizando los conceptos de

la mecánica de la fractura propusieron una ley empírica la cual unificaba todos los datos

experimentales de crecimiento de grietas por fatiga. Ley conocida universalmente como

“Ecuación de Paris”, la cual es expresada por:

𝑑𝑎

𝑑𝑁= 𝐶(∆𝐾)𝑚 (1)

Donde: 𝑑𝑎

𝑑𝑁 es el incremento de longitud de la grieta por cada ciclo de fatiga y ΔK el intervalo

cíclico del factor de intensidad de tensiones, definido anteriormente.

C y m son constantes que dependen del material y se determinan experimentalmente. El

exponente m está situado entre dos y cuatro para aleaciones dúctiles. Estas constantes

dependen de valores propios del material, como es la microestructura, y de las condiciones

ambientales, como el propio ambiente y su temperatura.

Los valores de da/dN, para diferentes condiciones de carga, se determinan

experimentalmente a partir de los cambios de longitud de grieta tras un cierto número de

ciclos como se muestra en la figura 4.3.

Figura 4.3 Evolución de la longitud de grieta frente al número de ciclos Fuente Adaptada (Shigley, 2011).

39

Figura 4.4 Ritmo de crecimiento de grieta frente a ΔK. Fuente Adaptada (Shigley, 2011).

En la figura 4.4 se han representado las tres Regiones de propagación por fatiga con una

referencia a los mecanismos de crecimiento de grieta en cada una de las regiones. La

utilización de la ecuación de Paris en la región I daría lugar a la estimación de una vida menor

que la real y por lo tanto estaría del lado de la seguridad. Sin embargo, en la región III, el

crecimiento de grieta la ecuación de Paris se acelera fuertemente. La extensión de la ecuación

de Paris a la región III tiene generalmente poca importancia en cuanto a la estimación de la

vida de componentes diseñados en base a la propagación subcrítica de grietas, que se

considera en la región II. Las tres regiones de propagación responden a mecanismos básicos

diferentes.

4.2. Corrosión con fatiga

El efecto de la corrosión cuando además está acompañado de la fatiga, es el producto de la

combinación de las cargas cíclicas y un medio ambiente agresivo que generan la creación o

la propagación de grietas es decir fallas por fractura en los materiales metálicos. Este

fenómeno es producido en un gran número de aleaciones de metales en ingeniería en la

presencia de una gran variedad de ambientes y es quizás una de las más importantes causas

de los fallos de los elementos que compones muchas de las estructuras en la ingeniería. Para

la predicción de la vida en servicio, el control de la fractura y el desarrollo de la resistencia

40

a fatiga de las aleaciones metálicas es importante tener conocimiento tanto de los mecanismos

como de la caracterización del cambio de los procesos producto de la fatiga con corrosión,

(Arana Bilbao & González Martínez, 2002).

Según (Arana Bilbao & González Martínez, 2002), la característica más importante y la

primera que se determina en los procesos de corrosión con fatiga es que las velocidades con

la que se desarrolla el crecimiento de las grietas son superiores y en varios casos mucho más

elevadas que los procesos de fatiga y además dependen de un gran número de variables tanto

químicas como electroquímicas que obviamente estas no se encuentran presentes en otros

ambientes absolutamente benignos y que no son causantes de ninguna modificación dentro

de las condiciones del proceso de grieta en el proceso de la aplicación de las cargas cíclicas

que van a generar la fatiga del material en estudio.

Arana y González han propuesto varias hipótesis sobre los mecanismos que gobiernan los

procesos de corrosión con fatiga. El mecanismo generalizado de corrosión-fatiga involucra

la presencia de un agrietamiento inducido por el hidrógeno causante de la rotura de la capa

de óxido en el borde de la grieta. Los autores en mención también establecen que es muy

difícil poder determinar una diferencia y analizar la acción de estos fenómenos por separado.

Además muchos investigadores afirman que estos procesos compiten entre sí de manera que

en cada caso el que participa en mayor magnitud es solamente uno de los dos y por

consiguiente el otro puede pasar por inadvertido. Infortunadamente el mecanismo no es muy

claro y además ambos procesos son interdependientes y pueden operar tanto

simultáneamente como secuencialmente. (Arana Bilbao & González Martínez, 2002).

Según los investigadores de la referencia anterior en los procesos de corrosión con fatiga, el

hidrogeno es producido por la reacción con los agentes presentes en el medio ambiente,

gaseosos en el caso del vapor de agua, líquidos como es el agua y enseguida con el nuevo

material agrietado en el inicio de la grieta, este es absorbido por la superficie de metal y

conducido por difusión o deslizamiento de dislocaciones, a la zona del inicio de la grieta

donde se desarrollan altas tensiones y por ende el crecimiento de la grieta incrementa

significativamente puesto que hay un daño localizado únicamente producto del fenómeno de

fatiga.

41

METODOLOGIA EVALUACION DE FATIGA DE PUENTES

EXISTENTES EN ARCO

A continuación se presenta cada una de las fases y etapas de la metodología propuesta, basada

en los antecedentes y marco teórico antes mencionado, con su correspondiente descripción,

toda esta metodología se encuentra planteada en un plano ver Anexo No. 1.

Los pasos a tener en cuenta en esta metodología son los siguientes:

a) Tipología del puente y zonas de investigación preliminar para detectar fatiga y/o

corrosión

b) Cargas variables en el tiempo

c) Patología estructural

d) Inspección Visual

e) Ensayos no destructivos (END)

f) Ensayos destructivos (ED)

g) Información de primera categoría

h) Información histórica y actual del tránsito

i) Monitoreo de cargas, esfuerzos y deformaciones de servicio durante operación

j) Vida remanente a fatiga

5.1.Tipología del puente y zonas de investigación preliminar para detectar fatiga

y/o corrosión

En esta fase es necesario identificar cual es la tipología de la superestructura y la

infraestructura.

Con respecto a la superestructura, los puentes de arco en acero:

Son superestructuras que constan de dos arcos laterales con arriostramiento superior, pendolones y

vigas de rigidez. Estos arcos trabajan generalmente a esfuerzos de compresión con una flexión pequeña

y las vigas de rigidez especialmente a flexión. El tablero consta de losa de concreto reforzado y vigas

de acero apoyado en la viga de rigidez. Los vehículos pasan por debajo de este tipo de estructuras, las

luces que se logran son importantes, (E. Muñoz, 2013a).

Esto es fundamental para conocer cuál es la forma del comportamiento estructural del puente,

ver figura 5.1.

42

Figura 5.1 Tipología puente en arco. Fuente Muñoz E., Ingeniería de puentes, 2012

5.1.1. El Arco

Los puentes en arco por lo general trabajan transfiriendo su peso propio y las cargas

dinámicas debidas a los vehículos hacia los apoyos mediante la compresión del arco.

El arco puede ser una viga de celosía, una viga en cajón, una viga armada o algún tipo de sección hueca

(p. ej., circular). Lo ideal sería que, por motivos estéticos, el arco siguiera un perfil curvo continuo y

suave. No obstante, la curvatura global de la barra del arco también puede obtenerse por medio de una

serie de cordones rectos cortos. Las péndolas se sujetan en los cambios de pendiente del arco. En este

tipo de arco, se generan fuerzas fuera del plano en las alas superior e inferior de la barra del arco,

siendo necesarios un pórtico transversal o un diafragma internos. Cuando se utilizan perfiles laminados

o soldados, en lugar de cables, para las péndolas, la unión de las péndolas al arco puede realizarse

mediante un detalle en el que se formen empalmes con platinas de alma prolongadas de la barra del

arco. Aun cuando exista arriostramiento entre arcos en la parte central del tramo, quizás se tenga que

suprimir cerca de los extremos del arco, con el fin de proveer espacio libre para el tránsito de vehículos

pesados. (ITEA s.f.)

5.1.2. La viga de rigidez

La función principal de la viga de rigidez es la de recibir las cargas que actúan en el tablero

del puente y repartirlas uniformemente distribuidas sobre los pendolones o péndolas. La viga

de rigidez puede ser una viga en I, una viga cajón o cualquier otro tipo de sección hueca. Las

43

vigas de rigidez deben permitir el buen comportamiento estructural del puente funcionando

estas a la par con el tablero, permitiendo una rigidez torsional prominente.

Si se examina más detenidamente el arco con tirante, se advertirá que el arco y la viga a menudo están en

planos verticales separados; por lo tanto, el arco está unido excéntricamente a la viga. Cualquier

excentricidad de este tipo debe tenerse en cuenta en el proyecto. En cuanto a una viga de rigidez, o una

sección abierta en forma de “omega”, se obtiene una excelente conexión entre el arco y la viga utilizando

dos cubrejuntas, que coincidan con las paredes de la viga de rigidez. (ITEA s.f.).

5.1.3. Los pendolones o péndolas

Los pendolones o péndolas son elementos cuya función la de transmitir las cargas del tablero

del puente y de las vigas de rigidez a los elementos que conforman el arco.

Para las péndolas pueden utilizarse vigas I (soldadas o laminadas), secciones huecas circulares o cables.

Las opiniones difieren en cuanto a la elección óptima de la sección. Los cables están fabricados en acero

de alta resistencia. Debido a los altos niveles de tensión que tienen lugar y a los efectos de la fluencia, se

produce un alargamiento que es parcialmente elástico (es decir, recuperable) y parcialmente permanente.

No obstante, para puentes de carreteras y puentes de ferrocarriles con o sin balastro continuo, se han usado

cables con éxito. (ITEA s.f.).

5.2.Cargas variables en el tiempo

Los puentes a evaluar en esta metodología son aquellos que están sometidos durante su

funcionamiento a cargas variables con el tiempo. Estas cargas pueden ser producidas por

fenómenos mecánicos, efectos del tránsito, variaciones de temperatura, presencia de

ambientes corrosivos, etc., así como por la combinación de dos o más de estas causas.

La aplicación continuada de estas cargas puede llevar a la aparición de pequeñas grietas en

zonas donde se presentan concentraciones de esfuerzos, como en el arco, en la viga de rigidez

ya sea en conexiones remachadas, soldadas o atornilladas, en láminas de unión o cartelas,

pendolones, arriostramientos, apoyos, etc.

5.3.Patología Estructural

Se propone en la siguiente fase una metodología de inspección y diagnóstico estructural

incorporando la utilización de normas ASTM, AWS y CCDSP, para determinar las

sintomatologías estructurales, apoyado por la ejecución de trabajos de campo consistentes

en inspecciones visuales, ensayos destructivos y no destructivos, en puentes de acero en arco

existentes.

5.3.1. Inspección visual por daños fatiga y/o corrosión

Las técnicas de inspección visual son los principales métodos utilizados para evaluar la

condición de la mayoría de las estructuras de los puentes. Con el fin de realizar unas

44

evaluaciones subjetivas las cuales pueden tener un impacto significativo en la seguridad y el

mantenimiento de un puente. El conjunto de información generada durante una inspección

de rutina es una serie calificaciones asignadas de acuerdo a las condiciones de cada uno de

los elementos tanto de la superestructura como de la subestructura del puente en estudio.

Estas calificaciones de condición dan una medida general del estado de un puente teniendo

en cuenta la gravedad del deterioro en el puente y el grado en el que se distribuye a través de

cada componente. Las calificaciones asignadas a cada elemento se basan en un conjunto

estándar de definiciones asociadas con puntuaciones numéricas que pueden ser por ejemplo

entre cero (no) y nueve (excelente estado). Las agencias de inspección pueden usar estas

clasificaciones para rastrear deterioro y de esta manera poder realizar el respectivo

mantenimiento. Inspecciones a nivel de cada elemento se basan en definiciones específicas

de elementos para clasificar la estructura del puente y describir cualquier deterioro observado

utilizando una condición de estados definidos. (Phares, Rolander, Graybeal, & Washer,

2001).

Las técnicas de inspección visual son técnicas de pruebas no destructivas con las que se puede

llegar a detectar una gran variedad de defectos o deterioros como la corrosión, defectos en

conexiones soldadas, discontinuidades de superficies, generación de grietas producto de

fallas por fractura en zonas en donde se originan concentraciones de esfuerzos por lo general

cuando se presenta la combinación de corrosión con fatiga la cual es una de las culpables de

la ocurrencia de fallas por lo general catastróficas en las estructuras en los puentes de acero.

Por lo anterior es de suma importancia desarrollar una buena planeación de la inspección de

una manera ordenada y sobre todo muy eficiente con el fin de contar con datos precisos para

realizar un trabajo detallado para así poder discernir cuales serían las mejores soluciones de

acuerdo al grado de afectación o deterioro de cada uno de los componentes de la estructura

del puente.

5.3.1.1. Zonas de inspección visual de mayor importancia en puentes de arco

5.3.1.1.1. Conexiones remachadas

Es importante verificar la corrosión en estas conexiones como también bajo la cabeza de los

remaches, también detectar posibles grietas de fatiga (ver figura 5.2) y en los casos en que

sea fácil de detectar se sugiere tomar las medidas necesarias en el intervalo de tiempo entre

la detección de grandes grietas y una sección de falla completa y proceder a su refuerzo.

En caso de ausencia de remaches, hacer la sustitución de los remaches en regiones críticas

por pernos de alta resistencia y así aumentar la vida de fatiga de aquellos miembros.

45

Figura 5.2 Localización probable de fisuras producidas por fatiga en elementos de acero.

Fuente Muñoz E., Ingeniería de puentes, 2012

5.3.1.1.2. Conexiones soldadas

En las conexiones soldadas se presentan diferentes zonas de propagación de grietas por fatiga

(ver figura 5.3), y en particular se debe reconocer el daño potencial asociado con detalles de

soldadura

Cuando las soldaduras se encuentren deficientes en cuanto a su calidad y no cumplan con las

especificaciones y normas, tendrán que ser removidas por medio de procesos adecuados y

efectuarse nuevamente.

Para las especificaciones de procedimientos e inspección de soldadura de un Puente se deben

seguir las provisiones del Código AASTHO/AWS D1. 5. CODE, Bridge Welding.

ANSI/AASHTO/AWS D1. 5-96. American Association of State Highway and

Transportation Officials and American Welding Society. (AASHTO/AWS, 2010).



https://www.dspace.espol.edu.ec/handle/123456789/14479

https://www.dspace.espol.edu.ec/handle/123456789/14479

46

5.3.1.1.3. Conexiones con tornillos

Conexiones mecánicas mediante el empleo de pernos tienen una vida de fatiga significativamente mayor

que conexiones soldadas equivalentes, por lo tanto este método de unión debe ser considerado en nuevos

trabajos y en la reparación de componentes soldados agrietados. En este caso se pueden emplear secciones

de platinas ensambladas mediante pernos para proveer trayectorias nuevas de carga, restringiendo el

movimiento de grietas existentes. Por lo general en uniones mecánicas mediante el empleo de pernos, las

grietas de fatiga se presentan en el material unido y no en los elementos de unión. (Albañil, Mora, & Mora,

2002).



El tipo de fricción y alta resistencia de las uniones atornilladas (ver figura 5.4) deben ser

evaluados para verificar que todos los tornillos estén bien apretados. Se deben identificar

zonas de roce o de pintura rotos, o bien la corrosión alrededor de los pernos. Por ejemplo, la

presencia de polvo de plomo rojo y manchas de corrosión cerca de la conexión es una

indicación de la abrasión provocada por el deslizamiento de la articulación.

Los miembros de los puentes de acero están conectados por soldadura, pernos y remaches.

La pérdida de pernos o remaches pueden ser ocasionados por fallas de fatiga. Los pernos o

los remaches en la conexión de los miembros deberá ser verificada cuidadosamente y el

número de pernos o remaches faltante deberá ser registrado dentro de la inspección y

colocados de forma inmediata.

Se deben inspeccionar las platinas de las conexiones de elementos sometidos a tensión, verificando que

éstas no presenten fisuras o roturas transversales en las zonas donde se encuentran los pernos. Estas fisuras

por lo general son ocasionadas por esfuerzos que sobrepasan el límite de fluencia del material, en el área

de la sección perforada por los pernos. (DE & FLEXIBLES, s. f.)

47

5.3.1.1.4. Láminas de unión o cartelas

Se debe verificar que los ejes de los elementos que llegan a las conexiones de las celosías coincidan en el

mismo punto y no tengan excentricidades. El Código Colombiano de Diseño Sísmico de Puentes establece

“la excentricidad en los detalles de conexión tiene una gran influencia sobre la resistencia del elemento y

consecuentemente, justifica una verificación más a fondo”. La notificación de este daño se debe realizar

por número de conexiones en las cuales se presente excentricidad. (DE & FLEXIBLES, s. f.).

Hay que determinar los aplastamientos en las platinas si los hay, este se produce en el contacto entre los

conectores y la platina a causa de los esfuerzos de compresión entre los dos elementos. Se manifiesta por

medio de una deformación en el orificio del perno en el sentido que se aplica la carga. La cuantificación

de este daño se debe realizar por número de conexiones en las cuales se presente por lo menos una

deformación de la platina por aplastamiento. Verificar en este tipo de conexiones si hay o no

desgarramiento pues este tipo de falla es uno de los más críticos en conexiones, ya que de no remediarse a

tiempo puede ocasionar el colapso de la estructura. Se presenta cuando los conectores se encuentran cerca

al borde de la platina y ésta no tiene la capacidad suficiente para absorber los esfuerzos de compresión en

el contacto con dichos elementos. (DE & FLEXIBLES, s. f.).

5.3.1.1.5. Arco

Para la revisión de estos arcos es necesario tener en cuenta los alineamientos, tanto

horizontales como verticales, se deben verificar cualquier tipo de pandeos o deformaciones,

se debe revisar también la sección y si conserva sus dimensiones originales o ha perdido

sección con respecto a la original a causa de la corrosión, se debe verificar sus conexiones,

si posee soldaduras o uniones pernadas, el correcto funcionamiento de estas, evaluar la

existencia de fisuras por fatiga, es además revisar si existen excentricidades o

desplazamientos en estas uniones o en los arcos, se evaluará si es necesario hacer una

inspección especial, y en caso de la presencia de fallos es importante llevar registro

fotográfico.

5.3.1.1.6. Pendolón

Los pendolones son elementos que generalmente trabajan a tracción, y le ayudan a la

estructura a mejorar su rigidez y su comportamiento con respecto a los vientos, en especial

son atacados por la corrosión por picadura que les puede generar fallas por fatiga además es

necesario verificar el funcionamiento de sus conexiones, para revisar si existen

excentricidades, o si están trabajando correctamente aportando a la estructura la suficiente

rigidez.

5.3.1.1.7. Viga de rigidez

Para la revisión de estas vigas es importante verificar la sección de la misma, registrar si

existen cambios significativos en la sección a causa de la corrosión, se debe verificar si

existen pandeos o deformaciones excesivas por flexión de las vigas, además es necesario

revisar en general la viga con el ánimo de buscar imperfecciones que puedan ser causa de

iniciación de fisuras de fatiga especialmente cerca a las conexiones debido a que esas suelen

ser afectadas por concentraciones de esfuerzos.

48

5.3.1.1.8. Arriostramientos

Estos elementos estructurales secundarios le aportan rigidez y estabilidad a los arcos, debido

a su ubicación son vulnerables a tener empozamientos y ser atacados por corrosión, por tanto

se debe revisar bien este aspecto con el fin de determinar su posible afectación, además se

deben revisar las conexiones de los arriostramientos que generalmente son pernadas para

verificar su correcto funcionamiento de identificar si son causales de fatiga al arriostramiento,

se debe revisar además si existen deflexiones excesivas de estos elementos y si este

comportamiento genera problemas de fatiga.

El sistema de arriostramiento del puente incluye el sistema de piso y el arriostramiento lateral

y superior de una superestructura tipo cercha. En el área de conexión del arriostramiento es

necesario verificar la presencia de grietas en la soldadura o la pérdida de pernos y/o remaches.

También es importante revisar la torsión de los miembros de arriostramiento.

Muchos de los elementos de la cercha superior se dañan debido al paso de camiones de altura

superior al claro vertical del elemento inferior de la cercha. En caso de que el claro vertical

no sea suficiente, este elemento inferior debe ser sustituido

5.3.1.1.9. Apoyos

Se debe especificar el tipo de apoyo empleado ya sea tipo balancín (ver figura 5.5), rodillo

(ver figura 5.6 y 5.7), fijo (ver figura 5.8), entre otros así como su estado, son un punto débil

con respecto a la fatiga, debido a que si existen desplazamientos o asentamientos pueden

generar fallas en los elementos cercanos, se debe tener en cuenta su correcto funcionamiento,

verificar si existen excentricidades y su correcta ubicación, si son apoyos metálicos es

necesario revisar si tienen problemas de corrosión, además se requiere revisar si existen

fisuras relacionadas con fatiga y si se hace necesario se recomendará una inspección especial,

se hará el respectivo registro fotográfico en caso de encontrar daños.

Figura 5.5 Apoyo tipo rodillo de acero.


Figura 5.6 Apoyo tipo balancín de acero.


49

Para el caso de apoyos de acero hay que determinar las condiciones de corrosión ya sea por

falta de pintura de protección o un inadecuado mantenimiento. Esto afecta la capacidad de

carga, porque dicha corrosión produce una disminución en su sección y/o puede afectar sus

conexiones (soldadas, pernos, tornillos u otras).

Puede haber deterioro del acero por infiltración proveniente por las juntas de dilatación lo

cual afecta en gran manera su durabilidad, los impactos fuertes de los camiones en el tablero

pueden afectar la estabilidad y pérdida de posición de algunos apoyos en especial los de

acero. Los asentamientos de las pilas o estribos producidos por su inadecuada cimentación o

por socavación pueden afectar la estabilidad de los apoyos.

5.3.1.2. Verificación de espesores de soldadura filete

Esta actividad consiste en la verificación de las dimensiones de las soldaduras tipo filete presentes en

elementos de acero armado de los puentes (tipo cajón, viga I, entre otros). Este ensayo pretende constatar

que las dimensiones de dichas soldaduras sean apropiadas con respecto a las nuevas especificaciones que

la entidad establezca o que las normas de esta área especifiquen.

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

contornes diferentes. Cada una de ellas se selecciona de acuerdo a un tamaño de soldadura en filete

requerido (Instituto de soldadura West-Arco)

Los resultados de estos ensayos deben encontrarse dentro de los criterios de aceptación y rechazo del

numeral D 1.5 de la AWS. (E. Muñoz, 2012).

5.3.2. Ensayos No Destructivos

5.3.2.1. Medidor de espesor remanente de acero estructural

Este ensayo consiste en la determinación del espesor remanente de perfiles de acero que contienen puentes

tipo como: arco, armaduras, vigas de acero de tableros mixtos, entre otros.

Figura 5.8 Apoyo tipo rodillo de acero.


Figura 5.7 Apoyo fijo de acero.


50

Las especificaciones sobre el procedimiento y los equipos (ver figura 5.9) se pueden verificar empleando

la norma ASTM E797/E797M − 10. 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%. 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

metálicos importantes, con acceso solamente de un lado.

Antes de realizar las mediciones se debe aplicar un líquido de contacto (ver figura 5.10) 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. (Muñoz, 2012).

5.3.2.2. Medidor de espesor de pintura

Consiste en la verificación del espesor de pintura de componentes de acero de los puentes tales como:

barandas, elementos de armaduras, vigas, arriostramientos entre otros.

Existen diversos equipos para medir el espesor de pinturas o recubrimientos, mediante el principio de la

incidencia entre una superficie electromagnética y una metálica (ver figura 5.11). Con estas mediciones se

certifican los espesores de la capa de pintura o recubrimiento necesarios para la protección de la estructura.

El procedimiento de este

Figura 5.9 Equipo para medir el espesor remanente

de acero.

Fuente Muñoz E., Ingeniería de puentes, 2012.

Figura 5.10 Equipo para medir el espesor remanente

de acero.


Figura 5.11 Medidor de espesor de pintura en puente

sobre carrera 5ª con calle 26 en la cuidad de Bogotá


51

Los criterios de evaluación dependen del tipo de elemento del puente y de los requerimientos de la

institución que este solicitando dicha labor. La evaluación también debe estar basada en la norma ASTM

D7091 – 13 y la del Steel Structures Painting Council. (E. Muñoz, 2012).

5.3.2.3.Verificación de torque en pernos o tornillos

Consiste en verificar el torque en pernos o tornillos que hacen parte de las conexiones de puentes de acero,

de tal 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. (Muñoz, 2012).

El procedimiento de este ensayo se puede realizar basándose en la norma ASTM A325 – 14.

5.3.2.4. Verificación de remaches

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 estén seguros sobre su apretadura. En los puentes metálicos estos remaches

pueden estar sometidos a un proceso de evaluación y mantenimiento en el cual los nuevos serán calentados

en fragua y utilizando como combustible carbón coke, 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 enfrié, lo que provocaría problemas posteriores.

En todo caso, se rechazarán todos los remaches que presenten deficiencias como falta de 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 falta de alineación en hiladas de remaches. Una vez frio el remache

se procederá a revisarlo para verificar que haya quedado bien instalado; para tal efecto se dispondrá de un

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

remache este bien asentado. Se deberán retirar los remaches sueltos y escariar todos los orificios de una

sobre medida, para instalar posteriormente nuevos pernos de acuerdo con la nueva medida 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. (E. Muñoz,

2012).

5.3.2.5.Pruebas de sanidad

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 continuación:

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 juzga la sanidad de la soldadura cuando el espécimen ensayado es

fracturado, analizando las discontinuidades presentes en la superficie de la soldadura.

52

Fractura en filete: usada principalmente en la calificación de los soldadores; se suelda una probeta

formando un ángulo de 90º entre 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 soldadura, quienes, a su vez, deben

familiarizarse con este tipo de ensayos para conocer los mecanismos de ejecución e interpretación. Los

procedimientos, equipos y criterios de evaluación de estas pruebas se encuentran especificados en la norma

AWS D.1.1. (E. Muñoz, 2012).

5.3.2.6. Tintas penetrantes

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 (ver figuras 5.12, 5.13, 5.14 y 5.15), y un indicador fluorescente con

indicación verdosa que se puede observar mediante una luz ultravioleta.

Las especificaciones de este ensayo se pueden realizar con base en las normas ASTM E165/E165M – 12 o

AWS D.1.1. En forma general su procedimiento es el siguiente:

a) 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.

b) Enseguida se procede con la aplicación del aerosol 996P(A) a la superficie, este líquido se debe

dejar trabajar de 10 a 15 minutos.

c) Se retira luego con papel o tela absorbente y se procede nuevamente a limpiar la superficie con la

aplicación d 9PR5 hasta que el aerosol 996P(A) sea retirado totalmente.

d) Se aplica el rociador 9D1 a la superficie, no sin antes ser agitado fuertemente; entonces, pasados

aproximadamente 10 minutos, se observan en las superficies líneas rojas indicando las grietas,

entre más gruesas sean estas líneas más profundas serán las grietas; en algunos casos, l aparición

de puntos rojos indicara porosidad.

e) Para finalizar se debe secar la superficie con papel limpio y enseguida realizar la aplicación de

pintura de aerosol anticorrosiva en toda el área.

Figura 5.13 Ensayo tintas penetrantes puente

Orito, Regional Putumayo.





53

Para los criterios de evaluación se deben tener en cuenta las recomendaciones de la norma. (Muñoz, 2012).

5.3.2.7. Partículas magnéticas

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.

Si la pieza de acero ha sido espolvoreada con partículas magnéticas pequeñas, estas será atraídas y

mantenidas en la discontinuidad, lo cual permite identificar donde hay grietas o discontinuidades.

Las especificaciones de este ensayo se pueden realizar basándose en las normas ASTM E709 14 o AWS

D.1.1. Existen diversos equipos para generar los campos magnéticos: electroimán, método “yoke”,

magnetismo circular (“head shot”), método de la puntas, etc. Esta prueba es especialmente conveniente

para soldadura de filete, donde ni la radiografía ni la prueba ultrasónica pueden ser usadas. El

procedimiento es el siguiente:

a) Se debe realizar una adecuada limpieza así como el secamiento de la misma.

b) Aplicar color de contraste en el área de prueba: se puede utilizar Castrol 710.

c) Acomodar el magneto en el lugar de inspección a través de sus pata ajustables; encenderlo.

d) Antes de la aplicación del aerosol, se debe agitar muy bien la lata con las partículas magnéticas.

Se puede utilizar el Supranior 4 Black.

e) Las irregularidades en la superficie estarán determinadas por líneas negras, las cuales interrumpen

las líneas del campo magnético. Estas deben ser registradas.

f) Se debe repetir el procedimiento, pero no sin antes generar una rotación de 90º.

g) 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 está

conectado.

Para los criterios de evaluación se deben tener en cuenta las recomendaciones de la norma. (E. Muñoz,

2012)

Figura 5.15 Ensayo tintas penetrantes.





54

5.3.2.8. Ensayos de radiografía

La prueba se basa en el principio de transmisión de radiación preferencial para determinar discontinuidades

superficiales o profundas, permitiendo identificar 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. 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.

Esta prueba permite identificar varias discontinuidades, tales como porosidad (produce áreas oscuras sobre

la película, porque presenta una perdida significante de material); inclusiones metálicas (produce áreas

claras debido a su densidad) e inclusiones no metálicas (produce áreas oscuras). Para la realización de este

ensayo es necesaria la utilización de equipos de radiación, con 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.

En las figuras 5.16 se presenta el efecto de la densidad del material en la transmisión de radiación y en la

figura 5.17 se observa el efecto del espesor de la parte en la transmisión de radiación.

Su procedimiento, equipos y criterios de evaluación se encuentran especificados en las normas ASTM

E1030 - 05 (revisada en 2011) o AWS D.1.1. (Muñoz, 2012).

5.3.2.9. Ultrasonido

Esta prueba se basa en la utilización de ondas de sonido de frecuencia, la cual mide propiedades tanto

físicas como geométricas del material que se está inspeccionando. Los transductores 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 la forma de onda de sonido), a partir de la

conversión de energía eléctrica (en forma de voltaje aplicado); esto se logra mediante el fenómeno de efecto

piezoeléctrico producido cuando el traductor ejecuta la conversión.

Figura 5.17 a) Efecto del espesor de la parte en la

transmisión de radiación.


Figura 5.16 b) Efecto de la densidad del

material en la transmisión de radiación.


55

En la figura 5.18 vemos un equipo Quantum QBT+2 y falla en la soldadura para prueba de ultrasonido, en

la figura 5.19 vemos la realización de la prueba de ultrasonido.

Su procedimiento, equipos y criterios de evaluación se encuentran especificados en las normas ASTM

E164 − 13 o AWS D.1.1. El transductor se coloca en la caja negra, que es un sofisticado aparato electrónico

que se convierte en un aparato de medida generando pulsos electrónicos de alta precisión, de corta duración

y alta frecuencia. Esta onda sonora viaja a través del material a determinada velocidad; es necesario que

el reflector este adecuadamente orientado para permitir que el sonido regrese al transductor. El cristal

piezoeléctrico se encarga de convertir la energía en pulso eléctrico para, de esta manera ser amplificado y

graficado en un tubo de rayos catódicos y así pueda ser interpretada por el operario. (Muñoz, 2012).

5.3.3. Ensayos Destructivos

5.3.3.1. Ensayo de fatiga

Este ensayo permite determinar la capacidad que tiene cada elemento ante la aplicación de este tipo de

cargas. Es importante aclarar que las fallas por fatiga han sido algunas de las causas del colapso de algunos

puentes.

Figura 5.20 Probetas obtenidas del acero del puente de

Cajamarca, maquinadas en los laboratorios del Illinois

Institute of Tecnology, Chicago, IL, USA.


Figura 5.19 Realización de la prueba de

ultrasonido. Regional Huila.


Figura 5.18 Equipo Quantum QBT+2 y falla en la

soldadura para prueba de ultrasonido.


Figura 5.21 Maquina de fatiga tipo R.R. Moore del

Illinois Institute of Tecnology, Chicago, IL, USA.

Donde se hicieron los ensayos del puente Cajamarca


56

Dicho ensayo se puede realizar con base en las especificaciones y procedimientos estipulados en la norma

E606/E606M − 12. Para esto se puede emplear un equipo electromagnético el cual consta de un motor, un

contador de revoluciones y un sistema mecánico que permite que una probeta se gire mientras se aplica

una carga conocida (ver figura 5.21). Dicha probeta queda sometida a una flexión alternada, que se traduce

en que un punto cualquiera de la probeta queda sometido a un ciclo de cargas que va de tracción a

compresión. Esto produce fisuras las cuales se van propagando lentamente, reduciendo el área hasta un

punto tal en que la probeta no pueda resistir la carga aplicada y se rompe. Las probetas para este ensayo

(ver figura 5.23) deben cumplir con las dimensiones de las normas antes mencionadas.

Es importante tener en cuenta que dichas probetas se deben extraer de elementos secundarios del puente

de acero existente (ver figura 5.22), que no tengan una responsabilidad importante desde el punto de vista

estructural y la zona de extracción debe ser reparada y pintada para evitar la producción de discontinuidades

(ver figura 5.20). 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 puedan llegar a someter las probetas a esfuerzos simultáneos de compresión y tensión.

El resultado de este tipo de ensayo es utilizado generalmente para la evaluación de fatiga de los

componentes principales y/o conexiones del puente, para lo cual se sugiere el empleo de las

recomendaciones estipuladas en la sección 7 “Fatigue Evaluation of Steel Bridges” del manual de

evaluación de puentes existentes de Estados Unidos. (Muñoz, 2012).

5.3.3.2. Ensayo de resistencia a la tensión

Este ensayo se usa para caracterizar las propiedades mecánicas del acero tales como resistencia a la tensión,

límite de fluencia, reducción de área y alargamiento. Es una información vital en el momento de evaluar la

calidad del acero estructural 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 – 13a.

La primera etapa consiste en la extracción de muestras de acero (ver figura 5.24) en elementos no

principales del puente, de tal forma que no se genere una vulnerabilidad del mismo desde el punto de vista

estructural. Esto se puede hacer empleando equipos oxicorte para la obtención de platinas (ver figura 5.25).

Figura 5.23 Zona reparada y pintada, para evitar la

producción de discontinuidades


Figura 5.22 .Zona de extracción de muestras del

Puente Cajamarca, justo después del uso del oxicorte.


57

De dichas platinas se deben obtener las probetas para el ensayo mediante un proceso de maquinado, y con

alas dimensiones y especificaciones que establece la norma.

Se usan equipos estándares como maquina universal para prueba de tensión con graficador, extensómetros

y otros instrumentos de medición necesarios para este tipo de ensayo, con los cuales se determinan

propiedades mecánicas como: fluencia (fy), resistencia ultima (Fu), ductilidad, porcentaje de elongación,

porcentaje de reducción de área, módulo de elasticidad, límite de proporcionalidad, limite elástico y

tenacidad. Las probetas de acero deben sujetarse adecuadamente a la maquina universal para lograr una

efectiva transmisión de carga a la maquina por medio de las cabezas. Es importante que la velocidad con

que se efectúa la prueba no exceda la velocidad a la que se puedan realizar las lecturas 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 esfuerzo-deformación originada durante

la prueba.

Del ensayo se obtiene un diagrama esfuerzo-deformación, donde l 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 considera como límite de fluencia. Existen

casos en que el material no muestra una forma definida con lo cual se puede caracterizar el límite de

fluencia; para esto se obtiene un valor equivalente que puede lograrse por el método del alargamiento

específico, determinando esfuerzos ante ciertas elongaciones específicas. (E. Muñoz, 2012).

5.3.3.3.Ensayo de contenido químico

Consiste en la determinación de la composición química del acero de refuerzo o del acero estructural

mediante la norma ASTM E350 - 12. A partir de este ensayo se determina el contenido de: aluminio,

antimonio, Arsenio, azufre, boro, carbono, cobre, cromo, estaño, fosforo, manganeso, níquel, niobio,

plomo, silicio, telurio, tungsteno, vanadio, zirconio, entre otros. Con este ensayo se conocen propiedades

del acero que sirven para estimar aproximadamente su tipo, sus propiedades de ductilidad, su capacidad de

soldabilidad, entre otros.

Entre los métodos para determinar las maneras en que se encuentran las sustancias anteriormente

mencionadas, están: el gravímetro, fotométrico, destilación, neocoptrina, intercambio iónico, absorción

atómica y algunos otros. El gravímetro, 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 para la separación

de cátodo de mercurio. Los criterios de evaluación de este ensayo deben basarse en los especificados en la

norma. (Muñoz, 2012).

Figura 5.24 Equipo para extracción de muestra de

acero para ensayo de tensión y contenido químico.


Figura 5.25 Muestra de ensayo de contenido

químico y tensión.


58

5.3.3.4. Ensayo de estimación de la resistencia a la corrosión atmosférica del

acero.

Este ensayo es realizado para perfiles de acero estructural de alta resistencia y baja aleación,

placas y barras para construcción soldadas, remachadas o atornilladas, pero destinado

principalmente para su uso en puentes y edificios de estructuras soldadas, donde el ahorro en

peso o mayor durabilidad son importantes. La resistencia a la corrosión atmosférica de este

acero en la mayoría de ambientes es sustancialmente mejor que la de los aceros estructurales

de carbono con o sin adición de cobre.

Cuando se expone adecuadamente a la atmósfera, este acero es adecuado para muchas

aplicaciones en condiciones al desnudo (sin pintar). Esta especificación se limita a material

de hasta 8 pulgadas [200 mm] inclusive de espesor.

Las especificaciones de este ensayo se pueden realizar con base en las normas ASTM

A588/A588M – 10.

5.4.Información de primera categoría

Para evaluar la fatiga de los puentes de acero, es necesario investigar y conocer de la

estructura, los siguientes aspectos:

a) Datos de la geometría general, secciones transversales, tipos de uniones,

dimensiones de la losa tipos de apoyos y otros.

b) Propiedades mecánicas y químicas de los materiales. Resistencia del acero.

c) Composición química del acero.

d) Patología estructural basada en ensayos destructivos y no destructivos.

e) Condición estructural, comprobada en documentos e inspecciones anteriores.

f) Información histórica y actual del tránsito (conteos, TPDS, pesajes, configuración

de los camiones, distancia entre ejes, etc.).

g) Planos de diseño, de construcción o de rehabilitación.

h) Memorias de cálculo de la superestructura.

i) Informes de construcción e interventoría.

j) Informes de inventario de inspección visual y especial.

k) Resultados de ensayos destructivos y no destructivos

l) Estudios anteriores de mantenimiento, rehabilitación o refuerzo.

Esta información es vital para conocer los antecedentes del puente y poder hacer su

correspondiente evaluación de fatiga, a nivel de inspección visual, especial y también

detallada. Es indispensable tener acceso a los documentos o que antes se enumeraron y

especialmente los planos “As Built” y los correspondientes detalles o esquemas si el puente

fue rehabilitado en diferentes ocasiones.

Si en esta fase no contamos con información de primera categoría en especial con los

numerales a y g es necesario adelantar un levantamiento tanto planimétrico como estructural

del puente, utilizando equipos de medición tales como: nivel topográfico, distanciometro,

cinta métrica, calibrador vernier o pie de rey, medidor de espesor de acero de acuerdo a lo

59

estipulado en el numeral 5.3.2.1. Todo esto con el fin de desarrollar un modelo del puente en

elementos finitos.

5.5. Información histórica y actual del tránsito

Es de gran importancia conocer a cerca del comportamiento histórico del tránsito para de esta

manera poder determinar la tasa de crecimiento así como la realización de los aforos donde

vamos a obtener el volumen de transito específicamente el TPD, los cuales son factores

fundamentales para predecir la vida a fatiga de los elementos estructurales en los puentes de

acero.

5.5.1. Transito promedio diario (TPD)

Se define el volumen de transito promedio diario (TPD), como el número total de vehículos

que pasan durante un periodo dado (en días completos) igual o menor a un año y mayor que

un día, dividido entre el número de días del periodo. De acuerdo al número de días de este

periodo se presentan los siguientes volúmenes de transito promedio diarios, dados en

vehículos por día:

a) Transito promedio diario anual (TPDA)

b) Transito promedio diario mensual (TPDM)

c) Transito promedio diario semanal (TPDS)

5.5.2. Histórico, tendencias y crecimiento

El análisis de la evolución histórica del tránsito es esencial para definir la tasa o las

tendencias de su crecimiento. El volumen del tránsito futuro de una vía en servicio, puede

ser evaluado de acuerdo a diferentes métodos de regresión y proyección, gracias al análisis

estadístico de los datos históricos de los aforos realizados para obtener la tasa de crecimiento

anual. Como en la mayoría de regiones del país no se cuenta con series históricas, esto lleva

a estimar y aplicar modelos de proyección basándose en aforos para hallar el transito

promedio diario como en el caso de los TPD del INVIAS en el año inicial y utilizar una tasa

de crecimiento que generalmente es una variable subjetiva y no objetiva del diseñador o

planificador sobre la zona de influencia del estudio. (Torres Sanabria & others, 2007)

5.5.3. Aforos en campo

El personal dedicado al trabajo de campo para realizar mediciones de los volúmenes de

transito se le denomina aforador de tránsito. Los aforos de transito pueden realizarse de

manera manual o mecánica. Cuando la información deseada no puede obtenerse mediante el

uso de dispositivos mecánicos es cuando empleamos los aforos manuales, los cuales permiten

la clasificación de vehículos por tamaño, tipo, numero de ejes etc., también son usados con

frecuencia para calibrar los aforadores mecánicos.

60

5.5.4. Sistemas de pesaje

Actualmente, el control y estudio de las cargas de los tracto camiones que circulan por la Red

Vial Nacional de Colombia, se realiza a través de sistemas de pesajes estáticos y en

movimiento, que son administrados por parte del INVIAS, Instituto Nacional de Concesiones

(INCO) y las Concesiones.

Por otro lado, en el mundo existen dos sistemas de pesaje en movimiento basados en las

especificaciones internacionales de la norma ASTM E1318-02 (ASTM 2002) que describe

los métodos de prueba para evaluar y calibrar los sistemas WIM utilizando vehículos de

prueba de pesos y dimensiones estáticas conocidas. La evaluación del sistema WIM abarca

actividades en el lugar para determinar si se cumplen las mediciones del sistema WIM a las

tolerancias de error. Tanto la evaluación y calibración requieren dos camiones de prueba de

pesos y dimensiones conocidas. Esta norma permite al usuario modificar los requisitos de

rendimiento del sistema WIM a través del proceso de adquisición de equipos.

El primero, es denominado WIM (Weight in motion), que consiste en medir las fuerzas estáticas y

dinámicas de los ejes de un vehículo en movimiento permitiendo almacenar datos sobre el peso de los

vehículos, el volumen de tráfico, su clasificación y velocidad. Por su forma y manera de instalación

tiene la ventaja que los conductores no están enterados de la operación de pesaje y no intentan evitarla,

generalmente se encuentran después de un peaje y cuando detectan un camión sobrecargado, lo dirigen

a una estación fija (estática), de tal forma que se compruebe la sobrecarga y eventual sanción. Este

sistema ha servido para supervisar los vehículos sobrecargados que intentan evadir la normativa de un

País, habiéndose implementado en el mundo como fruto del crecimiento de tráfico durante las últimas

décadas y buscando la protección de las obras de infraestructura vial, especialmente los puentes.

El segundo sistema de pesaje en movimiento consiste en un pesaje a través de un puente instrumentado

y se denomina BWIM (Bridge Weight in motion), permite determinar el peso dinámico (total y por

ejes, entre otros) de los camiones pesados que circulan sobre un puente, basados en su instrumentación

y en desarrollos matemáticos denominados Algoritmos genéticos. (Edgar Muñoz, Gómez, Núñez, &

Florez, 2011)

Los sistemas de pesaje me dan la posibilidad de obtener las cargas reales por eje de los

camiones tipo, las cuales se emplearan en conjunto con el estudio de tránsito estableciendo

un análisis probabilístico como por ejemplo el método de Montecarlo para poder llevar esto

al modelo de elementos finitos.

5.6.Monitoreo de cargas, esfuerzos y deformaciones de servicio durante operación

Para la evaluación de estructuras existentes, es relevante validar los modelos computacionales y así

determinar la importancia de las variables involucradas en el análisis de confiabilidad estructural. Dadas

las características de las estructuras a evaluar es necesario tener equipos de medición que se adecuen a sus

condiciones (geometría, tipología, etc.). Dicho equipo debe ser robusto y confiable, ya que las condiciones

climáticas o de instalación pueden ser exigentes. (E. E. Muñoz & Núñez, 2005)

La localización de las zonas de monitoreo obedece a una previa investigación de los máximos

esfuerzos que se registran en los elementos de la estructura metálica mediante inspecciones

visuales y por medio del modelo de elementos finitos, de acuerdo con la tipología del puente.

61

Existe una gran variedad de sistemas de medición para determinada variable física y para cada tipo de

aplicación en ingeniería de puentes. Determinar el sensor o método apropiado depende de factores que

van desde la precisión deseada hasta costos o condiciones de instalación y funcionamiento. Se requiere

medir el comportamiento de las estructuras, específicamente sus deformaciones, dadas unas

condiciones de cargas especiales y particulares. (E. E. Muñoz & Núñez, 2005)

A continuación se listan algunos dispositivos para medir el desplazamiento lineal:

LVDT (Linear Variable Diferential Transformer)

Interferómetros láser

Ultrasonido

Encoder óptico

Medidores magnéticos de desplazamiento.

Los sensores más comunes para instrumentación de deformaciones unitarias y fuerza son las galgas

piezo-resistivas (de película conductora y semiconductoras) y los sensores de película bi-refrigerante.

Los strain gages tienen una medida de deformación muy usada ya que es la base para adquisición de

otras variables que se derivan de esta. Se obtiene al medir las variaciones de resistencia eléctrica sobre

un elemento que cambia su longitud y el área de conducción al ser deformado en cierta dirección. (E.

E. Muñoz & Núñez, 2005)

Con la instrumentación con estos dispositivos lo que se pretende es poder determinar los

esfuerzos producto de las cargas por eje de las diferentes categorías del tránsito pesado, y

con esto poder calibrar el modelo de elementos finitos.

5.7.Evaluación de la vida a fatiga

Para la evaluación de la vida a fatiga se aplicaran las metodologías tanto de Estados unidos

como de Europa.

Para aplicar la metodología de Estados Unidos se utilizara el el manual AASHTO MBE

(2011) para la evaluación de puentes, con enfoque en la Sección 7 “Fatigue Evaluation of

Steel Bridges”.

Para la aplicación de la metodología de Europa se hace necesario la utilización del

Eurocódigo 3: Proyecto de estructuras de acero. Parte 1-9: Fatiga (2013), para la estimación

de la vida restante a fatiga de los elementos del puente.

Para proceder a calcular la vida remanente de los diferentes elementos estructurales del

puente esta se determina con base en los detallados aproximados de armado y afectación de

los elementos estudiados.

Para esto se utilizaron las recomendaciones de Ang y Munse (1975), sobre tipos de secciones

a analizar, los cuales están consignados en la AASHTO MBE (2011) (Ver Figura 5.26 y

5.27).

“Para propósitos de estudios de fatiga, estos valores son bastante aceptados, debido a que

dicho estudio basó la construcción de las curvas S-N para obtención de parámetros de forma

62

(C) y de calidad del acero (m), en varios tipos de detallados tanto de armado estructural,

como de unión entre elementos.”(E. Muñoz, 2013a)

Los tipos que se van a utilizar para los análisis de fatiga son:

Figura 5.26 Valores de m y c para elementos de acero en puentes.

Fuente (Ang and Munse, ASCE Structural Eng. Conference, 1975)

63

Figura 5.27 Valores de m y c para elementos de acero en puentes.

Fuente (Ang and Munse, ASCE Structural Eng. Conference, 1975)

Con base en la totalidad de los datos obtenidos por simulación (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 y usando un número finito de clases para su organización. La relación que se establece

entre la cantidad de solicitaciones en cada nivel de esfuerzos (Si) para las condiciones actuales del

tránsito y la totalidad del número de cargas que generan esfuerzos (Na), tomados de la simulación, se

denominará αi. Este procedimiento se detalla en la tabla 5.1.

64

Los resultados para cada elemento se presentan a continuación:

Tabla 5.1 Metodología de clasificación de esfuerzos para los rangos de estudio, y

determinación de los factores de ponderación de esfuerzos (αi).

Rango de Esfuerzos

de la simulación.

Numero de ciclos

presentes para este rango

de esfuerzos

Relación αi.

S1 n1 α1= n1/Na

S2 n2 α2= n2/Na

… … …

Si ni αi= n2/Na

Totales ∑ni=Na

Una vez establecida la distribución de esfuerzos para cada elemento y teniendo en cuenta las cargas

plenas del tránsito 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 elemento

estructural bajo estudio con base en la ley de Miner (Miner, 1945) como la sumatoria de las relaciones

entre la cantidad de esfuerzos presentes para los diferentes números de ciclos para cada rango de

esfuerzos estudiado (ni), y el Número teórico de ciclos necesario para llevar dicho elemento estructural

con parámetros (c y m constantes) al nivel de esfuerzos estudiado (Si), de la siguiente manera:

Daño = ∑𝑛𝑖

𝑁𝑖

𝑛𝑖=1

Teniendo en cuenta lo expuesto en la ecuación anterior y reemplazando los Ni como se expresa

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

𝐷 =𝛼1 ∗ 𝑁1

(𝑐

𝑆1𝑚)

+𝛼2 ∗ 𝑁2

(𝑐

𝑆2𝑚)

+ ⋯ + 𝛼𝑖 ∗ 𝑁𝑖

(𝑐

𝑆𝑖𝑚)

Haciendo una simplificación de términos lo anterior se puede expresar como:

𝐷 =𝑁𝑎

𝑐[𝛼1𝑆1

𝑚 + 𝛼2𝑆2𝑚 + ⋯ + 𝛼𝑖𝑆𝑖

𝑚]

Dado que se asume que el elemento estructural presentará mecanismos de fatiga cuando el daño sea

cercano o igual a 100%, entonces Na será cada vez más cercano a NT, entonces considerando D=1, se

puede expresar como:

𝑁𝑇 =𝑐

[𝛼1𝑆1𝑚 + 𝛼2𝑆2

𝑚 + ⋯ + 𝛼𝑖𝑆𝑖𝑚]

De esta manera se determina la cantidad de ciclos necesaria para llevar cada elemento estructural a

mecanismos de fatiga. Para los diferentes elementos estructurales y con base en los valores de c y m

asumidos. Una vez obtenido el número de ciclos aproximado para generar daño por fatiga en el

65

elemento estructural, se determina el 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 poder obtener matemáticamente la vida

remanente del elemento estructural analizado. (E. Muñoz, 2012)

Vale la pena aclarar que este tiempo remanente está estimado teniendo como premisa el

hecho que el tránsito, ha sido el mismo durante todos los años que indica el cálculo, lo que

es aproximado debido a la gran variabilidad del mismo.

Del manual (AASHTO 2003), o de forma equivalente en el artículo 3.2 de la Guía (AASHTO

1990) y en el artículo 7.2.5 de la MBE (AASHTO 2011), la siguiente ecuación es

proporcionada para calcular el tiempo estimado t de la vida de fatiga de un detalle propenso

a fatiga.

t =Log(

r∗NTb(365∗ADT)

+1)

Log(1+r) (2)

Donde:

NT: Número de ciclos necesaria para llevar cada elemento estructural a mecanismos de

fatiga

ADT: Tránsito promedio diario anual

r: Tasa de crecimiento anual

b: Parámetro de distribución del tránsito pesado sobre el puente

El Eurocódigo 3 (2013) calcula el factor de daño por fatiga D con base en la ley de Miner.

Los pasos de calcular el factor de acumulación de daño por fatiga D se pueden resumir como

sigue:

a) Utilizar medidas de deformación o cálculos teóricos de la respuesta esfuerzo de

tensiones para pasajes de trenes de carga, determinando la variación del rango de

esfuerzos en el tiempo.

b) Determinar el rango de esfuerzos para el tren de carga más pesado.

c) Utilizar datos estadísticos para determinar la carga total del tren que ha pasado por el

puente durante su vida.

d) Transformar los pasajes del tren de carga en un número de "pasajes equivalentes de

tren de carga'' mediante el uso de los resultados de la etapa a y b.

e) Calcular el factor de acumulación de daño por fatiga D igual ∑𝑛𝑖

𝑁𝑖Ni / Ni para esos

“pasajes equivalentes tren de carga”.

Si el factor D se encuentra por encima de 1,0, los resultados (según la teoría) determinan que

la vida útil del puente está cerca de su fin. Pero el puente aún puede estar en condiciones

excelentes sin mostrar ningún signo de agrietamiento por fatiga. Una investigación

66

exhaustiva de control de la fisuración debe confirmar este hecho antes de decidir sobre el

futuro la vida útil del puente.

Si, aun los cálculos teóricos del factor de acumulación daños por fatiga D están por debajo

de 1.0, del futuro de la “vida a fatiga” se puede hacer una estimación más “precisa”. Con

respecto al tránsito hoy y el aumento esperado en el tránsito futuro, se puede hacer una

estimación teórica de un remanente de la vida a fatiga.

Aquí hay que añadir la advertencia de que la teoría se simplifica y se basa en suposiciones,

y las grietas pueden iniciarse antes de que el factor de acumulación de daños por fatiga sea

igual a 1.0. El efecto de tensiones de esfuerzo secundarias es siempre difícil de tomar en

consideración.

5.8. Fatiga acompañada por corrosión

Es muy importante analizar con sumo cuidado la aparición de cualquier grieta que aparezca

en un elemento estructural sometido a tensiones mecánicas en un medio corrosivo agresivo,

como es el que se puede presentar en los elementos y conexiones de los puentes de acero.

Los fenómenos de la corrosión bajo tensión se aceleran mucho debido a la concentración de

las tensiones en medios agresivos siendo un factor significativo además el de los defectos de

fabricación que puedan existir en las piezas metálicas. El análisis estructural de cada

elemento que presente grietas debe concretarse a las condiciones reales de su utilización, con

el análisis exhaustivo de las cargas, las solicitaciones y las pérdidas de área útil por efecto

de la corrosión superficial. (Ayón, Leyva, & Quesada, 2010)

Según Ayón et al, cuando el tamaño de las grietas es considerable, las soluciones deben

dirigirse a eliminar o atenuar las tensiones ya que el fallo puede producirse bruscamente, ya

que es muy difícil recuperar la resistencia del elemento estructural cuando el factor de

intensidad de la tensión aumenta, por efecto de la tensión, hasta un punto cercano al límite

de rotura. Pero lo más importante es realizar el análisis específico de cada elemento

estructural en su situación propia.

Debido a lo anterior es importante considerar el efecto de la corrosión y más cuando se está

determinando en un elemento o conexión estructural su vida remanente a fatiga, para ello en

esta metodología se hace necesario:

a) La utilización de un ensayo de estimación de la resistencia a la corrosión atmosférica

del acero, cuyas especificaciones se pueden realizar con base en las normas ASTM

A588/A588M – 10.

b) En el modelo de elementos finitos que se tiene del puente, afectar las secciones

transversales de los elementos y conexiones debido a las pérdidas de área útil por

efecto de la corrosión superficial.

67

De acuerdo al modelo de elementos finitos, se pretende alterar las secciones transversales

que están afectadas por corrosión, midiendo esta de forma visual, mediante un medidor de

espesor remanente de acero estructural cuyas especificaciones sobre el procedimiento y los

equipos se pueden verificar empleando la norma ASTM E797/E797M – 10.

Determinando el área real debido a las pérdidas de área útil por efecto de la corrosión y

comparándola con el área de los planos estructurales y con base a esto determinar unos

porcentajes de corrosión que pueden ir del 5%, 10%, 20% hasta el 50% de corrosión.

Con lo anterior podemos construir una gráfica de cada elemento o conexión que este afectada

por corrosión y poder determinar su vida remanente de fatiga con corrosión de acuerdo a los

diferentes porcentajes de afectación, esto se vera de forma más completa y mediante varios

ejemplos en el capítulo de la validación de esta metodología.

68

Casos de aplicación de la metodología propuesta a escenarios probables de

puentes en arco.

Es de gran importancia dejar claro que los escenarios no existen, sin embargo se asumieron

con la variabilidad probable de proyectos reales en operación. Se tomaron cinco (5)

escenarios, tres de ellos a nivel nacional (Colombia) y dos a nivel europeo (Suecia). Con

estos ejemplos se pretenderá evaluar la capacidad de solución general de la propuesta. En

otras palabras que la propuesta sea capaz de dar un listado de actividades sin importar el

grado de complejidad conllevantes a la determinación de la vida remanente de fatiga,

simulando el porcentaje de afectación de corrosión.

6.1.Puente del Sisga (Cundinamarca).

Figura 6.1 Puente del Sisga

Tomada de http://www.panoramio.com/photo/82085309

El puente del Sisga (Ver figura 6.1 y anexo No. 2) está ubicado a 65 km de Bogotá sobre la Autopista Norte que conduce a Tunja, exactamente en el municipio de Chocontá, en el

departamento de Cundinamarca-Colombia. Este puente presenta una la corrosión

generalizada en los apoyos, en algunos elementos del cordón inferior de la viga de rigidez y

en los elementos que componen el arco. No se cuenta con datos de la geometría general,

tampoco con planos de diseño, construcción ni de rehabilitación, tampoco con estudios de

tránsito y no se tiene información de las cargas reales de los camiones que circulan allí.

69

6.1.1. Patología estructural

Se establece la necesidad de realizar además de la inspección visual, ensayos no destructivos

como destructivos ya que es necesario determinar la calidad mecánica del acero con el que

fue diseñado dicho puente entre otros.

6.1.1.1.Inspección Visual

Por medio de la inspección visual se determina que la corrosión es causada por la falta de

control de la infiltración ya que los dispositivos de juntas no son los adecuados y se ve la

falta de mantenimiento. También se ve afectado el estado de los apoyos, y se han encontrado

fallas en las soldaduras de conexión. Se ha detectado también falta de remaches y pernos,

platinas y pérdida de la sección que disminuyen por lo tanto su vida útil. Se recomienda

aumentar el mantenimiento rutinario, las inspecciones especiales y las obras de rehabilitación

de los componentes afectados.

6.1.1.2.Ensayos no destructivos

Este tipo de ensayos necesitan entrenamiento, los que se practican son los siguientes:

a) Medidor de espesor remanente de acero estructural, Norma ASTM E797/E797M −

10

b) Verificación de torque en pernos o tornillos, de acuerdo al CCDSP numeral

B.4.3.1.8.3 y B.4.17.5.4 y Tabla B.4-3

c) Verificación de remaches

d) Pruebas de sanidad, de acuerdo a AWS D.1.1.

e) Tintas penetrantes, Norma ASTM E165/E165M − 12 o AWS D.1.1.

f) Ultrasonido, Normas ASTM E164 − 13 o AWS D.1.1.

6.1.1.3.Ensayos destructivos

Este tipo de ensayos determinan la calidad mecánica del material, los que se practican son

los siguientes:

a) Ensayo de contenido químico, Norma ASTM E350 – 12

b) Ensayo de estimación de la resistencia a la corrosión atmosférica del acero, Norma

ASTM A588/A588M – 10

Para este último se sugiere modificar las secciones transversales afectadas, en el modelo de

elementos finitos.

6.1.2. Información de primera categoría

Como no se cuenta información de primera categoría se procede a realizar el levantamiento

planimétrico del puente y a generar los planos estructurales del mismo con el objeto de

obtener el modelo de elementos finitos.

70

6.1.3. Información histórica y actual del tránsito

Al no contar con esta información se procede a realizar el estudio de transito pertinente para

establecer los conteos y determinar así el TPD (Transito Promedio Diario), como también la

configuración de los camiones, distancia entre ejes, etc., y los pesajes para ello se hace

necesario utilizar el sistema de pesaje estático, obteniendo las cargas reales de los camiones

y luego mediante estos datos efectuar un análisis probabilístico (Montecarlo), para poder de

esta manera alimentar el modelo de elementos finitos.

6.1.4. Determinación de esfuerzos

Aquí se determinan los esfuerzos en los diferentes elementos y conexiones del puente con

base en el modelo de elementos finitos.

6.1.5. Caracterización a fatiga del metal base

De acuerdo a Ang and Munse, se utilizan los valores de m y c para elementos de acero en

puentes. (Depende de la geometría de conexión y del tipo de Acero AISI-1018. AISI-1045,

AISI-1090, AISI-4340). (Ang and Munse, ASCE Structural Eng. Conference, 1975. Para

poder determinar mediante la ley de Miner la cantidad de ciclos necesaria NT para llevar cada

elemento estructural a mecanismos de fatiga.

6.1.6. Vida remanente a fatiga

Esta evaluación de la vida remanente a fatiga se calcula según la AASHTO MBE (2011)

de acuerdo al numeral 5.7 de la presente metodología.

6.2. Puente de Istmina (Choco).

Puente sobre el Río San Juan ubicado en el municipio de Istmina en departamento del Chocó-

Colombia (Ver figura 6.2 y anexo No. 3). Este puente presenta una la corrosión generalizada

tanto en las vigas de rigidez, los pendolones, elementos de arco, arriostramientos como

también en los apoyos, tiene muchos daños significativos a nivel estructural, hay gran

incertidumbre de la capacidad de carga de estos componentes principales del puente, que

tienen gran parte de la responsabilidad estructural. Se cuenta con datos de la geometría

general y con un modelo de elementos finitos. No se tienen estudios de tránsito ni

información de las cargas reales de los camiones que circulan allí.

71

Figura 6.2 Puente de Istmina (Choco)


Por el estado en que se encuentra el puente se hace necesario hacer una inspección visual y

además aplicar ensayos tanto destructivos como no destructivos.

6.2.1.1. Inspección Visual

Por medio de esta se determinó que la corrosión generalizada es el daño principal de las vigas

de rigidez, apoyos, elementos de arco y arriostramientos. Además, se halló una falta de

tensión de los elementos de arrostramiento inferior, y grietas a flexión en vigas transversales

y longitudinales por fatiga de estos elementos. Otro de los problemas comunes es la

infiltración que afecta el estado de las vigas de rigidez debido al diseño inadecuado de los

drenes. Hay también problemas de vibración excesiva y elementos faltantes o pérdida de

sección en pernos y/o remaches por el fenómeno de corrosión. Se recomienda realizar una

inspección especial (estudios especializados) así como la limpieza y pintura de los

componentes de acero, reparación de los componentes (apretar uniones en vigas transversales

y mantenimiento), cambio de vigas de acero y arriostramientos.



a) Pruebas de sanidad, de acuerdo a AWS D.1.1.

72

b) Tintas penetrantes, Norma ASTM E165/E165M − 12 o AWS D.1.1.

c) Ensayos de radiografía, Normas ASTM E1030 - 05 (revisada en 2011) o AWS

D.1.1.

d) Ultrasonido, Normas ASTM E164 − 13 o AWS D.1.1.



los siguientes:

a) Ensayo de contenido químico, Norma ASTM E350 – 12.


ASTM A588/A588M – 10


Se cuenta ya con un modelo de elementos finitos del puente.




configuración de los camiones, distancia entre ejes, etc., y los pesajes para ello se hace

necesario utilizar el sistema de pesaje estático, obteniendo las cargas reales de los camiones y luego mediante estos datos efectuar un análisis probabilístico (Montecarlo), para poder de

esta manera alimentar el modelo de elementos finitos.


Se determinan los esfuerzos en los diferentes elementos y conexiones del puente con base

en el modelo de elementos finitos.


De acuerdo a AASHTO LRFD BRIDGE DESIGN SPECIFICATIONS (2012), Table

6.6.1.2.3-1 Detail Categories for Load-Induced Fatigue. Figure C6.6.1.2.5-1—Stress Range

Versus Number of Cycle.

Lo anterior para poder determinar mediante la ley de Miner la cantidad de ciclos necesaria

NT para llevar cada elemento estructural a mecanismos de fatiga.


Para el caso del puente de Istmina, debe estudiarse el eventual avance en los estados de fatiga

mediante estimaciones analíticas de vida de servicio.

73

Esta evaluación de la vida remanente a fatiga la podemos calcular según la AASHTO MBE

(2011) de acuerdo al numeral 5.7 de la metodología.

6.3. Puente Forsmo sobre el rio Aangermann (Forsmo Järnvägsbron en Suecia).

Este puente está ubicado sobre el rio Aangermann en Suecia (Ver figura 6.3 y anexo No. 4).

Presenta una corrosión generalizada no determinada. No se cuenta con información de

primera categoría como tampoco se cuenta con información histórica y actual del tránsito.

Figura 6.3 The Forsmo Bridge (Forsmo Järnvägsbron in Swedish) is a railway bridge over the

Aangermann River in Northern Sweden. Tomada de http://en.wikipedia.org


Se pretende realizar una inspección visual y además desarrollar ensayos no destructivos y

también ensayos destructivos con el fin de determinar la calidad mecánica del material.

6.3.1.1.Inspección Visual.

Los principales daños encontrados en los elementos de arco son la corrosión y el mal

detallado estructural de los atiesadores verticales y horizontales. Hay también vibraciones

excesivas producidas por el aumento del impacto y grietas diagonales en la unión entre los

elementos transversales y los arcos. Además se observa el impacto y la pérdida de tuercas en

las láminas y atiesadores con uniones incompletas y deficiencias en la soldadura. En general,

74

se han observado detalles de refuerzos inadecuados porque no tuvieron en cuenta el

fenómeno de la fatiga y algunas de las platinas adicionales no tienen la transición adecuada

que eviten la concentración de esfuerzos. También se hace necesario la verificación de

espesores de soldadura filete según D1.5 de la AWS.



a) Partículas magnéticas, Normas E709 − 14 o AWS D.1.1

b) Ensayos de radiografía, Normas ASTM E1030 - 05 (revisada en 2011) o AWS

D.1.1

c) Ultrasonido, Normas ASTM E164 − 13 o AWS D.1.1.



los siguientes:

a) Ensayo de contenido químico, Norma ASTM E350 – 12.


ASTM A588/A588M – 10.

c) Ensayo de fatiga, Norma ASTM E606/E606M - 12


Aunque no se cuenta con información de primera categoría, en este caso no es necesario

generar un modelo de elementos finitos, ya que como se verá más adelante los esfuerzos se

determinaran con base en los resultados de una instrumentación en el puente.




configuración de los camiones, distancia entre ejes, etc. y los pesajes, para ello se hace

necesario utilizar el sistema de pesaje en movimiento BWIM (Bridge Weight in motion).



en el monitoreo de cargas, esfuerzos y deformaciones de servicio durante operación.

75


Se realiza de acuerdo a los lineamientos del EUROCODIGO European Code Steel

Construction, Eurocode 3: Design of Steel Structures. Part 1-9 Fatigue. ECCS - European

Convention for Constructional Steelwork.

Lo anterior con el fin de determinar mediante la ley de Miner la cantidad de ciclos necesaria



Esta evaluación de la vida remanente a fatiga la podemos calcular según el European Code

Steel Construction, Eurocode 3: Design of Steel Structures. Part 1-9 Fatigue. ECCS -

European Convention for Constructional Steelwork.

Por medio de la estimación de acumulación de daño a fatiga podemos obtener la vida

remanente a fatiga.

6.4. Puente sobre el rio Vindel hacia Holmforsen en Rödåsel Suecia.

Puente sobre el rio Vindel en Rödåsel (Ver figura 6.4 y anexo No. 5), que es una localidad

pequeña en el municipio de Umeå ubicado al sur de la desembocadura del arroyo en Rodan

Vindelälven en Suecia. Este puente presenta una corrosión importante ya que se ha logrado

detectar sal de deshielo, arrastrada por la bruma de las carreteras. No se cuenta con

información de primera categoría. Aunque se tiene información histórica del tránsito, no se

tienen datos de las cargas reales de los camiones que allí circulan.

Figura 6.4 Figura Bridge over the Vindel river at Holmforsen in Rödåsel Sweden.

Tomada de http://en.wikipedia.org

76


Por el estado en que se encuentra el puente se hace necesario hacer una inspección visual y

además aplicar ensayos tanto no destructivos como destructivos, por cuanto es necesario

determinar la calidad mecánica del material.


Se han detectado problemas estructurales, con deflexiones excesivas, refuerzos incompletos,

arriostramientos deformados, pandeo local, soldaduras con defectos y discontinuas en

elementos sometidos a tensión. Fisuras por cortante en las vigas de rigidez, falta de pernos

evidenciando problemas de vibración y probable fatiga. Se recomiendan inspecciones

especiales (estudios especializados), con el objeto de evaluar mediante ensayos

especializados los problemas de corrosión, fatiga y capacidad carga de los elementos de la

estructura del puente.

6.4.1.2. Ensayos no destructivos



10

b) Partículas magnéticas, Normas E709 − 14 o AWS D.1.1

c) Ensayos de radiografía, Normas ASTM E1030 - 05 (revisada en 2011) o AWS D.1.1

d) Ultrasonido, Normas ASTM E164 − 13 o AWS D.1.1



los siguientes:

a) Ensayo de fatiga, Norma ASTM E606/E606M - 12


ASTM A588/A588M - 10


Aunque no se cuenta con información de primera categoría, en este caso no es necesario

generar un modelo de elementos finitos, ya que como se verá más adelante los esfuerzos se

determinaran con base en los resultados de una instrumentación en el puente.

77


Se tienen datos históricos y actuales del tránsito, pero se hace necesario determinar la

configuración de los camiones, distancia entre ejes, etc. y los pesajes, para ello es oportuno

utilizar el sistema de pesaje en movimiento BWIM (Bridge Weight in motion).



en el monitoreo de cargas, esfuerzos y deformaciones de servicio durante operación.


Se desarrolla de acuerdo al EUROCODIGO European Code Steel Construction, Eurocode 3:

Design of Steel Structures. Part 1-9 Fatigue. ECCS - European Convention for Constructional

Steelwork (2013).

Lo anterior para poder determinar mediante la ley de Miner la cantidad de ciclos necesaria



Esta evaluación de la vida remanente a fatiga la podemos calcular según el European Code

Steel Construction, Eurocode 3: Design of Steel Structures. Part 1-9 Fatigue. ECCS -

European Convention for Constructional Steelwork (2013).

Por medio de la estimación de acumulación de daño a fatiga podemos obtener la vida

remanente a fatiga.

6.5. Puente Quebrada Blanca (Cundinamarca). (Ver figura 6.5 y anexo No. 6).

El puente Quebrada Blanca (Ver figura 6.5 y anexo No. 6), está ubicado en el municipio de

Guayabetal en Cundinamarca-Colombia sobre la vía Bogotá-Villavicencio. Este puente

presenta una corrosión no determinada en gran medida sobre el cordón inferior de la viga de

rigidez y en los rigidizadores, por causa del mal estado de las juntas de dilatación que

conllevan a infiltración de aguas hacia estos elementos. No se cuenta con datos de la

geometría del puente ni planos de rehabilitación, tampoco se cuenta con datos de transito de

las cartillas del INVIAS ni se tienen datos de las cargas reales de los camiones que circulan

en el puente.

78

Figura 6.5 Puente Quebrada Blanca


Se desarrolla una inspección visual y se desarrollan dentro de los ensayos no destructivos, la

medición del espesor remanente de acero estructural y ensayo de tintas penetrantes ya que

desafortunadamente no se cuenta con más capital para poder desarrollar ensayos destructivos

que en realidad valdrían la pena para determinar la calidad mecánica del material.


Allí se determinaron fisuras posiblemente de fatiga, faltantes estructurales, zonas de

corrosión y también se hizo la verificación de espesores de soldadura filete según D1.5 de la

AWS de varios elementos de la estructura del puente.

6.5.1.2. Ensayos no destructivos



10

b) Tintas penetrantes, Norma ASTM E165/E165M − 12 o AWS D.1.1.

6.5.1.3. Ensayos destructivos

Este tipo de ensayos determinan la calidad mecánica del material, por cuestión de costos no

se practicaran ninguno de estos ensayos.

79


Como no se contó con información de primera categoría se procedió a realizar el

levantamiento planimétrico del puente con ayuda de un equipo topográfico, medidor de

espesor remanente de acero estructural entre otros, para generar los planos estructurales del

mismo con el objeto de obtener el modelo de elementos finitos de dicho puente.


En el puente se realizó un estudio de tránsito para de esta manera obtener el TPD (Tránsito

Promedio Diario), configuración de los camiones, distancia entre ejes, etc., pesajes y para

ello se hace necesario utilizar el sistema de pesaje estático, obteniendo las cargas reales de

los camiones y mediante un análisis probabilístico (Montecarlo), alimentar el modelo de

elementos finitos.



en el modelo de elementos finitos.


De acuerdo a Ang and Munse, se utilizaron los valores de m y c para elementos de acero en

puentes. (Depende de la geometría de conexión y del tipo de Acero AISI-1018. AISI-1045,

AISI-1090, AISI-4340). (Ang and Munse, ASCE Structural Eng. Conference, 1975. Para de

esta manera poder determinar mediante la ley de Miner la cantidad de ciclos necesaria NT

para llevar cada elemento estructural a mecanismos de fatiga.


Esta evaluación de la vida remanente a fatiga se calculó según la AASHTO MBE (2011)

de acuerdo al numeral 5.7 de la metodología.

En el siguiente capítulo se amplía el desarrollo de la metodología de este puente como

Validación Metodológica.

80

Validación Metodológica, Puente Quebrada Blanca

Esta etapa consistió en seleccionar un puente vehicular en arco sobre la vía Bogotá–

Villavicencio, el puente en estudio es el Puente Quebrada Blanca ubicado en el municipio de

Guayabetal (ver figura 7.1). Para ello se contactó con la concesión Coviandes, que tiene a su

cargo la administración de la carretera Bogotá – Villavicencio quienes permitieron la

autorización para poder realizar el levantamiento del puente por consiguiente poder realizar

la respectiva inspección visual y ensayos no destructivos (END).

Ubicación:

El Puente Quebrada Blanca está ubicado cerca al municipio de Guayabetal el cual se

encuentra sobre la cordillera oriental a 1.500 msnm, en la región Oriental del Departamento

de Cundinamarca, sobre la vía que conduce de Bogotá a Villavicencio a 65 Km distante de

la capital. Exactamente en el Km PR. 73+700 aproximadamente a 45 minutos de la ciudad

de Villavicencio.

Para evaluar la vida a fatiga de los diferentes elementos del puente de Quebrada Blanca, fue

necesario investigar y conocer de la estructura los siguientes aspectos:

Datos de la geometría general, secciones transversales, tipos de uniones, dimensiones

de la losa, tipo de apoyo y otros, para lo cual se procedió a hacer un levantamiento

planimétrico del puente para de esta manera poder desarrollar el modelo

tridimensional del mismo.

Figura 7.1 Ubicación del puente Quebrada Blanca. Fuente propia

81

Patología estructural basada en ensayos no destructivos.

Condición estructural, comprobada en documentos e inspecciones anteriores.

Información histórica y actual del tránsito (conteos, TPDS, pesajes, configuración de los camiones, distancia entre ejes, etc.).

En general esta labor es dispendiosa, considerando que en muchos de los casos las entidades

públicas no poseen un archivo completo de la información de sus puentes para lo cual se hace

necesario hacer un estudio de campo muy exigente para tener toda la información que sea

necesaria.

7.1.Tipología del puente y zonas de investigación preliminar para detectar fatiga

y/o corrosión

En esta fase se identifica cual es la tipología de la superestructura y la infraestructura del

puente de Quebrada Blanca que es un puente vehicular en arco el cual cumple con todas las

características mencionadas en la sección 5.1. Además en esta fase se determinan cuáles

deben ser las zonas a investigar para poder detectar fatiga y/o corrosión.

7.2.Cargas variables en el tiempo

El puente Quebrada Blanca, puente a evaluar en esta metodología está sometido durante su

funcionamiento a cargas variables con el tiempo. Estas cargas en este caso son producidas

por los efectos del tránsito, variaciones de temperatura, presencia de ambientes corrosivos,

así como por la combinación de dos o más de estas causas.

7.3.Patología Estructural

Se propone en la siguiente fase una metodología para determinar las sintomatologías

estructurales con base en los siguientes puntos de la metodología:

a) Inspección visual por daños fatiga y/o corrosión de acuerdo al numeral 5.3.1

b) Determinación de las zonas de inspección visual de mayor importancia en el

puentes de acuerdo al numeral 5.3.1.1

c) Se realizó la verificación de espesores de soldadura filete de acuerdo al numeral

5.3.1.1.10

d) Dentro de los Ensayos No Destructivos del numeral 5.3.2, se realizaron Tintas

penetrantes en base a el numeral 5.3.2.6

La inspección se realizó de forma visual y con líquidos penetrantes. En puntos críticos de la

estructura del puente sobre la “Quebrada blanca” del municipio de Guayabetal,

Cundinamarca.

82

Procedimiento:

Todas y cada una de las soldaduras inspeccionadas fueron identificadas y marcadas, evitando

marcaciones permanentes. Se realizó una limpieza química para su inspección y solo sobre

aquellas que mostraban duda sobre la existencia y la magnitud de alguna discontinuidad, se

procedió a remover la pintura, hasta obtener una excelente limpieza y luego se utilizó el

método de Líquidos penetrantes (LP), para su correspondiente inspección.

Para la aplicación de la técnica de LP, se realizaron los siguientes pasos:

1 Limpieza inicial y secado: Consistió en limpiar perfectamente la zona de interés a ser

ensayada de tal forma de dejar las posibles discontinuidades libres de suciedad o materiales

extraños y su posterior secado.

2 Aplicación del Líquido Penetrante y Tiempo de penetración: Se cubrió la superficie de

interés con el LP y se dejó transcurrir el tiempo necesario para permitir que el LP se

introdujera mediante el fenómeno de capilaridad en las discontinuidades.

3 Limpieza intermedia: Se procedió después a remover el exceso de LP de la superficie, con

mucho cuidado evitando extraer aquel que se encuentra dentro de las discontinuidades.

4 Aplicación del revelador: Sobre la superficie ya preparada se colocó el revelador en forma

finamente pulverizada en una suspensión alcohólica y una vez evaporada, dejo una fina capa

de polvo.

5 Inspección y evaluación: Esta fina capa de revelador absorbió el LP retenido en las

discontinuidades, llevándolo a la superficie para hacerlo visible por contraste, en donde las

indicaciones fueron registradas y respectivamente evaluadas.

6 Limpieza final: Aunque los agentes químicos utilizados no son corrosivos, en los

materiales ensayados se eliminaron sus restos para prevenir posteriores ataques y

consecutivamente fueron pintados y dejados en óptimas condiciones.

Las aplicaciones de soldadura se revisaron por inspección visual, de acuerdo a lo exigido por

Bridge Welding Code: AASHTO/AWS D1.5M/D1.5:2010. Utilizando para ello las

herramientas requeridas como son: Cepillos (grata), Reglillas, Galgas, Flexo metro, etc. y

para la inspección con líquidos penetrantes se utilizaron los aprobados por ASME Sec. V.

Se registra fotográficamente cada una de las soldaduras inspeccionadas especialmente

aquellas que presentan discontinuidades.

En la inspección realizada en cada uno de los puntos seleccionados se observó lo siguiente:

83

PUNTO No. 1: Soldadura de Filete al terminar el pendolón y el arco (ver figura 7.2).

En la figura 7.3 se ve la aplicación de las tintas penetrantes y en la figura 7.4 de determino

la inspección y evaluación de la soldadura.

Resultados:

Las aplicaciones de soldadura en la pieza presentan sanidad y buena apariencia, dando

cumplimiento a lo exigido por AASHTO/AWS D1.5, Numeral 3.6, Figura 3.3, Cap.6 y Anexo

J.

Figura 7.2 Limpieza inicial de Soldadura de Filete al terminar el pendolón y el

arco para END.

Figura 7.3 Figura 7.3 Aplicación de tintas penetrantes.

Figura 7.4 Inspección y evaluación de soldadura.

84

PUNTO No. 2:

A-Nudo inferior; Aplicaciones de soldadura sobre las diagonales (2):

Figura 7.5 Limpieza del elemento del cordón

inferior.

Figura 7.6 Verificación soldadura cara

anterior.

Figura 7.8 Verificación soldadura cara

posterior.

Figura 7.7 Falta de llenado con material de aporte en la

soldadura.

85

Resultados:

Las aplicaciones de soldadura entre las diagonales y la cartela vertical (ver figuras de la 7.6

a la 7.10) presentan una apariencia irregular, Falta de llenado con material de aporte,

Socavado excesivo en longitudes superiores a 50mm y una profundidad de 1/8”, Perfiles de

soldaduras de filete desiguales (9x4mm) sobre montas en presentación, Falta de llenado en

cráter. Las cuales no cumplen con la norma establecida.

Ver: AASHTO/AWS D1.5, Numeral 3.6, Figura 3.3, Cap.6 y Anexo J.

B- Base del cajón inferior;

Figura 7.10 Soldadura con socavado excesivo.

Figura 7.9 Soldadura en la cartela vertical

con apariencia irregular.

Figura 7.11 Garganta insuficiente 40 mm. Figura 7.12 Discontinuidades en la

soldadura de 15 mm.

86

Resultados:

A-Entre la tapa del cajón y la cartela vertical, existe una garganta insuficiente (falta de

llenado) de soldadura de 40mm x 15mm, que facilita la entrada de aguas pluviales (ver

figuras 7.11 y 7.12).

B- Entre las soldaduras de filete, existe una garganta insuficiente de 15mm (ver figura 7.13).

Ambas discontinuidades fuera de la norma AASHTO/AWS D1.5.

PUNTO No. 3: Nudo inferior y las diagonales desde la calzada:

Figura 7.13 Garganta insuficiente 15 mm.

Figura 7.15 Acumulación de agua y vegetación en las

diagonales del cordón inferior por mal estado de las juntas.

Figura 7.14 Verificación de soldaduras.

87

Resultados:

A- En la parte inferior de la Junta (ver figuras 7.14 a la 7.17), donde descansan las diagonales,

a pesar de la entrada permanente de aguas pluviales y el nacimiento de vegetación, no se

evidencia corrosión o discontinuidades visibles.

B- Las soldaduras de filete presentan buena apariencia y sanidad (ver figura 7.18), pero la

entrada permanente de aguas pluviales no permiten la inspección por líquidos penetrantes.

Figura 7.16 Acumulación de agua y vegetación en

el cordón inferior por mal estado de las juntas. Figura 7.17 Limpieza para posterior verificación de

soldaduras

Figura 7.18 Soldaduras de filete presentan buena apariencia

y no se evidencia corrosión.

88

PUNTO No 4; Parte inferior de la Junta de la calzada.

Resultados:

Las vigas transversales y longitudinales (ver figuras de la 7.19 a la 7.22) se ven afectadas y

presentan corrosión leve por la entrada permanente de aguas pluviales, lo cual no permite

generar la inspección con PT.

Por la condición de la losa se hace necesario un mantenimiento más frecuente, para evitar

un rápido deterioro de los elementos.

Figura 7.22 Corrosión en vigas longitudinales. Figura 7.21 Corrosión en vigas transversales.

Figura 7.19 Vigas transversales y longitudinales

presentan corrosión. Figura 7.20 Corrosión producida por entrada

permanente de aguas pluviales.

89

PUNTO No.5; Diagonales al cajón inferior;

Resultados:

Las soldaduras de filete vertical (ver figuras de la 7.23 a la 7.26) muestran, Garganta

insuficiente, Socavado excesivo, Convexidad excesiva, Condiciones inaceptables para AWS

D1.5.

Numeral 3.6, Figura 3.3, Cap.6 y Anexo J.

Figura 7.23 Diagonales del cordón inferior cuyas

soldaduras presentaron garganta insuficiente. Figura 7.24 Diagonales del cordón cuyas soldaduras

presentaron socavado excesivo y convexidad

excesiva.

Figura 7.26 Soldaduras de filete vertical que

muestran convexidad excesiva. Figura 7.25 Soldaduras de filete que presentan socavado

excesivo y convexidad excesiva.

90

PUNTO No 6; Refuerzo superior del ARCO;

Resultados:

Las aplicaciones de soldadura a tope en el refuerzo del arco (ver figuras de la 7.27 a la 7.30),

presentan sanidad, buena apariencia, cumpliendo con AWS D1.5.

Figura 7.27 Verificación de soldaduras en el

elemento de arco. Figura 7.28 Verificación del refuerzo superior en el

elemento de arco.

Figura 7.30 Verificación de soldaduras a

tope en el elemento de arco.

Figura 7.29 Soldadura a tope en el refuerzo del

arco presenta sanidad y buena apariencia.

91

PUNTO No 7; Refuerzo vertical del Arco:

Resultados:

Algunas de las soldaduras de filete horizontal (ver figuras de la 7.31 y 7.32) y las uniones a

tope vertical, del refuerzo vertical lateral del arco (ver figura 7.33), muestran garganta

insuficiente, pierna insuficiente, porosidad, socavado excesivo. Fuera de norma de acuerdo

al numeral 3.6, Figura 3.3 y Capitulo 6 parte D, Anexo J, de AASHTO/AWS D1.5.

Figura 7.32 Soldadura de filete horizontal que presenta

pierna y garganta insuficiente, porosidad y socavado

excesivo.

Figura 7.33 Uniones a tope vertical presentan

garganta insuficiente y socavado excesivo.

Figura 7.31 Refuerzo vertical del arco.

92

PUNTO No. 8: Refuerzos en el Arco:

Resultados:

Algunas de las soldaduras de filete en la base y en las uniones verticales del refuerzo vertical

del elemento de arco (ver figuras de la 7.34 a la 7.37), muestran garganta insuficiente, pierna

insuficiente, socavado excesivo. Fuera de norma de acuerdo a AASHTO/AWS D1.5.

Figura 7.34 la soldadura de filete en las uniones

verticales del refuerzo vertical del elemento de

arco, muestran garganta insuficiente, pierna

insuficiente, socavado excesivo.

Figura 7.36 Aplicación del revelador en la

superficie de interés, no se presentan

discontinuidades mayores.

Figura 7.35 Limpieza inicial y secado de la soldadura.

Figura 7.37 Aplicación del Líquido Penetrante en la

superficie de interés.

93

PUNTO No. 9: Punto que presenta oxidación sobre el arco.

Resultados:

Se inspecciona el depósito de soldadura que presenta picado por corrosión (ver figuras 7.38

y 7.39), pero no presenta discontinuidades mayores, se limpia y se pinta, quedando en

condiciones aceptables de acabado.

Figura 7.38 Limpieza del depósito de soldadura que presenta picado por corrosión para END.

Figura 7.39 END de tintas en donde no se presentan discontinuidades mayores.

94

PUNTO No. 10: Base de los rigidizadores.

Todas las soldaduras de las bases de los rigidizadores (ver figuras 7.40 y 7.41) se encuentran

en buen estado a pesar de la coloración que presentan por la oxidación de los elementos

tensionados (rigidizadores).

PUNTO No. 11: Apoyos.

Figura 7.40 Soldaduras de las bases de los

rigidizadores se encuentran en buen estado.

Figura 7.42 Apoyo tipo balancín completamente

deformado.

Figura 7.41 Base de los rigidizadores.

95

Los apoyos son tipo balancín, en la figura 7.42 él apoyo está completamente deforme, no

funciona como apoyo, y debe ser remplazado.

PUNTO No. 12: Arcos

Deformación en el flange del elemento de arco roblonado (ver figura 7.43), al parecer por

impacto.

PUNTO No. 13: Base de los Arcos

Figura 7.43 Deformación de la aleta inferior del elemento de

arco remachado.

Figura 7.44 Acumulación de partículas sólidas,

vegetación y generación de oxidación. (Arco

nororiental).

Figura 7.45 Acumulación de partículas sólidas,

vegetación y generación de oxidación. (Arco

noroccidental).

96

En la base del elemento de arco se observa acumulación de partículas sólidas y vegetación

(ver figuras 7.44 y 7.45), generando humedad permanente en esta zona y por ende oxidación.

PUNTO No. 14: Refuerzo de los Arcos

La cara superior en la figura 7.46 e inferior del elemento de arco en la figura 7.47 tiene una

lámina de acero en el centro en sentido longitudinal de 9 mm de espesor utilizada como

reforzamiento del elemento, con soldadura de filete discontinua que permite la penetración

de agua generando oxidación.

PUNTO No. 15: Viga transversal del Arco:

Figura 7.47 Cara inferior del elemento de arco con

lámina de acero con soldadura de filete discontinua.

Figura 7.46 Cara superior del elemento de arco con

lámina de acero con soldadura de filete discontinua

Figura 7.48 Viga transversal en “I” del arco presenta una deformación por

colisión.

97

La viga en I transversal del arco en la figura 7.48 presenta una deformación por colisión.

PUNTO No. 16: Barras de acero de alta resistencia

Las barras de acero de alta resistencia (ver figuras 7.49 y 7.50), que colocaron para reforzar

el puente generan movimientos excesivos, presentan asimetría, los empalmes de estas en

ambos extremos presentan excentricidades entre 3 y 5 cm aproximadamente, y un grado de

leve de corrosión. Mecánicamente estas barras no están cumpliendo con su función de

tensionamiento.

Figura 7.50 Las barras de acero de alta resistencia

presentan asimetría y un grado de leve de

corrosión..

Figura 7.49 Las barras de acero de alta en ambos

extremos presentan excentricidades entre 3 y 5 cm

aproximadamente, y un grado de leve de corrosión.

98

PUNTO No. 17: Pendolones

Los pendolones que se encuentran ubicados en el centro de la luz del puente presentan un

pandeo importante (ver figuras 7.51 y 7.52).

Figura 7.52 Pandeo en los pendolones del centro de la

luz con falta de alineación de los cables.

Figura 7.51 Pandeo en los pendolones del centro de la

luz.

99

Se evidencio la falta de alineación de los cables y pendolones, además de corrosión en los

mismos.


de la superestructura (ver figuras 7.53 y 7.54), muestran Garganta insuficiente, Pierna

insuficiente, Socavado excesivo, oxidación fuerte. Fuera de norma. De acuerdo a

AASHTO/AWS D1.5.

PUNTO No. 18: Juntas

Los problemas más comunes en las juntas de expansión (ver figuras 7.55 y 7.56), son la

infiltración, descomposición, fractura del concreto aledaño a las juntas, agrietamiento, que

conlleva a un aumento del impacto. Se presentan problemas de infiltración, corrosión y

fractura de juntas de ángulo. En general, la mayoría de las juntas tienen problemas de diseño

estructural, lo que genera un funcionamiento inadecuado.

Figura 7.54 Soldaduras de filete en la base y en las

uniones verticales, muestran garganta insuficiente,

socavado excesivo y oxidación fuerte.

Figura 7.53 Soldaduras de filete en las uniones

verticales del refuerzo vertical presentan, pierna

insuficiente, socavado excesivo y oxidación fuerte.

100

Figura 7.55 Funcionamiento inadecuado de las juntas con fractura de las mismas, las cuales permiten la filtración de

agua y por ende la corrosión.

Figura 7.56 Funcionamiento inadecuado de las juntas con fractura de las mismas, descomposición y fractura del

concreto aledaño a las juntas las cuales permiten la filtración de agua y por ende la corrosión.

101

PUNTO No. 19: Corrosión generada por la filtración de agua por mal estado de juntas (ver

figuras de la 7.57 a la 7.65).

Figura 7.57 Corrosión generada por la filtración de agua debido a la fractura de las juntas.

Figura 7.58 Corrosión generada por la filtración de agua debido a la fractura de las juntas próximas al apoyo.

102

Figura 7.59 Corrosión en vigas tanto longitudinales como transversales, generada por la filtración de

agua debido a la fractura de las juntas próximas al apoyo.

Figura 7.60 Corrosión excesiva y pérdida de sección, generada por la filtración de agua debido a la

fractura de las juntas próximas al apoyo.

103

Figura 7.61 Corrosión excesiva con pérdida de sección y soldaduras con garganta insuficiente, pierna

insuficiente, socavado excesivo y oxidación fuerte.


de la superestructura, muestran garganta insuficiente, Pierna insuficiente, Socavado

excesivo, oxidación fuerte. Fuera de norma. De acuerdo a AASHTO/AWS D1.5.

Figura 7.62 Corrosión en el cordón inferior y en las diagonales, generada por la filtración de agua debido

a la fractura de juntas.

104

Figura 7.63 Corrosión y agrietamiento del

concreto en proximidades a la placa. Figura 7.64 Corrosión en una de las

diagonales que soporta los pendolones.

Figura 7.65 Agua estancada en la viga principal media. Afectación por corrosión.

105

PUNTO No. 20: Sobrecarga en el puente Quebrada Blanca (ver figuras 7.66 y 7.67).

El Puente de Quebrada Blanca está siendo usado por vehículos pesados, y éste cuenta con

restricción de la circulación vehicular a un solo vehículo pesado con una carga máxima de

50 toneladas.

Figura 7.66 Tres Camiones C3-S2 represados en el puente.

Figura 7.67 Sobrecarga en el puente Quebrada Blanca con camiones tipo C3-S2 y otros en ambos

sentidos.

106

7.4. Información de primera categoría.

En esta fase no se cuenta con información de primera categoría en especial con los numerales

a y g de la seccion 5.4, por lo cual se hizo necesario adelantar un levantamiento tanto

planimétrico como estructural del puente, utilizando equipos de medición tales como: nivel

topográfico, distanciometro, cinta métrica, calibrador vernier o pie de rey, medidor de

espesor de acero de acuerdo a lo estipulado en el numeral 5.3.2.1. Todo esto con el fin de

desarrollar un modelo del puente en elementos finitos.

7.4.1. Modelo estructural

El Modelo estructural fue desarrollado en Auto CAD 3D (ver figuras de la 7.72 a la 7.75), y

luego importado a SAP 2000 (ver figuras 7.78 y 7.79), con base en el levantamiento

planimétrico efectuado en campo.

Figura 7.68 Modelo 3D en AutoCAD del Puente Quebrada Blanca

107

Figura 7.69 Modelo 3D en AutoCAD Vista en Planta

Figura 7.70 Modelo 3D en AutoCAD Vista de Perfil

Figura 7.71 Modelo 3D en AutoCAD Vista Fronta

108

Las propiedades del Acero se describen en la figura 7.72.

Figura 7.72 Definición de las propiedades del Acero en SAP 2000

109

Las propiedades del Concreto se describen en la figura 7.73.

Figura 7.73 Definición de las propiedades del Concreto en SAP 2000

110

Figura 7.74 Modelo 3D en SAP 2000

La placa del tablero se diseñó como una sección de área tipo Shell.

Figura 7.75 Modelo de elementos finitos del Puente de Quebrada Blanca en Sap 2000

111

Cada elemento se modelo en la aplicación section designer del Sap 2000, de acuerdo al

levantamiento estructural efectuado en campo, por ejemplo:

El cordón superior (ver figura 7.80) está conformado por 4 ángulos de 127x127x10

milímetros.

Figura 7.76 Diseño del cordón superior en SAP 2000

112

El cordón inferior (ver figura 7.81) está conformado por 2 ángulos de 127x127x13

milímetros.

Figura 7.77 Diseño del cordón inferior en SAP 2000

113

Las diagonales (ver figura 7.82) están conformadas por 2 ángulos de 76x76x8 milímetros.

Figura 7.78 Diseño de las diagonales en SAP 2000

114

La viga transversal (ver figura 7.83) está conformada por 4 ángulos de 127x127x10

milímetros.

Figura 7.79 Diseño de la viga transversal en SAP 2000

115

El elemento de Arco (ver figura 7.84) está conformado por 8 ángulos de 127x127x13

milímetros.

Figura 7.80 Diseño del Arco en SAP 2000

116

Los pendolones (ver figura 7.85) están conformados por 4 ángulos de 50x50 milímetros,

adaptados en una sección de 300 x 300 milímetros.

Figura 7.81 Diseño de los pendolones en SAP 2000

117

Viga transversal a los elementos de Arco (ver figura 7.86).

Figura 7.82 Diseño de la viga transversal al Arco en SAP 2000

De la misma manera se diseñaron cada uno de los demás elementos como fueron los

arriotramientos de las vigas de rigidez tanto transversales como longitudinales, así como los

arriotramientos de los elementos de arco.

7.5. Información histórica y actual del tránsito

Para la caracterización de la fatiga en el puente, se debe tener información de la historia de

la carga más importante que causa esfuerzos repetitivos en el puente. Con base en los

registros de las mediciones periódicas que la Agencia Nacional de Infraestructura (ANI) hace

sobre el tránsito promedio diario (TPD) en el corredor vial Bogotá-Villavicencio, se

determinó su tasa de crecimiento anual ( basados en los porcentajes de camiones).

118

Figura 7.83 Aforos. Figura 7.84 Aforos en campo.

La actual Ruta Bogotá-Villavicencio según la ANI cuenta con tránsitos en 2010 de 7.990

vehículos/día entre Chipaque y Cáqueza, 7.905 vehículos/día entre Cáqueza y Puente

Quetame, y de 6.842 vehículos/día entre Puente Quetame y Villavicencio, con cerca de un

40% de camiones en los tres tramos, presenta en todo su recorrido un bajísimo nivel de

servicio E, derivado de sus características geométricas, una sola calzada, fuertes pendientes,

velocidad de proyecto de 50-70 km/hora, y del tránsito que soporta, sobre todo de camiones

y de todo tipo de vehículos de carga.

Las cifras del 2011 dan un promedio de 9.500 vehículos/día, con un sensible incremento

respecto al año 2010 siempre con un volumen de camiones que supera los 4.000 vehículos/día

en ambos sentidos; por último y como dato representativo de la situación actual de la TPDS

alcanzado por el estudio de tránsito en el peaje de Boquerón entre el 3 de septiembre y el 9

de septiembre de 2012, fue de 10.179 vehículos/día con un 39% de camiones y un 2% de

autobuses. El pico de tránsito alcanzado fue de 11.654 vehículos/día el viernes 7 de

septiembre de 2012.

Esta cifra, que supone 4.002 camiones/día de media semanal se reparte de forma constante

desde las 00:05 AM hasta las 23:00 PM con más de 500 vehículos/hora en ambos sentidos

de los que alrededor de 200 son camiones de gran tonelaje.

El corredor como conjunto ha experimentado un crecimiento apreciable en el periodo 2003-

2011. Para el conjunto de vehículos se ha registrado, en este periodo, una tasa media anual

del 7,4%.

De acuerdo al estudio de tránsito realizado en el 2012 en el puente de Quebrada Blanca (ver

figuras 7.83 y 7.84), durante una semana desde las 00:00 AM hasta las 23:00 PM en ambos

sentidos determine que el TPD alcanzado fue de 8251 vehículos/día con un 35% de camiones,

8% de buses y un 57% de autos de un total de 57756 vehículos, como se muestra en la

Tabla 7.1.

119

Tabla 7.1 Tránsito Promedio Diario del Puente Quebrada Blanca

Tabla 7.2 Distribución porcentual de Camiones según el TPD del Puente Quebrada

Blanca

La clasificación de los camiones se realizó de la siguiente manera:

C-2P: Camiones pequeños de dos ejes

C-2G: Camiones grandes de dos ejes

C-3-4: Camiones entre tres y cuatro ejes

C-5: Camiones de cinco ejes

>C-5: Camiones mayores a cinco ejes

Con los datos obtenidos para el TPD entre 2003-2011por la ANI y el TPD de 2012 efectuado

en el puente de Quebrada Blanca, teniendo en cuenta los % de camiones de la Tabla 7.2, se

determinó la curva de tendencia (lineal) (ver figura 7.70), con la cual se evaluó el crecimiento

del tránsito en el corredor vial del puente de Quebrada Blanca.

Utilizando los datos obtenidos del modelo lineal se proyectaron las tasas de crecimiento anual

y su correspondiente promedio. Los datos obtenidos por el modelo y las tasas de crecimiento

aproximadas año a año se muestran en la Tabla 7.3.

TPD Puente Quebrada Blanca (2012)

8251 vehículos/día

Autos Buses Camiones Total

33073 4711 19972 57756

57,26% 8,16% 34,58% 100%

57% 8% 35% 100%

Camiones de Conteo (2012)

Total Semanal y Distribución Porcentual

C-2P C-2G C-3-4 C-5 >C-5 TOTAL

4806 3672 1732 5258 4504 19972

24,06% 18,39% 8,67% 26,33% 22,55% 100%

24% 18% 9% 26% 23% 100%

120

Tabla 7.3 Tasa de crecimiento anual producto del ADTT

Año TPD %

Camiones ADTT

Lineal

(ADTT)

Tasa de

crecimiento

(%)

2003 4514 21 947,94 998,56 0

2004 5070 24 1216,80 1196,08 19,780

2005 5568 26 1447,68 1393,60 16,514

2006 6258 25 1564,50 1591,12 14,173

2007 6869 25 1717,25 1788,64 12,414

2008 6973 29 2022,17 1986,16 11,043

2009 7837 30 2351,10 2183,68 9,945

2010 7882 29 2285,78 2381,20 9,045

2011 7997 30 2399,10 2578,72 8,295

2012 8251 35 2887,85 2776,24 7,660

Total promedio 1884,02 12,097

De esta proyección lineal promedio se obtiene que el 12.09%, corresponde a la tasa de

crecimiento anual.

Figura 7.85 Comportamiento histórico del ADTT

y = 197,52x - 394634R² = 0,9714

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013

Trá

nsi

toP

rom

edio

Dia

rio P

esad

o

Año de Registro

Comportamiento histórico del TPD para tránsito pesado

ADTT

Lineal (ADTT)

121

Otra característica importante que debe definirse en el estudio de fatiga es la distribución del

tránsito pesado en los carriles de la vía. En el caso del puente Quebrada Blanca, y debido a

que hace parte de un corredor vial cuya configuración demanda obligatorio movimiento del

tránsito pesado tanto de ida como de regreso por el mismo carril que usan los automóviles,

buses y camiones, el factor de distribución de tránsito pesado b se tomó como 1.0 (Ver figura

7.71).

Figura 7.86 Parámetro b de distribución del tránsito pesado sobre el puente. Adaptado Fuente AASHTO

2011.

7.6.Monitoreo de cargas, esfuerzos y deformaciones de servicio durante operación

Para la evaluación de fatiga de estructuras existentes, es relevante validar los modelos

computacionales o calibrarlos y así poder determinar la importancia de las variables

involucradas dentro de un análisis de confiabilidad estructural. En esta sección por cuestión

de costos fue imposible la instrumentación del puente de Quebrada Blanca con el fin de

realizar el respectivo monitoreo para obtener las cargas y los esfuerzos en el tiempo debido

a estas, sin embargo los esfuerzos en el tiempo se obtuvieron por medio de una simulación

numérica gracias al modelo de elementos finitos realizado.

7.6.1. Simulación numérica

La simulación numérica se desarrolla mediante el método de Montecarlo el cual permite

resolver problemas matemáticos mediante la simulación de variables aleatorias, creadas estas

según el estudio de tránsito efectuado en el puente de Quebrada blanca y teniendo en cuenta

el porcentaje de camiones según su número de ejes como se describió anteriormente en el

estudio de tránsito.

122

Las características geométricas de los camiones antes mencionados se presentan en las

figuras 7.87, 7.88 y 7.89.

Figura 7.87 Camión tipo C2, con las cargas por eje en toneladas.

Fuente adaptada (E. E. Muñoz & Núñez, 2005).

Figura 7.88 Camión tipo C3-S2, con las cargas por eje en toneladas.

Fuente adaptada (E. E. Muñoz & Núñez, 2005)

Figura 7.89 Camión tipo C3-S3, con las cargas por eje en toneladas.

Fuente adaptada (E. E. Muñoz & Núñez, 2005)

Por medio del programa SAP 2000 con el modelo estructural del puente se hacen circular los

diferentes tipos de camiones de acuerdo a su geometría y según el TPD de acuerdo a la tabla

7.2, para poder determinar los esfuerzos en diferentes elementos y conexiones del puente en

relación a los ciclos de carga producto del paso de los camiones y así realizar la

correspondiente evaluación de fatiga.

123

Figura 7.90 Líneas de carga definidas en SAP 2000

Las líneas de carga son las líneas roja y morada por donde circularán los vehículos tanto en

la dirección sur–norte como en la dirección norte-sur (ver figura 7.90).

En SAP 2000 se definen los vehículos de acuerdo a sus cargas, por ejemplo el C3-S2 (ver

figura 7.91) y el C3-S3 (ver figura 7.92).

124

Figura 7.91 Definición en SAP 2000 de las cargas del vehículo C3-S2.

Figura 7.92 Definición en SAP 2000 de las cargas del vehículo C3-S3.

125

Figura 7.93 Simulación numérica del paso de camiones en el puente según el ADTT en un Δt.

Figura 7.94 Simulación numérica del paso de camiones por el puente según el ADTT en un Δt diferente.

En las figuras 7.93 y 7.94 se pretende mostrar la simulación numérica del paso de camiones

en el puente de Quebrada Blanca según el estudio de tránsito y mediante el método de

Montecarlo.

126

7.7.Determinación de la vida remanente de los diferentes elementos estructurales

de la súper-estructura del puente Quebrada Blanca.

Se procede a calcular la vida remanente de los diferentes elementos estructurales de la súper

estructura del puente de Quebrada Blanca teniendo en cuenta los pasos utilizados en la

sección 5.7 la cual nos explica de una manera muy sencilla cómo obtener los parámetros

indicados en las Tablas 7.4, 7.5, 7.6, 7.7, 7.8 y 7.9, con base a la carrera de tensiones,

calculando los deltas de esfuerzo y de allí los rangos de los diferentes elementos estudiados

como son: elemento diagonal (ver figura 7.96), elemento del cordón inferior (ver figura 7.97),

elemento viga transversal (ver figura 7.100), elemento de arco (ver figura 7.102), elemento

del cordón superior (ver figura 7.104) y elemento pendolón (ver figura 7.106).

7.7.1. Ejemplo de Cálculo de Rango de Esfuerzos

Figura 7.95 Ejemplo de cálculo del rango de esfuerzos en un Δt = 110 s, de una de las diagonales

del puente Quebrada Blanca

Para calcular los rangos de esfuerzos producto de la simulación en un delta de tiempo, fue

necesario crear un programa el Excel en donde:

La primera columna es la posición, es decir el delta de tiempo Δt (s).

La segunda columna son los esfuerzos obtenidos de la simulación en kg/cm2

La tercera columna es el cálculo de las pendientes de la curva de esfuerzos.

La cuarta columna es la evaluación de las pendientes de la curva de esfuerzos, si es negativa

(-1) o positiva (1).

La quinta columna es el cambio de pendiente, si la curva maneja la misma pendiente (0) y si

hay cambio (1).

La sexta columna es el delta de esfuerzo, donde hay los cambios de pendiente.

La última columna es donde se calcula los rangos que son la diferencia en valor absoluto de

los deltas de esfuerzo.

127

A continuación se presenta un ejemplo de cálculo de uno de los rangos de esfuerzos de un

elemento de una de las diagonales del puente Quebrada Blanca.

Datos del programa creado en Excel del cálculo de rangos de esfuerzo de una de las

diagonales del Puente de Quebrada Blanca.

Figura 7.96 Diagonal, esfuerzo vs tiempo en Δt= 100 s

PosiciónEsfuerzo

Kg/cm2

Pendiente

(m)Eval Cambio DELTA-S

Rangos de

Esfuerzo

1 0 - - - - -

2 -4,5201389 -4,5201389 -1 - - -

. . . . . . .

. . . . . . .

370 371,67543 64,050791 1 0 0 .

371 308,06518 -63,610249 -1 1 371,67543

372 158,2053 -149,85987 -1 0 0

373 48,628404 -109,5769 -1 0 0

374 -67,879048 -116,50745 -1 0 0 659,16842

375 -219,11242 -151,23337 -1 0 0

376 -287,493 -68,380577 -1 0 0

377 -260,81722 26,675777 1 1 -287,493

-450

-350

-250

-150

-50

50

150

250

350

450

400 420 440 460 480 500

Esf

uer

zo (

Kg/c

m2)

Tiempo (s)

Esfuerzos en Δt = 100 s

Diagonal Puente Quebrada Blanca

128

Tabla 7.4 Elemento Diagonal F-104

Si

kg/cm2

Si

Ksi Ciclos α

70 0,99561727 565 0,38227334

140 1,99123453 222 0,15020298

210 2,9868518 129 0,08728011

280 3,98246907 78 0,05277402

350 4,97808633 56 0,03788904

420 5,9737036 46 0,03112314

490 6,96932087 78 0,05277402

560 7,96493813 74 0,05006766

630 8,9605554 108 0,07307172

700 9,95617267 78 0,05277402

770 10,9517899 39 0,02638701

840 11,9474072 4 0,00270636

910 12,9430245 0 0

980 13,9386417 0 0

1050 14,934259 1 0,00067659

1120 15,9298763 0 0

1478 100%

Figura 7.97 Diagonal, esfuerzo vs tiempo

-600

-400

-200

0

200

400

600

800

1000

1

17

9

35

7

53

5

71

3

89

1

10

69

12

47

14

25

16

03

17

81

19

59

21

37

23

15

24

93

26

71

28

49

30

27

32

05

33

83

35

61

37

39

39

17

40

95

42

73

44

51

46

29

48

07

49

85

51

63

53

41

ES

FU

ER

ZO

Kg/c

m2

Tiempo (s)

Esfuerzos vs Tiempo


129

Tabla 7.5 Elemento Cordón Inferior F-1866

Si

kg/cm2

Si

Ksi Ciclos α

70 0,99561727 236 0,19683069

140 1,99123453 93 0,07756464

210 2,9868518 114 0,09507923

280 3,98246907 146 0,12176814

350 4,97808633 109 0,09090909

420 5,9737036 89 0,07422852

490 6,96932087 117 0,09758132

560 7,96493813 152 0,12677231

630 8,9605554 112 0,09341118

700 9,95617267 29 0,02418682

770 10,9517899 1 0,00083403

840 11,9474072 0 0

910 12,9430245 0 0

980 13,9386417 1 0,00083403

1050 14,934259 0 0

1120 15,9298763 0 0

1199 100%

Figura 7.98 Cordón Inferior, esfuerzo vs tiempo

-600

-400

-200

0

200

400

600

800

11

79

35

75

35

71

38

91

10

69

12

47

14

25

16

03

17

81

19

59

21

37

23

15

24

93

26

71

28

49

30

27

32

05

33

83

35

61

37

39

39

17

40

95

42

73

44

51

46

29

48

07

49

85

51

63

53

41

Esf

uer

zo

Kg

/cm

2

Tiempo (s)

Esfuerzos vs Tiempo

Cordón Inferior Puente Quebrada Blanca

130

Tabla 7.6 Elemento Viga transversal F-1425

Si

kg/cm2

Si

Ksi Ciclos α

70 0,99561727 1679 1

140 1,99123453 0 0

210 2,9868518 0 0

280 3,98246907 0 0

350 4,97808633 0 0

420 5,9737036 0 0

490 6,96932087 0 0

560 7,96493813 0 0

630 8,9605554 0 0

700 9,95617267 0 0

770 10,9517899 0 0

840 11,9474072 0 0

910 12,9430245 0 0

980 13,9386417 0 0

1050 14,934259 0 0

1120 15,9298763 0 0

1679 1

Figura 7.99 Viga transversal, esfuerzo vs tiempo

-50

-40

-30

-20

-10

0

10

20

1

18

5

36

9

55

3

73

7

92

1

11

05

12

89

14

73

16

57

18

41

20

25

22

09

23

93

25

77

27

61

29

45

31

29

33

13

34

97

36

81

38

65

40

49

42

33

44

17

46

01

47

85

49

69

51

53

53

37

Esf

uer

zo

Kg/c

m2

Tiempo (s)

Esfuerzos vs Tiempo

Viga Transversal Puente Quebrada Blanca

131

Tabla 7.7 Elemento Arco F-1826

Si

kg/cm2

Si

Ksi Ciclos α

70 0,99561727 412 0,25621891

140 1,99123453 768 0,47761194

210 2,9868518 428 0,26616915

280 3,98246907 0 0

350 4,97808633 0 0

420 5,9737036 0 0

490 6,96932087 0 0

560 7,96493813 0 0

630 8,9605554 0 0

700 9,95617267 0 0

770 10,9517899 0 0

840 11,9474072 0 0

910 12,9430245 0 0

980 13,9386417 0 0

1050 14,934259 0 0

1120 15,9298763 0 0

1608 1

Figura 7.100 Arco, esfuerzo vs tiempo.

-150

-100

-50

0

50

100

150

11

63

32

54

87

64

98

11

97

31

135

12

971

459

16

211

783

19

452

107

22

692

431

25

932

755

29

173

079

32

413

403

35

653

727

38

894

051

42

134

375

45

374

699

48

615

023

51

855

347

Esf

uer

zoK

g/c

m2

Tiempo (s)

Esfuerzos vs Tiempo

Arco Puente Quebrada Blanca

132

Tabla 7.8 Elemento Cordón superior F-2627

Si

kg/cm2

Si

Ksi Ciclos α

70 0,99561727 1295 0,72346369

140 1,99123453 298 0,16648045

210 2,9868518 197 0,11005587

280 3,98246907 0 0

350 4,97808633 0 0

420 5,9737036 0 0

490 6,96932087 0 0

560 7,96493813 0 0

630 8,9605554 0 0

700 9,95617267 0 0

770 10,9517899 0 0

840 11,9474072 0 0

910 12,9430245 0 0

980 13,9386417 0 0

1050 14,934259 0 0

1120 15,9298763 0 0

1790 1

Figura 7.101 Cordón superior, esfuerzo vs tiempo.

-120

-100

-80

-60

-40

-20

0

20

40

60

80

11

63

32

54

87

64

98

11

97

31

135

12

971

459

16

211

783

19

452

107

22

692

431

25

932

755

29

173

079

32

413

403

35

653

727

38

894

051

42

134

375

45

374

699

48

615

023

51

855

347

Esf

uer

zo

Kg/c

m2

Tiempo (s)

Esfuerzos vs Tiempo

Cordon Superior Puente Quebrada Blanca

133

Tabla 7.9 Elemento Pendolón F-50

Si

kg/cm2

Si

Ksi Ciclos α

70 0,99561727 1138 0,49521323

140 1,99123453 711 0,30939948

210 2,9868518 445 0,19364665

280 3,98246907 4 0,00174064

350 4,97808633 0 0

420 5,9737036 0 0

490 6,96932087 0 0

560 7,96493813 0 0

630 8,9605554 0 0

700 9,95617267 0 0

770 10,9517899 0 0

840 11,9474072 0 0

910 12,9430245 0 0

980 13,9386417 0 0

1050 14,934259 0 0

1120 15,9298763 0 0

2298 1

Figura 7.102 Pendolón, esfuerzo vs tiempo

-150

-100

-50

0

50

100

150

200

1

163

325

487

649

811

973

113

5

129

7

145

9

162

1

178

3

194

5

210

7

226

9

243

1

259

3

275

5

291

7

307

9

324

1

340

3

356

5

372

7

388

9

405

1

421

3

437

5

453

7

469

9

486

1

502

3

518

5

534

7

ES

FU

ER

ZO

Kg

/cm

2

Tiempo (s)

Esfuerzos vs Tiempo

Pendolón Puente Quebrada Blanca

134

7.7.2. Distribuciones de probabilidad de Rango de Esfuerzos

Para los datos de muestra de los rangos de esfuerzos de cada uno de los elementos del puente

de Quebrada Blanca, como lo son: el elemento diagonal de entrada, cordón inferior, viga

transversal, arco, cordón superior y pendolón, se determinaron unas funciones de distribución

de probabilidad. Para los datos de muestra, se eligió clasificar los ajustes según la estadística

Kolmogorov-Smirnov (KS).

Es importante aclarar que el comportamiento de estos datos obtenidos de la simulación

numérica, es debido a la presentación de las cargas de los camiones de acuerdo a las

diferentes categorías según en el número de ejes y su porcentaje de acción de acuerdo al

estudio de tráfico efectuado en dicho puente.

Estadístico Kolmogorov-Smirnov (K-S)

Esta estadística indica el nivel de coincidencia entre el ajuste y los datos de entrada, y el

nivel de confianza que puede tener en que los datos han sido producidos por la función de

distribución. Para esta estadística, cuanto menor sea el valor mejor es el ajuste.

Se define como

𝑫𝒏 = 𝒔𝒖𝒑[|𝑭𝒏(𝒙) − 𝑭𝟎(𝒙)|]

Dónde:

n = número total de puntos de datos

𝑭𝟎(𝒙) = la función de distribución acumulativa ajustada

𝑭𝒏(𝒙) = es un estimador de la probabilidad de observar valores menores o iguales que x

El estadístico K-S no requiere el establecimiento de intervalos, lo cual hace que sea un

estadístico menos arbitrario que el de Chi-cuadrado. Uno de los inconvenientes del

estadístico K-S es que no detecta muy bien discrepancias en los extremos.

Para cada uno de los elementos estructurales del puente de Quebrada blanca se determinan

los mejores ajustes de acuerdo a Kolmogorov-Smirnov (K-S) y son los siguientes:

7.7.2.1. Distribución de Probabilidad Beta General para la Diagonal de entrada

Ajuste Rango de Esfuerzos

Diagonal de Entrada

Función Beta General

K-S 0.0765

Mínimo 0.00403

Máximo 1044.2093

Media 228.9104

Moda 0.00403

135

Figura 7.103 Distribución Beta General - Diagonal de entrada

7.7.2.2. Distribución de Probabilidad Normal para el Cordón Inferior


Cordón Inferior

Función Normal

K-S 0.077

Mínimo -Infinito

Máximo +Infinito

Media 299.8415

Moda 299.8415

Mediana 299.8415

Desviación est. 202.53

Figura 7.104 Distribución Normal – Cordón Inferior

136

7.7.2.3. Distribución de Probabilidad Normal para la Viga Transversal


Viga Transversal

Función Normal

K-S 0.0775

Mínimo -Infinito

Máximo +Infinito

Media 5.6397

Moda 5.6397

Mediana 5.6397


Figura 7.105 Distribución Normal – Viga Transversal

7.7.2.4. Distribución de Probabilidad Triangular para el Arco


Arco

Función Triangular

K-S 0.0348

Mínimo -19.233

Máximo 200.84

Media 106.48

Moda 137.832

Mediana 112.231


137

Figura 7.106 Distribución Triangular – Arco

7.7.2.5. Distribución de Probabilidad Log Normal para el Cordón Superior


Cordón Superior

Función Log-normal

K-S 0.0719

Mínimo -0.5411

Máximo +Infinito

Media 59.1638

Moda 2.9452

Mediana 22.6219


Figura 7.107 Distribución Log normal – Cordón Superior

138

7.7.2.6. Distribución de Probabilidad Log Logística para el Pendolón


Pendolón

Función Log-logística

K-S 0.0956

Mínimo -22.052

Máximo +Infinito

Media 92.3024

Moda 40.5442

Mediana 65.0798


Figura 7.108 Distribución Log logística - Pendolón

139

7.7.3. Cantidad de ciclos necesaria para llevar cada elemento estructural a

mecanismos de fatiga.

En la Tabla 7.10, para los diferentes elementos estructurales y con base en los valores de c y

m asumidos, se obtienen los siguientes resultados:

Tabla 7.10 Numero de ciclos a la falla para los niveles de esfuerzo y para los detallados

aproximados para los diferentes elementos estructurales

Elemento

Estructural

Número de

ciclos

Diagonal de

Entrada 2,32E+07

Cordón inferior 2,07E+07

Viga transversal 3,76E+09

Arco 3,74E+08

Cordón superior 8,26E+08

Pendolón 5,05E+08

La cantidad de años de vida antes de presentarse mecanismos de fatiga, y la vida remanente

matemática se lista a continuación para cada elemento estructural estudiado a partir de la

fecha en que se construyó dicho puente que fue en él año de 1974 y con base en el detallado

estructural asumido:

Detalle No. m Log ( c ) c

10 2,88 9,57 3,7154E+09

Se escogió el detalle número 10 de la figura 5.26, ya que es el detallado estructural más

similar dentro de los ensayados por Ang and Munse que se parece al elemento estructural del

puente Quebrada Blanca.

Teniendo en cuenta las variables c y m, utilizando la ley de Miner se procede a calcular la

vida remanente a fatiga de los elementos estudiados, esto se refleja en la Tabla 7.11.

140

Tabla 7.11 Resultados del cálculo del número de años necesarios para generar

mecanismos de fatiga en los elementos estructurales.

7.7.4. Fatiga acompañada de corrosión

Los fenómenos de la corrosión bajo tensión se aceleran mucho debido a la concentración de

las tensiones en cada uno de estos medios siendo un factor de suma importancia los defectos

de fabricación que puedan existir en las piezas metálicas. El análisis estructural de cada

elemento que presente grietas debe concretarse a las condiciones reales de utilización, con el análisis exhaustivo de las cargas, las solicitaciones y las pérdidas de área útil por efecto de

la corrosión superficial.

De acuerdo al modelo de elementos finitos, se pretende alterar las secciones transversales

que están afectadas por corrosión, midiendo esta de forma visual, mediante un medidor de

espesor remanente de acero estructural cuyas especificaciones sobre el procedimiento y los

equipos se pueden verificar empleando la norma ASTM E797/E797M – 10, determinando el

área real debido a las pérdidas de área útil por efecto de la corrosión y comparándola con el

área de los planos estructurales y con base a esto determinar unos porcentajes de corrosión

que pueden ir del 5%, 10%, 20% hasta el 50% de corrosión.

Con lo anterior se construyó una gráfica de cada elemento o conexión que se estudió en la

sección anterior (ver figuras de la 7.107 a la 7.112) que este afectada por corrosión y poder

determinar su vida remanente de fatiga con corrosión de acuerdo a los diferentes porcentajes

de afectación (ver Tablas de la 7.12 a la 7.17)

Elemento

Estructural

VIDA

REMANENTE

ANTES DE

FATIGA (Años)

Diagonal 11,47 ALTA PROBABILIDAD QUE HAYA INICIADO PROCESO DE FATIGA

Cordón Inferior 10,75 ALTA PROBABILIDAD QUE HAYA INICIADO PROCESO DE FATIGA

Viga Transversal 53,60 INICIO PROBABLE DE PROCESOS DE FATIGA EN 12,60 AÑOS

Arco 33,40 ALTA PROBABILIDAD QUE HAYA INICIADO PROCESO DE FATIGA

Cordón Superior 40,30 ALTA PROBABILIDAD QUE HAYA INICIADO PROCESO DE FATIGA

Pendolón 36,01 ALTA PROBABILIDAD QUE HAYA INICIADO PROCESO DE FATIGA

RESULTADOS

141

Tabla 7.12 Vida remanente a fatiga con corrosión del elemento estructural diagonal

de entrada.

Figura 7.109 Vida Remanente vs Corrosión Diagonal de entrada.

%

CORROSION

VIDA REMANENTE

ANTES DE FATIGA

(Años)

0% 11,47

5% 10,88

10% 10,26

15% 9,69

20% 9,02

25% 8,32

30% 7,64

35% 6,89

40% 6,12

45% 5,33

50% 4,55

Elemento Estructural

Diagonal de Entrada

0,00

5,00

10,00

15,00

0% 5% 10% 15% 20% 25% 30% 35% 40% 45% 50%

Vid

a R

eman

ente

(A

ños)

% Corrosión

Vida Remanente a Fatiga vs Corrosión


Datos

Lineal (Datos)

142

Tabla 7.13 Vida remanente a fatiga con corrosión del elemento estructural cordón

inferior.

Figura 7.110 Vida Remanente vs Corrosión Cordón inferior.

%

CORROSION

VIDA REMANENTE

ANTES DE FATIGA

(Años)

0% 10,75

5% 10,29

10% 9,79

15% 9,27

20% 8,70

25% 8,18

30% 7,53

35% 6,89

40% 6,19

45% 5,51

50% 4,93

Cordón Inferior


0,00

5,00

10,00

15,00

0% 5% 10% 15% 20% 25% 30% 35% 40% 45% 50%

Vid

a R

eman

ente

(A

ños)

% Corrosión


Cordón inferior Puente Quebrada Blanca

Datos

Lineal (Datos)

143

Tabla 7.14 Vida remanente a fatiga con corrosión del elemento estructural viga

transversal.

Figura 7.111 Vida Remanente vs Corrosión Viga transversal.

%

CORROSION

VIDA REMANENTE

ANTES DE FATIGA

(Años)

0% 53,60

5% 53,16

10% 52,71

15% 52,15

20% 51,66

25% 51,06

30% 50,45

35% 49,79

40% 49,01

45% 48,24

50% 47,33

Viga Transversal


45,00

50,00

55,00

0% 5% 10% 15% 20% 25% 30% 35% 40% 45% 50%

Vid

a R

eman

ente

(A

ños)

% Corrosión


Viga Transversal Puente Quebrada Blanca

Datos

Lineal (Datos)

144

Tabla 7.15 Vida remanente a fatiga con corrosión del elemento estructural de arco.

Figura 7.112 Vida Remanente vs Corrosión en el Arco.

%

CORROSION

VIDA REMANENTE

ANTES DE FATIGA

(Años)

0% 33,40

5% 32,80

10% 32,25

15% 31,65

20% 31,07

25% 30,53

30% 30,05

35% 29,36

40% 28,46

45% 27,42

50% 26,05

Arco


20,00

25,00

30,00

35,00

0% 5% 10% 15% 20% 25% 30% 35% 40% 45% 50%

Vid

a R

eman

ente

(A

ños)

% Corrosión


Arco Puente Quebrada Blanca

Datos

Lineal (Datos)

145

Tabla 7.16 Vida remanente a fatiga con corrosión del elemento estructural cordón

superior.

Figura 7.113 Vida Remanente vs Corrosión Cordón Superior.

%

CORROSION

VIDA REMANENTE

ANTES DE FATIGA

(Años)

0% 40,30

5% 40,30

10% 40,30

15% 40,30

20% 40,30

25% 40,25

30% 40,00

35% 39,38

40% 38,65

45% 37,29

50% 36,03

Cordón Superior


35,00

40,00

0% 5% 10% 15% 20% 25% 30% 35% 40% 45% 50%

Vid

a R

eman

ente

(A

ños)

% Corrosión


Cordón Superior Puente Quebrada Blanca

Datos

146

Tabla 7.17 Vida remanente a fatiga con corrosión del elemento estructural pendolón.

Figura 7.114 Vida Remanente vs Corrosión Pendolón.

%

CORROSION

VIDA REMANENTE

ANTES DE FATIGA

(Años)

0% 36,01

5% 34,15

10% 32,21

15% 30,42

20% 28,32

25% 26,13

30% 23,99

35% 21,62

40% 19,20

45% 16,73

50% 14,30

Pendolón


10,00

15,00

20,00

25,00

30,00

35,00

40,00

0% 5% 10% 15% 20% 25% 30% 35% 40% 45% 50%

Vid

a R

eman

ente

(A

ños)

% Corrosión


Cordón Superior Puente Quebrada Blanca

Datos

147

7.8. Propiedades dinámicas del Puente de Quebrada Blanca

En esta sección se realiza un análisis modal que sirve para predecir el comportamiento

dinámico de la estructura del puente de Quebrada Blanca a través de un método teórico con

la ayuda del modelo de elementos finitos del puente modelado en SAP 2000.

Se determinan las propiedades dinámicas del puente tanto en su condición inicial como en

una condición donde se simula el incremento de la corrosión en los diferentes elementos del

puente en relación con el periodo natural T expresado en segundos, ya que este juega un

papel sumamente importante, siendo este parámetro función exclusivamente de la masa y de

la rigidez del sistema estructural del puente.

A continuación se muestran las propiedades dinámicas de varios elementos de la

superestructura del puente teniendo en cuenta que el incremento de la corrosión se hace no

en todo el elemento si no cercano a los nudos que es donde se nota más la presencia de la

corrosión como ya se ha visto en secciones anteriores.

En primera medida se tomó tanto del elemento estructural del cordón superior derecho como

del izquierdo, haciendo el respectivo incremento en la corrosión y anotando el periodo

natural debido a este como se denota en la Tabla 7.18 y en la figura 7.113.

Tabla 7.18 Propiedades dinámicas del elemento estructural cordón superior.


Cordón Superior

% Corrosión T = Periodo (s)

0% 1,159417

5% 1,15949

10% 1,15956

15% 1,15964

20% 1,15974

25% 1,15984

30% 1,15995

35% 1,16008

40% 1,16022

45% 1,16038

50% 1,16057

148

Figura 7.115 Propiedades dinámicas del cordón superior

Luego se evaluaron las propiedades dinámicas del cordón inferior en sus elementos derecho

e izquierdo, ver tabla 7.19 y figura 7.114.

Tabla 7.19 Propiedades dinámicas del elemento estructural cordón inferior.


Cordón Inferior


0% 1,159417

5% 1,16244

10% 1,16576

15% 1,16943

20% 1,17351

25% 1,17805

30% 1,18316

35% 1,18894

40% 1,19554

45% 1,20314

50% 1,21200

149

Figura 7.116 Propiedades dinámicas del cordón inferior

De igual forma se determina el periodo natural de la estructura teniendo en cuenta la

afectación por corrosión de las diagonales como se mencionó anteriormente haciendo esta

afectación en los nudos de las diagonales derechas como izquierdas, cuyos resultados se

reflejan en la Tabla 7.20 y su esquema en la figura 7.115.

Tabla 7.20 Propiedades dinámicas del elemento estructural diagonales.


Diagonales


0% 1,159417

5% 1,15976

10% 1,16015

15% 1,16057

20% 1,16105

25% 1,16159

30% 1,16220

35% 1,16290

40% 1,16372

45% 1,16467

50% 1,16579

150

Figura 7.117 Propiedades dinámicas de las diagonales

En la misma manera se determinan las propiedades dinámicas de la súper estructura del

puente cuando se ven afectadas solamente las diagonales por corrosión, las diagonales

estudiadas fueron derechas e izquierdas, dando como resultado lo expresado en la Tabla 7.21

con su respectivo diagrama en la figura 7.116.

Tabla 7.21 Propiedades dinámicas del elemento estructural vigas transversales.


Vigas Transversales


0% 1,159417

5% 1,15946

10% 1,15950

15% 1,15955

20% 1,15960

25% 1,15966

30% 1,15973

35% 1,15981

40% 1,15990

45% 1,16000

50% 1,16012

151

Figura 7.118 Propiedades dinámicas de las vigas transversales

Además en los elementos estructurales como los arcos y los pendolones tanto derechos como

izquierdos, se determinaron también sus propiedades dinámicas por separado, reflejando los

resultados en las Tablas 7.22 y 7.23, cuyos diagramas pertinentes se muestran en las figuras

7.117 y 7.118.

Tabla 7.22 Propiedades dinámicas del elemento estructural arcos.


Arcos


0% 1,159417

5% 1,159418

10% 1,159419

15% 1,159420

20% 1,159421

25% 1,159423

30% 1,159424

35% 1,159426

40% 1,159428

45% 1,159430

50% 1,159433

152

Figura 7.119 Propiedades dinámicas de los arcos

Tabla 7.23 Propiedades dinámicas del elemento estructural pendolones.


Pendolones


0% 1,159417

5% 1,159420

10% 1,159423

15% 1,159427

20% 1,159431

25% 1,159435

30% 1,159440

35% 1,159446

40% 1,159453

45% 1,159461

50% 1,159471

153

Figura 7.120 Propiedades dinámicas de los pendolones

Por último se pretendió analizar las propiedades dinámicas de la superestructura del puente

cuando el incremento de la corrosión está actuando en cada uno de los elementos

estructurales estudiados anteriormente y en el mismo instante, los resultados de esto se

muestran en la Tabla 7.24, cuya grafica se ve en la figura 7.119.

Tabla 7.24 Propiedades dinámicas de la combinación de varios elementos

estructurales.


Combinación de Elementos


0% 1,159417

5% 1,16290

10% 1,16672

15% 1,17094

20% 1,17561

25% 1,17893

30% 1,18492

35% 1,19121

40% 1,20085

45% 1,20953

50% 1,21963

154

Figura 7.121 Propiedades dinámicas de la combinación de los elementos estructurales

155

Análisis de resultados al aplicar la metodología propuesta del puente de

Quebrada Blanca.

Se realizó la validación de esta metodología, usando datos de un puente de la red vial nacional

el puente de Quebrada Blanca. Para ello se realizó un levantamiento planimétrico y después

estructural donde se utilizaron herramientas topográficas entre otras y una medición de

espesores remanentes de acero estructural donde se aplicó la norma ASTM E797 / E797M –

10. Para lo anterior se utilizaron aproximadamente dos (2) meses para generar el modelo de

elementos finitos en SAP 2000 con el grado de discretización necesaria.

De la inspección visual, se determinó daño de varios elementos estructurales del puente como

corrosión y deformaciones locales, gracias a los ensayos de tintas penetrantes realizadas con

base a las normas ASTM E165/E165M – 12 se estableció que en las soldaduras

inspeccionadas, la gran mayoría presentan discontinuidad como socavado, garganta

insuficiente y pierna insuficiente, cuyos criterios de aceptabilidad o de rechazo, fueron

tomados de AASHTO/AWS D1.5. 2010, de acuerdo al numeral 3.6, Figura 3.3, Capitulo 6 y

Anexo J.

De acuerdo a los resultados obtenidos de la tabla 7.11 (cálculo del número de años necesarios

para generar mecanismos de fatiga en los elementos estructurales del puente de Quebrada

Blanca) en los cuales se efectuó la validación de la metodología propuesta, se determinó que

los elementos de la diagonal de entrada, cordón Inferior, cordón superior y en el pendolón

tienen una alta probabilidad de que haya iniciado proceso de fatiga. Esto es una alerta que

nos indica un nivel teórico de daño de la estructura que sugiere realizar una inspección

adicional y posible reforzamiento. Aunque en el elemento de la viga transversal, no ha

iniciado el proceso de fatiga teóricamente, sería necesario de acuerdo al nivel de daño y en

un tiempo prudente realizar una nueva inspección visual para determinar daños.

Analizando la vida remanente de los mismos elementos estudiados anteriormente, pero esta

vez con varios niveles asumidos de corrosión (en porcentaje) se determinó la vida remanente

a fatiga. Se concluye que dicho proceso afecta la vida a fatiga de una manera no lineal en la

mayoría de los casos. Los resultados de dicha simulación para la diagonal de entrada, el

cordón inferior y la viga transversal a partir del 25% de corrosión de los elementos

estructurales, la vida remanente desciende rápidamente; en el elemento de arco este descenso

es muy lento. En el cordón superior se ve algo interesante: entre el 0% y el 20% de corrosión

hay un comportamiento lineal como si la corrosión no afectara la vida a fatiga, del 25% al

35% el descenso es paulatino y después del 35% la pendiente cambia sustancialmente n

donde el efecto de la corrosión es importante. En el elemento del pendolón el comportamiento

es también interesante: la gráfica tiene dos puntos de inflexión del 0% al 15% hay un

descenso rápido de la vida remanente pero del 15% al 30% este es paulatino mientras que

después del 30% el descenso es rápido. El comportamiento de cada uno de los elementos es

muy diferente y depende de su localización dentro de la estructura y su grado de importancia

dentro de la misma, aunque es lógico que la distribución de esfuerzos aumenta cuando

aumenta el nivel de la corrosión de una forma significativa.

En la realización del análisis modal que sirvió para predecir el comportamiento dinámico de

la estructura del puente de Quebrada Blanca, con la ayuda del modelo de elementos finitos

156

del puente modelado en SAP 2000, determinando las propiedades dinámicas del puente tanto

en su condición inicial como en una condición donde se simula el incremento de la corrosión

del 5%, 10%, 15%, 20%, 25%, 30%, 35%, 40%, 45% y 50% en los diferentes elementos

tanto derechos como izquierdos de la superestructura del puente en relación con el periodo

natural T, jugando este un papel sumamente importante, siendo este parámetro función

exclusivamente de la masa y de la rigidez del sistema estructural del puente.

Analizando las propiedades dinámicas del puente en su condición inicial se obtiene un

periodo natural T= 1.159417 segundos, a partir de allí se empiezan a analizar de forma

individual elementos tales como los cordones superiores con un incremento muy lento con

el 5% de afectación de la corrosión en un periodo T=1.15949 s a T= 1.16057 s con el 50%

de afectación. De una manera similar pasa con las vigas transversales, el periodo se

incrementa lentamente de un 5% de afectación en T=1.15946 s a T=1.16012 s con el 50% de

afectación, con los elementos de arco de la superestructura el incremento del periodo mucho

más lento el cual va de una afectación de un 5% de T=1.159418 s a T=1.159433 s en el 50%

de afectación, algo parecido ocurre con los pendolones de un 5% de afectación con un

T=1.159420 s a T=1.159471 s con afectación del 50% de corrosión. En las diagonales ya se

ve un incremento paulatino pero mucho mayor que en los elementos anteriores en un 5% de

afectación con T=1.15976 s a T=1.16579 s con el 50% de afectación. En el análisis de los

cordones inferiores se observa un incremento importante y rápido con 5% de afectación el

periodo T=1.16244 s a T=1.21200 s. Teniendo en cuenta que todos los elementos de la

superestructura presentan síntomas de corrosión se muestra que el periodo natural de la

estructura crece de manera importante a medida que se ve afectada la estructura en sus

componentes de un periodo T=1.16209 s a T=1.21963 s del 5% al 50% de afectación de cada

uno de sus elementos estructurales.

Como se describió anteriormente el comportamiento de cada uno de los elementos es muy

diferente y depende de su localización dentro de la estructura y su grado de importancia

dentro de la misma, aunque es usual que el periodo natural de la estructura T tiene que crecer

en algunos elementos más que en otros y mucho más cuando la afectación de la estructura

no es de forma individual sino que se presenta en cada uno de los elementos de la

superestructura del puente aumentando este periodo natural a medida que aumenta el nivel

de la corrosión de una forma significativa.

157

Conclusiones

En Estados Unidos se ha desarrollado un manual para ayudar a la ingeniería de puentes,

mediante el establecimiento de procedimientos de inspección y las prácticas de evaluación

que cumplan con las Normas Nacionales de Inspección de Puentes (NBIS), este manual es el

Manual for Bridge Evaluation, 2nd Edition. 2011, AASHTO, con enfoque en la Sección 7

“Fatigue Evaluation of Steel Bridges”, manual que se ha tenido en cuenta en el desarrollo de

esta metodología. El manual se ha dividido en ocho secciones, cada sección representa una

fase distinta de una inspección general del puente y el programa de evaluación. En este

manual sustituye a los Manuales de Evaluación de condiciones de AASHTO 1998 para

Puentes de la AASHTO 2003 y el Manual Guía para la Evaluación de condiciones y la carga

y régimen de factor de resistencia (LRFR) de los puentes de las autopistas. También

reemplaza el Manual de Evaluación para el puente, primera edición con interinos. Sirve como

una norma única para la evaluación de los puentes de las autopistas de todo tipo. Para la

aplicación de la metodología de Europa se hace necesario la utilización del Eurocódigo 3:

Proyecto de estructuras de acero. Parte 1-9: Fatiga (2013), para la estimación de la vida

restante a fatiga de los elementos del puente.

La metodología estudiada en el presente documento, permite la evaluación de las acciones

necesarias para determinar una aproximación al cálculo de la viga remanente a fatiga,

teniendo en cuenta la normativa aplicada y vigente para la inspección visual, estudio de

materiales y conteo de tránsito.

La metodología sugiere una manera de simular el daño por corrosión al material base de los

elementos principales de un puente de acero y permite observar el daño detrimental de la

ocurrencia de ambos fenómenos fatiga y corrosión.

Adicionalmente, la metodología permite establecer varias maneras de determinar la vida en

fatiga de un puente de acero en arco, dependiendo de los presupuestos disponibles (grados

diferentes de investigación de la calidad del material, de la naturaleza del tránsito y cargas

en la estructura), y del tipo de metodología de diseño estructural usada: AASHTO LRFD

2012, AASHTO MBE 2011 o Eurocódigo-3 2013.

La metodología presentada en la presente investigación tiene una gran importancia ya que en

Colombia, no existe una metodología para la evaluación de fatiga de puentes existentes de

acero y permitiría con base en un conjunto de actividades determinar la vida remanente a

fatiga, ayudando en un proceso de toma de decisiones de priorización, que podría sugerir

reforzamiento del puente o determinar las reparaciones.

La metodología de evaluación de fatiga en puentes de acero existentes utilizando un modelo

de elementos finitos es una herramienta útil ya que en este se introducen las cargas reales

obtenidas de las estaciones de pesaje y el estudio se puede complementar con simulación

158

numérica de Montecarlo, para obtener los rangos de esfuerzos necesarios para determinar la

vida remanente de fatiga.

De los resultados de la simulación se concluye que el efecto de la corrosión es detrimental

para la vida remanente a fatiga de los elementos de un puente de acero.

Con base en la simulación numérica se observa que el comportamiento de cada uno de los

elementos es muy diferente y depende de su localización dentro de la estructura y su grado

de importancia dentro de la misma, aunque es usual que el periodo natural de la estructura T

tiene que crecer en algunos elementos más que en otros y mucho más cuando la afectación

de la estructura no es de forma individual sino que se presenta en cada uno de los elementos

de la superestructura del puente aumentando este periodo natural a medida que aumenta el

nivel de la corrosión de una forma significativa.

La corrosión bajo tensión acelera la perdida de vida en fatiga, debido a la concentración de

las tensiones en cada uno de estos elementos, esto puede acelerar la pérdida de capacidad si

existen defectos de fabricación.

Partes y miembros de un puente que estén corroídas y que hayan estado en servicio por un

largo periodo de tiempo pueden tener probabilidades altas de perdida de vida a fatiga por este

efecto.

Los componentes en donde se generan lo mayores daños de corrosión, son los apoyos y los

elementos de arriostramiento, debido a que son zonas de difícil evacuación de humedad. Es

por esto que la metodología sugiere el uso de estándares de evaluación del daño por

corrosión, para cuantificar el posible daño en dichas áreas.

Las fallas predominantes observadas en el puente son el daño estructural por impacto y los

asentamientos en los terraplenes de acceso, a la vez las juntas de dilatación cuyos daños más

frecuentes son el impacto, la infiltración y la deficiencia estructural.

En los apoyos se observan fallas por la falta de dispositivos en las juntas de dilatación para

controlar el agua en el tablero. En las losas se observan daños por la infiltración ya que no

se tiene drenes.

Adicionalmente se determinó con base en los registros de conteo de tránsito que el Puente de

Quebrada Blanca está siendo usado por vehículos pesados, y éste cuenta con restricción de

la circulación vehicular a un solo vehículo pesado con una carga máxima de 50 toneladas

mediante resolución No. 02425 del 20 de Abril del año 2010 del Ministerio de Transporte.

La anterior situación no está siendo controlada por la Policía de Carreteras lo cual aumenta

el riesgo de colapso del puente en mención, debido a mayores ciclos de carga que disminuyen

la vida a fatiga.

Con los ejemplos de los escenarios probables en Colombia y en Europa de la aplicación de

la metodología se pudo determinar la capacidad de solución general de la propuesta. Donde

con diferentes escenarios, calidad y cantidad de información, la metodología puede sugerir

159

una vida remanente de fatiga aproximada que se usará en las actividades de prioritizacion del

mantenimiento de puentes en arco.

160

Recomendaciones

Adicional a un estudio de vida remanente se sugiere evaluar la capacidad máxima de carga

del puente, ante cargas estáticas.

Garantizar un correcto diseño de detalles que minimice el riesgo de corrosión de la estructura

metálica, al mismo tiempo facilitar la inspección, mantenimiento y de ser el caso la

sustitución de ciertos elementos como apoyos, juntas, cables, anclajes, etc.

Los tableros deben ser adecuadamente impermeabilizados para evitar la entrada de agua en

la estructura.

El sistema de drenaje debe ser en función de la superficie de plataforma y del volumen a

evacuar, dependiendo de la pendiente del tablero y sistemas de desagüe.

En secciones cerradas y no visitables, se debe garantizar su completo sellado, mediante

soldaduras u otro sistema, protegiendo la parte interna de eventuales filtraciones de agua.

Un principio básico para la consecución de una estructura durable consiste en lograr, en la

medida de lo posible, el máximo aislamiento respecto al agua. Por ello, todas las medidas

que promuevan una evacuación rápida del agua, de manera que esté en contacto con la

estructura lo mínimo posible, redundan en su durabilidad.

Es recomendable minimizar la extensión de las superficies de acero expuesta a la corrosión,

reduciendo el número de irregularidades (superposiciones, bordes, esquinas), y disponiendo

soldaduras continuas, en general (deberían emplearse soldaduras discontinuas y por puntos

únicamente en caso de riesgo insignificante de corrosión).

Algunas de las reparaciones recomendadas son el refuerzo de la losa (sobre losa o utilización

de materiales compuestos, como fibras de acero de alta resistencia y otros) o la reparación

del concreto y mantenimiento general, la inyección de grietas, construcción o reparación de

drenes (prolongación, limpieza, etc.)

La limpieza y pintura de la estructura, el remplazo de pernos, remaches y abrazaderas

defectuosas, reparación de los componentes de acero y la reposición de elementos faltantes.

Revisar el comportamiento sismo resistente y verificar los problemas de socavación en las

pilas, al igual que la evaluación de la capacidad máxima de carga del puente, en los casos

que haya lugar.

Se sugiere el uso de Polímeros Reforzados con Fibra de Carbón (CFRP) como material para

ayuda en el reforzamiento de puentes.

Para posteriores investigaciones de evaluación de fatiga, es necesario realizar una

instrumentación más completa del puente, para obtener registros de esfuerzos vs ciclos de

carga en tiempo real y ser comparados con los resultados en los mismos elementos que se

han medido con ensayos de fatiga.

161

También se sugiere la obtención de la curva S-N para el metal base de las conexiones y

elementos principales de los puentes.

162

Anexos

1. Metodología de evaluación de fatiga de puentes existentes en arco.

2. Descripción de la aplicación de la metodología propuesta Puente del Sisga

(Cundinamarca).

3. Descripción de la aplicación de la metodología propuesta Puente de Istmina

(Choco).

4. Descripción de la aplicación de la metodología propuesta Puente Forsmo sobre el

rio Aangermann (Forsmo Järnvägsbron en Suecia).

5. Descripción de la aplicación de la metodología propuesta Puente sobre el rio Vindel

hacia Holmforsen en Rödåsel Suecia.

6. Descripción de la aplicación de la metodología propuesta Puente Quebrada Blanca

(Cundinamarca).

7. Ensayo de medición de espesor remanente de acero estructural, Norma ASTM E797

/ E797M - 10

8. Ensayo de medición de espesor de pintura, Norma ASTM D7091 – 13.

9. Ensayo de especificación estándar para pernos estructurales, Norma ASTM A325 –

14. 10. Ensayo de tintas penetrantes, Norma ASTM E165/E165M − 12 o AWS D.1.1.

11. Ensayo de partículas magnéticas, Normas ASTM E709 − 14 o AWS D.1.1

12. Ensayos de radiografía, Normas ASTM E1030 - 05 (revisada en 2011)

13. Ensayo de ultrasonido, Normas ASTM E164 − 13 o AWS D.1.1.

14. Ensayo de fatiga, Norma ASTM E606/E606M - 12

15. Ensayo de resistencia a la tensión, Norma ASTM E8/E8M - 13a

16. Ensayo de contenido químico, Norma ASTM E350 - 12

17. Ensayo de estimación de la resistencia a la corrosión atmosférica del acero, Norma

ASTM A588/A588M - 10

163

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