Evaluation of Bending Stiffness in Prestressed Concrete Beam and Slab Bridges Based on Load Testing. Case Study: La Parroquia Bridge, La Renta - San Vicente de Chucurí Road
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Universidad Industrial de Santander
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The work presented is part of an investigation project conducted by an inquiry group of new materials and structures, which is focused on the load test study for pre-stressed concrete bridges, typology slab-beam which its span is approximately between 30 meters, it was built by the existing regulations about 30 years ago in Colombia. The bridge that is being studying is located in the Santander department between Bucaramanga City and San Vicente del Chucurí Municipality. La Parroquia bridge analysis is presented through the elaboration of a numerical model which was fitted with the static load test done. The methodology used for the load analysis of each studied bridges, it is configured by expressing over the structure a consistent operation set in the reproduction of one or more load states on the same, in order to determine behavior aspects when they are being subjected by solicitations which produce them their maximum stress state. At the end, the obtained results are translated into getting results that verify the bearing load on the structure validating and calibrating a three-dimensional finite element model of the bridge. Where the final data allow to reduce considerably the uncertainties related to mathematical modeling and also, they will identify the structural current state to get an objective criteria to issue an opinion on its structural safety. In response to the calibration, a numerical model is obtained, which presents an approximate behavior of the structure analyzed against static gravitational loads. It determines that the geometrical properties of the structural elements have a significant influence on the flexural rigidity of pre-stressed concrete bridges.KEYWORDS:Beam and slab bridge, Bending, Calibration, Load testing, Prestressed concrete, Stiffness.1.INTRODUCCIÓNDentro del marco del proceso investigativo desarrollado por el grupo de Investigación en Nuevos Materiales y Estructuras de Construcción (INME), adscrito a la Universidad Industrial de Santander (UIS), se identificó la oportunidad de generar un proyecto enfocado al estudio del comportamiento de puentes de hormigón postensado, tipo viga y losa, en servicio; las metodologías de evaluación de características dinámicas y estructurales; y las técnicas de rehabilitación. Lo anterior, aprovechando las circunstancias generadas por el desarrollo de un proyecto energético en la región. Como consecuencia de la construcción de la represa del proyecto hidroeléctrico HidroSogamoso, se ha de presentar un aumento del nivel del río Sogamoso, lo que conlleva a una inevitable inundación, la cual ha re-querido la construcción de nuevas vías y puentes que se adecuen a este futuro escenario, dejando inoperables los puentes antiguos que comunican actualmente las diferentes localidades situados en la zona de influencia del proyecto. La Gobernación de Santander ha cedido a la UIS los puentes: Agua-Blanca, La Parroquia y El Ramo, ubicados sobre la vía que conduce de Bucaramanga a San Vicente de Chucurí, con el fin de llevar a cabo procesos de investigación en el área, permitiéndole a los investigadores acceso total a las estructuras, cuando la vía sustitutiva entre en operación, y hasta antes de iniciar el proceso de llenado de la represa. Considerando lo anterior, el presente artículo presenta los resultados de la evaluación de la rigidez a flexión aplicada a uno de los puentes mencionados, afectados por su largo periodo de servicio y la falta de mantenimiento. El trabajo aporta alestudio de esta tipología de puentes, que,aunque ha recibidoya mucha atención por parte de la comunidad científica, sigue teniendo validez, debido a que esta es la clase de puentes dominante en la infraestructura vial tanto en Colombia como en la mayoría de los países de nuestro entorno.2.MARCOTEÓRICOTras un estudio realizado en el año2002 [1], sobre las causas de colapso en los puentes de Colombia, se hizo evidente el rezago tecnológico en la ingeniería nacional y surgió la necesidadde investigar y profundizar en los temas relacionados con el diseño, la evaluación e inspección de puentes. Entre estos temas se destacó el diseño y la de las pruebas de carga. Una prueba de carga identifica la comprobación cualitativa o cuantitativa del comportamiento resistente de una estructura, mediante la simulación de las sobrecargas de uso que presenta la misma. Esta es una técnica tradicional en la historia de la construcción, donde la importancia de la magnitud de las cargas permite establecer deducciones sobre la capacidad resistente de la estructura y la ausencia de defectos ocultos. Con el fin de adaptar dicha prueba a las condiciones tecnológicas y de seguridad particulares de cada contexto, han sido numerosos los países que han regulado la realización de pruebas de carga. Actualmente, el [2] es la normativa que regula el diseño y construcción de relacionado con puentes. En este código se expresa la obligación de realizar pruebas de carga para verificar la correcta culminación de los procesos constructivos llevados a cabo para dar inicio a la vida de servicio de la estructura. Un ejemplo que cabe destacar es el nuevo récord de longitud de puentes peatonales colgantes, registrado en [3]. Cada reglamento divide la prueba de carga en tipologías diferentes, teniendo como factor principal de clasificación los tipos de resultados que se desean obtener: En él [4], de la Association of State Highway and Transportation Official (AASHTO) se regula la evaluación de puentes en los Estados Unidos. Esta publicación es actualizada con frecuencia, con el fin de
Este trabajo presenta el análisis de rigidez a flexión, a partir de pruebas de carga, del puente La Parroquia, localizado entre los municipios de Bucaramanga y San Vicente del Chucurí (Santander, Colombia), el cual se ejecutó mediante la elaboración de un modelo numérico ajustado con los resultados de una prueba de carga estática. La metodología utilizada para el análisis se configuró expresando sobre la estructura un conjunto de operaciones consistentes en la reproducción de uno o varios estados de carga y descarga, con el fin de determinar aspectos de su comportamiento al ser sometido a las solicitaciones que exigen su estado máximo de esfuerzos. Con lo anterior, se obtuvieron resultados que verifican la carga portante soportada por la estructura, validando y calibrando un modelo de elementos finitos tridimensional del puente. Los datos finales permitieron reducir considerablemente las incertidumbres ligadas al modelado matemático e identificar el estado de la estructura, para emitir un dictamen objetivo sobre su seguridad estructural. Como respuesta a la calibración, se logró obtener un modelo matemático, que presenta un comportamiento aproximado al de la estructura analizada ante cargas gravitacionales estáticas a flexión de los puentes en concreto presforzado
Este trabajo presenta el análisis de rigidez a flexión, a partir de pruebas de carga, del puente La Parroquia, localizado entre los municipios de Bucaramanga y San Vicente del Chucurí (Santander, Colombia), el cual se ejecutó mediante la elaboración de un modelo numérico ajustado con los resultados de una prueba de carga estática. La metodología utilizada para el análisis se configuró expresando sobre la estructura un conjunto de operaciones consistentes en la reproducción de uno o varios estados de carga y descarga, con el fin de determinar aspectos de su comportamiento al ser sometido a las solicitaciones que exigen su estado máximo de esfuerzos. Con lo anterior, se obtuvieron resultados que verifican la carga portante soportada por la estructura, validando y calibrando un modelo de elementos finitos tridimensional del puente. Los datos finales permitieron reducir considerablemente las incertidumbres ligadas al modelado matemático e identificar el estado de la estructura, para emitir un dictamen objetivo sobre su seguridad estructural. Como respuesta a la calibración, se logró obtener un modelo matemático, que presenta un comportamiento aproximado al de la estructura analizada ante cargas gravitacionales estáticas a flexión de los puentes en concreto presforzado
Keywords
Beam and slab bridge, bending, calibration, load testing, prestressed concrete, stiffness, calibración, concreto presforzado, flexión, prueba de carga, puente de viga-losa, rigidez