Introducción

Las Obras de Arte Especiales (OEA) son estructuras portantes esenciales en la composición de infraestructuras en carreteras, centros urbanos, plantas industriales y muchas otras aplicaciones en las que es necesario salvar obstáculos físicos. Estas estructuras, que pueden ser puentes, pontones, viaductos, acueductos, pasarelas o similares, presentan algunas particularidades en comparación con otros activos estructurales, que deben tenerse en cuenta en la gestión de la integridad para garantizar la seguridad y la durabilidad.

Figura 1: Puente de carretera de hormigón sobre un río en el estado de Paraná - FUENTE: Colección Kot.

Las OEA, debido a su propia finalidad, suelen tener algunas características difíciles. Algunos ejemplos son:

• Accesibilidad restringida en la superestructura y la mesoestructura;
• Regiones de la estructura sin ángulo de visibilidad para inspección directa;
• Los usuarios de los activos permanecen en ellos sólo unos segundos o minutos;
• Los gestores u organismos responsables suelen estar alejados de la estructura;
• Las tensiones son importantes y tienden a aumentar con los años;
• Las interacciones geotécnicas y/o hidrológicas son dinámicas y experimentan cambios a corto y medio plazo;
• El mantenimiento y las inspecciones requieren una logística compleja;
• Los sistemas de vigilancia continua son más susceptibles al vandalismo o al robo y pueden requerir fuentes de energía alternativas.

La mayoría de los puentes de Brasil se construyeron con estructuras de hormigón armado y/o hormigón pretensado. La historia muestra que el primer puente de hormigón armado en Brasil fue construido en 1889, en la ciudad de São Paulo, y el primer puente de hormigón pretensado en 1940, el puente Rio Galeão, en la ciudad de Río de Janeiro, mostrado en la Figura 2.

Figura 2: Montaje del Puente Galeão (izquierda) y sección transversal del tablero con perfil de vigas (derecha) - FUENTE: Vasconcellos, Juliano; Gomes, Elcio, 2023.

A medida que la construcción de puentes de hormigón evolucionó en Brasil, también lo hizo la publicación de normas técnicas. La primera norma nacional específica para proyectos de puentes de hormigón fue la ABNT NB-2, de 1946, actualmente sustituida por la ABNT NBR 7187:2022. Posteriormente, se desarrollaron normas específicas para garantizar la Structural Integrity estos puentes y otros tipos de OAEs durante su vida útil.

Figura 3: Puente de carretera en estudio para reforzar y ampliar la calzada - FUENTE: Kot Collection.

La norma ABNT NBR 7187:2022 recomienda la necesidad de verificación numérica para comprender el comportamiento de puentes y otras OAE cuando se encuentran anomalías estructurales durante las inspecciones o cuando faltan los diseños estructurales originales. Se indica que el análisis estructural debe realizarse mediante cálculo numérico, ya sea para comprobar el estado actual, diseñar un posible refuerzo debido a la incapacidad de algún elemento o a la necesidad de aumentar las tensiones.    

Las inspecciones, el mantenimiento y las intervenciones en estas estructuras en Brasil deben cumplir las normas ABNT NBR 9452 - Inspección de puentes, viaductos y pasarelas - Procedimiento y ABNT NBR 16230 - Inspección de estructuras de hormigón - Calificación y certificación del personal - Requisitos. Estas normas y otras vinculadas a ellas cubren aspectos básicos de la seguridad estructural, la durabilidad y la gestión de activos, como la periodicidad y los parámetros mínimos de inspección, la normalización de la nomenclatura y los informes, además de exigir la formación y certificación de los inspectores que van a inspeccionar, probar y analizar estos activos.

Figura 4: Puente de carretera sometido a mantenimiento periódico en el estado de Paraná - FUENTE: Colección Kot.

Uno de los principales aspectos prácticos exigidos por las normas y que pueden destacarse para los gestores responsables de estos bienes son los tipos de inspecciones y su periodicidad máxima. Los dos tipos más comunes son las inspecciones periódicas y las inspecciones especiales. Las inspecciones periódicas tienen un carácter mínimamente táctil-visual, mientras que las inspecciones especiales son muy recomendables para las técnicas de ensayo, con los plazos respectivos que se muestran a continuación en la Tabla 1.

Nivel de inspección	Periodicidad máxima	Criterios de ampliación
Inspección rutinaria	1 año	-
	2 años	OAE ferrocarril en concesión / Obtuvo una calificación buena o excelente en todos los ítems en la última inspección
Inspección especial	5 años	-
	8 años	Han obtenido una calificación buena o excelente en todos los apartados en la última inspección / Tienen plena accesibilidad en la última inspección

Tabla 1: Periodicidad máxima entre inspecciones para OAE de acuerdo con la ABNT NBR 9452.

En la inspección especial, pueden ser necesarios ensayos e investigaciones, que deben ser definidos para la OAE a criterio del profesional responsable por el análisis, conforme recomendado en la ABNT NBR 9452 y 7187. Este alcance de las pruebas y otras investigaciones se define teniendo en cuenta el sistema estructural, la historia de la estructura, las hipótesis para la causa de las fallas, la falta de información de diseño, entre otros parámetros que pueden influir en el diseño de las acciones de mantenimiento o correctivas.

Figura 5: Puente de carretera de estructura mixta sobre un río en el estado de Paraná - FUENTE: Colección Kot.

Haciendo hincapié en los puentes de hormigón, que representan la mayor proporción en Portugal, la Tabla 2 muestra los principales objetivos que requieren una mayor investigación y los ensayos más adecuados, respectivamente.

Objetivos	Pruebas y encuestas
Evaluación de la calidad del hormigón y localización/caracterización/seguimiento de fallos	Ultrasonidos / Tomografía por ultrasonidos / Esclerometría / Eco de impacto / Penetración de clavijas / Instrumentación de movimiento
Evaluación de la conservación del refuerzo / definición de un plan de intervención predictivo y correctivo	Profundidad de la carbonatación o del frente de cloruros, Resistividad eléctrica del hormigón, Potencial de corrosión y Estudio de los revestimientos.
Estudio estructural "tal cual" / Comprobación del rendimiento mecánico / Parámetros para el diseño del refuerzo	Detección de armaduras, escaneado láser, pruebas de carga estática y dinámica, extracción de testigos
Inspección indirecta/eliminación de puntos inaccesibles	Drone aéreo, drone terrestre, boroscopio y ROV (submarino)

Cuadro 2: Ámbitos de investigación de las OEA.

Evaluación de la calidad del hormigón y localización/caracterización/seguimiento de fallos

Los principales ensayos utilizados para este fin son la ULTRASONOGRAFÍA y la TOMOGRAFÍA ULTRASÓNICA, que son ensayos totalmente no destructivos que no producen radiaciones ionizantes y se basan en el principio físico de la propagación de ondas mecánicas ultrasónicas, en forma convencional o phased array.

Los ensayos por principio ultrasónico tienen una amplia gama de capacidades, pudiendo analizar zonas profundas de las piezas, como una viga de hormigón de 1 metro de ancho e incluso mucho mayores, mostrando una buena precisión y una gran sensibilidad a los huecos, las grietas y la variación del material, como se muestra en la figura 6.

Figura 6: Ilustración de la prueba de tomografía ultrasónica en hormigón - FUENTE: Colección Kot.

Evaluación de la conservación del refuerzo / Definición del plan de intervención predictivo y correctivo

Los ensayos físico-químicos y electroquímicos muestran el estado de la armadura y los procesos deletéreos que se han instalado en el elemento, o que probablemente se instalarán en los próximos años. Estas pruebas proporcionan parámetros esenciales para una intervención asertiva, racional y específica para cada región de la estructura, generando ahorros para el cliente.

La determinación del contenido de contaminantes en el hormigón a lo largo de la profundidad y la determinación de las coberturas medias de las armaduras en cada elemento estructural son importantes para evaluar la ocurrencia de procesos corrosivos, alimentar modelos de predicción de la vida útil residual del elemento sin intervención y definir métodos de tratamiento con sus respectivas áreas de cobertura, como se muestra en la Figura 7.

Figura 7: Evaluación de la carbonatación frente a la cubierta de refuerzo mediante GPR - FUENTE: Colección Kot.

Estudio estructural"tal cual

Los modelos informáticos que se han construido correctamente con la información sobre armaduras, propiedades del hormigón, geometría y cargas previstas aún deben calibrarse con el comportamiento real de la estructura para validarlos.

Las pruebas de carga estáticas y dinámicas muestran las deformaciones, frecuencias y amplitudes de movimiento, lo que permite comprobar que éstas son adecuadas y están siendo predichas por el modelo informático. La amplificación del movimiento por imagen es una de las técnicas más modernas para verificar el comportamiento de una estructura en tiempo real.

En esta metodología, Kot Engenharia utiliza un sistema compuesto por cámaras de alta resolución y alta velocidad, objetivos, ordenadores y sistemas de iluminación, capaces de realizar mediciones con gran precisión (ver otro ejemplo de aplicación de cámaras). El software de la cámara transforma los píxeles de la imagen en "sensores", que miden la amplitud de los movimientos. El resultado es el espectro de vibración y la forma de onda en el tiempo, como se muestra en la figura 8.

Figura 8: Puente de carretera bajo control de movimiento amplificado - FUENTE: RDI Technologies adaptado.

Inspección indirecta o a distancia de puntos inaccesibles

Tener acceso a todos los elementos y regiones de una ESO es fundamental para la seguridad estructural y así se destaca en la normativa específica de estas estructuras. Esto hace necesario el uso de equipos de inspección a distancia en determinadas situaciones.

Los drones aéreos son equipos indispensables para inspeccionar grandes estructuras y pueden acoplarse con cámaras infrarrojas, sensores liDAR, D-RTK, cámaras de luz visible, entre otros, aportando mayor precisión a la recogida de datos, que luego se procesan para generar modelos tridimensionales, como se muestra en la Figura 9.

Figura 9: Cartografía de grietas y generación de un modelo tridimensional mediante fotogrametría - FUENTE: DJI Matrice / Kot Collection.

Conclusión

La conservación y gestión de la Structural Integrity de los OAE son requisitos reglamentarios y de vital importancia para el activo y sus usuarios. Teniendo esto en cuenta, se requiere un enfoque holístico con recursos tecnológicos avanzados, incluyendo el seguimiento de normas estrictas, técnicas de inspección y ensayos no destructivos de última generación.

Además, el numerical analysis combinado con la experiencia de profesionales cualificados permite estudiar y comprender el comportamiento estructural de las OAE. Este enfoque sienta las bases y orienta la toma de decisiones asertivas a la hora de proponer refuerzos y reparaciones frente a la degradación, los cambios en las condiciones de diseño o el aumento de las exigencias estructurales. Por lo tanto, invertir en tecnologías avanzadas de inspección y análisis estructural es esencial para prolongar la vida útil, la seguridad y la funcionalidad de las OAE.

Kot cuenta con un equipo de profesionales cualificados, tanto para la utilización de equipos avanzados como para la evaluación, selección y aplicación de las metodologías y soluciones más aplicables para su negocio y sus activos. Contacte con nuestro equipo para más información

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