En el National Bridge Inventory de 2012, 61,038 puentes y alcantarillas tenían una restricción de carga (load posting, en la terminología de la FHWA), alrededor del 10% del inventario, y el 82% pertenecía a gobiernos locales. Según la NCHRP Synthesis 453, que analizó esos datos, el 93% de las estructuras restringidas se había evaluado solo por cálculo, mientras que las pruebas de carga se usaron en menos del 1% de todas las evaluaciones de capacidad de carga (load rating). Un puente restringido se puede reforzar o reemplazar, pero también existe una opción más económica, que es contrastar su evaluación con la respuesta de la estructura bajo una carga real. Es también la menos utilizada.

Así que las preguntas sobre la evaluación de la capacidad de carga con datos medidos son dos. ¿Cuándo vale más una medición que un límite de peso, y por cuánto tiempo sigue siendo válida una sola medición?

Evaluaciones calculadas y restricciones de carga

Tres cuartas partes de las estructuras restringidas en el análisis de NCHRP estaban en condición general regular o buena. Una restricción de carga no significa necesariamente que un puente esté en mal estado, sino que los ingenieros que lo evaluaron no tenían suficiente información para demostrar lo contrario.

La carga viva de diseño es desconocida para el 57% de las estructuras restringidas, y muchos puentes de propiedad local no tienen ningún plano. Cuando falta información, quien hace la evaluación tiene que llenar los vacíos con supuestos conservadores. Se ignora la acción compuesta si los conectores de cortante no están documentados, los apoyos se modelan como libres y la distribución de la carga viva se toma de los factores de la norma en lugar del tablero real. Los más afectados son los puentes antiguos de vigas de acero, con 22,481 estructuras restringidas, más de uno de cada cinco puentes de este tipo en el inventario. Cada supuesto es razonable por sí solo, pero cuando se aplican todos juntos, incluso un vano en buen estado puede terminar con un rating factor por debajo de 1.0.

La FHWA exige que el límite de peso esté vigente dentro de los 30 días siguientes a la evaluación. Desde la FAST Act, los puentes con acceso al sistema Interstate también deben evaluarse para vehículos de emergencia de hasta 86,000 libras (unas 39 t, los modelos EV2 y EV3), y los estados han agregado límites para vehículos de emergencia en muchos puentes rurales.

Pruebas de carga diagnósticas

El procedimiento se describe en la Section 8 del AASHTO Manual for Bridge Evaluation (MBE). Un camión con pesos por eje medidos cruza el puente por trayectorias definidas, mientras los sensores registran deformaciones o deflexiones en los elementos críticos. Después, el ingeniero compara la respuesta medida con la que predice el modelo para la misma carga, y a partir de esa comparación calcula un factor de ajuste, K = 1 + Ka·Kb, que se aplica al rating factor analítico. Ka es el beneficio observado en la prueba. Kb, entre 0 y 1, es la parte de ese beneficio que el evaluador considera confiable a los niveles de carga de la evaluación.

Es bien sabido que los puentes antiguos suelen tener menos deflexión bajo el camión de prueba de lo que predicen sus modelos. Las vigas reparten la carga mejor de lo que suponen los factores de distribución de la norma, las losas trabajan en acción compuesta con vigas que en los planos no tienen conectores de cortante, y los apoyos modelados como libres absorben parte del momento. En un estudio de Kentucky, los investigadores hicieron pruebas de carga en 14 puentes sin planos. La mayoría estaba por debajo del umbral de restricción en el papel, y después de las pruebas los investigadores recomendaron retirar la restricción en los 14. En un estudio publicado en el ASCE Journal of Performance of Constructed Facilities, el inventory rating factor de un puente rural de vigas de acero subió de 1.5 a 4.1 para el camión de prueba.

Por supuesto, un camión de prueba no es la carga de la evaluación. La acción compuesta no prevista y la fijación parcial de los apoyos pueden estar presentes durante la prueba y desaparecer con cargas mayores, o después de algunos inviernos más de corrosión en la interfaz entre losa y vigas. Por eso, si no se puede demostrar que la rigidez adicional se mantendrá, el evaluador reduce el beneficio, y esa es la razón por la que el factor de ajuste de una sola prueba suele ser mucho menor que la diferencia medida entre el modelo y el puente.

Datos continuos después de la prueba

El monitoreo continuo no es necesario en todos los puentes probados. En un vano corto de losa o de madera, con una distribución de cargas mejor que la del modelo y sin deterioro en curso, la prueba por sí sola es suficiente. Un caso en el que el monitoreo sería necesario es un puente cuya evaluación más alta depende de un mecanismo que puede cambiar con el tiempo. El segundo es un puente que está cambiando, por deterioro o por una rehabilitación reciente.

La fijación parcial de los apoyos es el ejemplo más claro del primer caso. Los apoyos elastoméricos se rigidizan con el frío, y los apoyos basculantes o deslizantes corroídos se bloquean y se liberan según la estación, así que la fijación medida en una prueba de invierno puede no existir con las temperaturas de verano. Con un inclinómetro en cada línea de apoyos, los ingenieros pueden seguir las rotaciones en los extremos bajo el tráfico durante todo el año. Si en verano la rotación al paso de los camiones pesados aumenta, una parte del factor K obtenido en invierno dependía de la temperatura, y los ingenieros tienen que reconsiderar la evaluación. Lo mismo vale para la acción compuesta en puentes con el tablero deteriorado, y para cualquier vano después de una rehabilitación cuyo beneficio se incluyó en la nueva evaluación.

Los perfiles de deflexión registrados durante la prueba, analizados en el Static Deflection Tool de MyMove, se convierten en la línea base. El peso de cada camión que cruza el puente después de la prueba es desconocido, pero a lo largo de un mes la distribución de las deflexiones es estable. Así que, si las deflexiones más altas empiezan a variar a temperaturas comparables, cambió el puente o cambió el tráfico, y ambas cosas importan para la evaluación. Un sensor de desplazamiento dinámico DECK002-X en el centro del vano y los inclinómetros en los apoyos miden la misma respuesta global que la prueba, de modo que cada mes de tráfico se puede comparar con la línea base. Los acelerómetros AXE-STD-LR-2 y el Modal Analysis Tool agregan una segunda verificación que no depende del paso de camiones pesados, porque un cambio en la frecuencia fundamental significa que la rigidez del puente cambió.

En el estudio de fondo común (pooled fund) TPF-5(219), liderado por Iowa, los investigadores concluyeron que el uso más práctico de los datos de monitoreo es como factor de ajuste fino de la evaluación, no como su base. El monitoreo continuo no reemplaza al ingeniero que calcula la evaluación, pero le da suficiente información para saber si el factor de ajuste sigue siendo válido, en lugar de suponerlo una sola vez.

Preguntas frecuentes

¿Se puede retirar el límite de peso de un puente en mal estado con una prueba de carga?

Rara vez. Una prueba diagnóstica mide la rigidez, mientras que la pérdida de sección o los elementos fisurados reducen la capacidad mucho antes de cambiar la rigidez. Cuando la restricción se debe a un deterioro documentado, los resultados de la prueba suelen coincidir con la evaluación calculada.

¿Basta con la deflexión, o una prueba diagnóstica necesita galgas extensométricas?

El MBE acepta como respuesta medida tanto la deformación unitaria como la deflexión. La deformación en la sección crítica se relaciona directamente con el elemento que se evalúa, mientras que la deflexión y las rotaciones en los extremos describen el comportamiento global y la distribución de cargas con menos sensores. La mayoría de los programas de prueba combinan unas pocas galgas extensométricas con la medición del desplazamiento en el centro del vano.

¿Cuánto tiempo deben quedarse los sensores en un puente después de una prueba de carga?

Al menos un ciclo estacional completo, para que la línea base cubra todo el rango de temperaturas de los apoyos y del tablero. Después, vale la pena mantener la instrumentación en los puentes donde la restricción se retiró gracias a la fijación parcial de los apoyos o a la acción compuesta no prevista.