Métodos para la detección de daño en estructuras de hormigón pretensado

Abstract

El uso del hormigón pretensado en estructuras resistentes, ha sido difundido ampliamente desde mediados del siglo pasado. En general, se trata de estructuras proyectadas para cumplir sus funciones, durante una vida útil de varias décadas. En consecuencia, es frecuente la necesidad de llevar a cabo tareas de mantenimiento en dichas estructuras, debido a que pueden encontrarse afectadas por diversas patologías. Es evidente que, será deseable la detección de los posibles daños estructurales, con la mayor antelación posible, de manera tal de facilitar las medidas de intervención, antes de que los daños se generalicen y corra riesgo la estabilidad de la estructura. Para ello, surge la necesidad de contar con técnicas adecuadas, que permitan la detección de daños, en inspecciones realizadas con cierta periodicidad. La investigación de metodologías para la detección de da~no en estructuras, es una materia en permanente actualización. En esta tesis, se aborda el estudio particular de métodos de diagnóstico, para ser implementados en estructuras de hormigón pretensado, dominadas por solicitaciones de exión. Las patologías consideradas, consisten en típicas fisuras que podrían generarse bajo dichas solicitaciones, por distintas causas, como pueden ser: la subestimación de las pérdidas de pretensado, un tesado real inferior al nominal, excesos en las solicitaciones de servicio, asentamientos diferenciales en estructuras hiperestáticas, entre otras. Para la identificación de los posibles daños, se estudia la aplicación de distintos métodos capaces de, primero detectar la presencia de daño en la estructura, luego localizarlo y en lo posible, cuantificarlo. Dichos métodos, fundamentalmente se basan en el estudio del comportamiento estático y/o dinámico de la estructura. Las técnicas estudiadas en esta tesis son, el Método de Variación de los Desplazamientos, el Método de Curvatura de la Elástica, el Método Inverso y el uso de la Transformada Wavelet Continua. Estas metodologías, en principio han sido implementadas a partir de datos obtenidos de modelos numéricos, analizados con el Método de los Elementos Finitos; luego han sido realizadas diversas aplicaciones experimentales, sobre vigas construidas en laboratorio. Además, se ha incluido en los ensayos experimentales, la identificación de fisuras en el hormigón, mediante estudios de imágenes termográficas y técnicas de ultrasonido. Los resultados obtenidos, han permitido determinar las condiciones necesarias, para que las metodologías de diagnóstico implementadas, respondan adecuadamente sobre estructuras de hormigón pretensado. Además, ha sido posible la comparación de los distintos métodos entre sí, notando las ventajas y desventajas de cada uno de ellos.

Prestressed concrete has been widely used in civil structures since the middle of the 20th century. In general, these structures are designed to keep their functions over a lifespan of several decades. Consequently, the need to carry out maintenance tasks in the prestressed concrete structures is frequent, since they may be affected by several pathologies. It is evident that the detection of possible structural damages will be desirable as soon as possible, in order to facilitate the intervention measures, before the stability of the structure is at risk. For this reason, there is a need to have adequate techniques, which allow the detection of damage in inspections carried out with a certain periodicity. The study of methodologies for the detection of damage in structures is a subject in constant updating. This thesis deals with the study of diagnostic methods, to be implemented in prestressed concrete structures dominated by bending stresses. The pathologies considered consist of typical cracks that could be generated, for different reasons under those solicitations, such as the underestimation of prestress losses, a real prestressing lower than the nominal, excessive loads and differential settlements in hyperstatic structures, among others. For the identification of possible damages, is studied the application of different methods capable of first detecting the presence of damage in the structure, then locating it and, where possible, quantifying it. These methods are fundamentally based on the study of the static and/or dynamic behavior of the structure. The techniques studied in this thesis are, the Method of Variation of the Displacements, the Method of the Elastic Curvature, the Inverse Method and the use of the Wavelet Continuous Transform. These methodologies have been implemented, on the one hand, from data obtained from numerical models, analyzed with the Finite Element Method; on the other hand, several experimental applications have been performed, on beams built in the laboratory. In addition, it has been included in the experimental tests, the identification of cracks in the concrete, through thermographic imaging studies and ultrasound techniques. The results of these investigations have allowed determining the necessary conditions so that the diagnostic methodologies work appropriately for the prestressed concrete structures. In addition, it has been possible to compare the different methods among themselves, noting the advantages and disadvantages of each of them.