Uso de GPR para estimar el grosor de la pared de las estructuras de puentes
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Uso de GPR para estimar el grosor de la pared de las estructuras de puentes

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El puente de Saratoga Creek a lo largo de la ruta estatal 9 (Figura 1) fue construido en 1902 y permite la conectividad segura y estable entre la ciudad de Saratoga y la comunidad de Felton en California. El puente tiene un arco de hormigón de dos tramos, relleno de tierra, con enjuta de mampostería de escombros1 paredes. Estudios anteriores no encontraron evidencia de refuerzo de barras de acero en los estribos del puente.2 o en el muelle3. Estas deficiencias estructurales, junto con el deterioro de la junta de mortero, hacen que el puente sea susceptible de sufrir daños durante un evento sísmico, especialmente considerando su proximidad al sistema de fallas de San Andrés, ubicado aproximadamente a media milla de distancia.

Figura 1
Ubicación del proyecto del puente Saratoga Creek de la ruta estatal 9.

Debido a estos problemas, el puente debe reemplazarse o renovarse ampliamente. El camino elegido a seguir es tener un diseño de puente "híbrido", donde se construirá un nuevo puente de vigas de acero dentro del cuerpo del puente existente con los muros de mampostería existentes y los arcos de piedra que sirven como fachada que oculta las nuevas columnas de soporte. El diseño conserva el aspecto y la sensación del puente de piedra existente (que tiene un fuerte apoyo local) al tiempo que garantiza que la estructura sobrevivirá a un evento sísmico y es el método más rápido para completar la construcción.

Para ayudar en el diseño del puente híbrido, la Subdivisión de Geofísica y Geología (GGB) de Caltrans (Departamento de Transporte de California) recibió la tarea de identificar los detalles de construcción para el arco de hormigón y las paredes enjutas de mampostería de escombros de la estructura del puente en enero de 2020. El puente La estructura había sido inspeccionada con éxito con un GPR en 2010, por lo que se eligió GPR para este proyecto de evaluación no destructiva.

Los objetivos eran encontrar el grosor del arco de hormigón en la corona y la base, el grosor de la pared enjuta de mampostería de escombros y la profundidad del pilar de hormigón.

Resultados de la encuesta

Para el levantamiento de la pared, los perfiles unidireccionales, comenzando desde la parte superior, se adquirieron verticalmente con transductores de frecuencia central pulseEKKO® PRO 500 MHz, montados en un marco personalizado con acceso desde la plataforma del puente. (Figura 2, izquierda). Para acceder a las partes más difíciles de alcanzar de los arcos y paredes, se utilizó un camión fisgón. (Figura 2, derecha). También se recogieron múltiples líneas en la base y corona del arco de hormigón del puente.

Figura 2
Recolección de datos de la línea GPR usando un pulseEKKO® PRO 500 en el pilar del puente (izquierda) y Conquest® 100 en el arco de hormigón en el Muelle 2 (derecha).

Figura 3 muestra todas las líneas de GPR recogidas a lo largo de los arcos de hormigón no reforzado del puente, la columna central y los muros de enjuta del Muelle 2 y Estribo 3.

Como el trabajo de GPR se limitó a dos días para esta encuesta, todos los datos se recopilaron y guardaron en diferentes proyectos en el sistema GPR y se procesaron en EKKO_ProjectTM Software GPR para obtener medidas de espesores estimados. Para obtener una estimación precisa de la velocidad de la onda GPR, se perforó un orificio central en la base del arco de hormigón en el pilar 3 (Figura 3, derecha) para medir el espesor de la pared del puente. La velocidad de la onda GPR se calculó correlacionando el espesor de la pared desde el núcleo con el tiempo de la reflexión GPR desde la parte posterior de la pared. Se asumió que esta velocidad era representativa del resto del muro de hormigón.

Figura 3
Datos de la línea GPR recopilados en el puente Saratoga en ubicaciones etiquetadas con espesores de pared estimados. Las líneas continuas representan los datos recopilados en el muro norte y la línea de puntos son los datos recopilados en el muro sur. Las mediciones de espesor hacia abajo del pilar 3 indicaron que el espesor de la pared aumentó hacia la base.

Interpretar y encontrar el espesor de la pared a partir de los datos de GPR fue simple, dado que existía un buen contraste dieléctrico entre la pared de bloques de arenisca y la tierra compactada entre las paredes del puente. Las secciones transversales de GPR muestran la transición de reflejos de radar uniformes a dispersos que se interpretó como la transición de la pared al relleno de escombros. (Figura 4).

Además de medir con éxito el grosor de la pared del arco de hormigón en la base y la corona a partir de los datos de GPR, también pudieron confirmar la existencia de talud (una pendiente inclinada) en la pared en el pilar 3, ya que el grosor de pared estimado parecía ser aumentar hacia la base de la pared (Figura 4, derecha). Los resultados en el Muelle 2 proporcionaron más información, con los datos de GPR que indican un espesor relativamente constante en la columna central y la pared del enjuta. (Figura 4, izquierda), lo que implica la ausencia de talud de pared. También destacó las paredes enjutas significativamente más delgadas en comparación con el pilar 3 (Figura 3, izquierda).

Figura 4
Datos de la sección transversal de GPR que muestran el grosor medio aproximado de la columna (4.12 pies) observado en la columna del centro de la pared norte sobre el muelle 2 (izquierda) y el grosor de pared variable en el pilar 3, lo que confirma la existencia de talud (derecha).

Conclusiones

GGB recibió comentarios positivos del equipo de diseño del puente de que las interpretaciones de GPR proporcionaron detalles valiosos para redactar su diseño final para preservar el puente existente. Se aceptó el diseño híbrido de "puente dentro de un puente" y se prevé que la construcción comience en septiembre de 2022.

Datos cortesía de Bill Owen de Caltrans.

Notas a pie de página:

1 Una enjuta es el espacio triangular formado por un arco, la parte superior o cubierta del puente y cualquier elemento estructural vertical.
2 Un estribo de puente es la parte de la base del puente que descansa sobre el suelo en cada extremo del puente.
3 Un pilar es la columna de soporte principal para el tramo del tablero del puente que cruza entre estribos.

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