Según la Fundación Alemana para el Medio Ambiente (DBU, por sus siglas en alemán), un número cada vez mayor de puentes en mal estado y los consecuentes cierres de carreteras están incrementando la presión del tráfico en Alemania. Además, las voladuras, demoliciones y nuevas construcciones necesarias de puentes consumen enormes recursos y generan emisiones adicionales de gases de efecto invernadero, así como altos costos.
No obstante, si se informara de los pequeños daños al departamento de carreteras correspondiente desde el primer momento en que aparecen, se podría evaluar localmente y restaurar de manera ecológica de forma oportuna, según la fundación.
Esto es lo que pretende investigar un proyecto del Instituto Tecnológico de Karlsruhe (KIT) financiado por la DBU, utilizando mediciones de vibraciones. La cuestión es: ¿Cómo se puede implementar una monitorización automatizada en tiempo real?
Rehabilitación de puentes
La DBU se refiere a cifras del Ministerio Federal de Transporte. Según estas, en la red de autopistas federales existen casi 40,000 puentes, de los cuales el 86 por ciento son de acero y hormigón pretensado. Sin embargo, muchos puentes de las décadas de 1960 y 1970 fueron diseñados originalmente para mucho menos carga de tráfico.
Además, el tráfico pesado, según la Agencia Federal de Carreteras y Transporte, ha aumentado enormemente y ha provocado un envejecimiento prematuro del material.
En consecuencia, según el programa de modernización de puentes, de los 40,000 puentes, es urgente que 4,000 en la red central de autopistas altamente cargadas sean reparados.
Por ejemplo, debido a daños significativos, el puente Rahmedetal cerca de Lüdenscheid y el puente Ringbahn en Berlín tuvieron que ser cerrados. En estos casos, las construcciones de reemplazo que consumen muchos recursos son inevitables.
"Necesitamos métodos en la construcción de puentes para mitigar la ola de revisiones generales que ya amenaza", explica Alexander Bonde, secretario general de la DBU.
Reparación temprana
El hormigón necesario para esto aumenta las emisiones del gas de efecto invernadero perjudicial, dióxido de carbono (CO2), y el consumo de recursos: la producción mundial de cemento contribuye entre un seis y un ocho por ciento a las emisiones de CO2 en todo el mundo.
"Si los daños se reparan más temprano, se alivia el tráfico, el medio ambiente y la salud", dice Bonde.
Inspecciones de puentes
Para ello, es necesaria una detección de daños automatizada y permanente. La norma DIN 1076 prescribe inspecciones regulares de puentes en Alemania: cada seis años debe realizarse una inspección principal que consume mucho tiempo y personal, y tres años después, una inspección simple.
"Ingenieros experimentados examinan las estructuras, muchas de las cuales pueden inspeccionarse desde el interior, y anotan anomalías
y daños", dice el profesor Dr.-Ing. Alexander Stark del Instituto de Construcción Sólida y Tecnología de Materiales de Construcción (IMB) del KIT.
Según el director del proyecto, durante el proceso se golpean los elementos de hormigón para detectar cavidades, por ejemplo. Sin embargo, no todos los daños pueden detectarse de esta manera. Por ejemplo, el asfalto en el área de soportes intermedios puede ocultar daños en la superestructura del puente, lo que impide una inspección visual.
En caso de sospecha, además de la inspección visual regular, se realizan inspecciones especiales de puentes: se utilizan sensores de presión, cámaras de drones, mediciones ultrasónicas o simulaciones y modelos por computadora.
"Estas inspecciones suelen mostrar solo una parte del puente como una instantánea o requieren tiempos de cálculo largos, por lo que una revisión de esta manera solo es realmente útil para unas pocas estructuras de gran importancia", dice Stark.
Medición de vibraciones
Por lo tanto, se necesitan urgentemente métodos automatizados prácticos de monitoreo en tiempo real para puentes, que puedan informar efectivamente la ubicación y el tamaño de un daño. Un método de monitoreo permanente como este será investigado por un proyecto del KIT utilizando mediciones de vibraciones.
"Cada estructura tiene un comportamiento de vibración característico que está influenciado por la masa y la rigidez. Si se producen grietas
significativas en el hormigón, la rigidez cambia y con ello también el comportamiento de vibración", explica Stark.
Con la ayuda de los llamados sensores de aceleración, se podría registrar el comportamiento de vibración característico. "Mediante esta evaluación técnica de toda la estructura del puente, se podrían localizar y, por primera vez, cuantificar las formaciones de grietas, antes de que siquiera sean visibles y antes de que se programe una inspección regular del puente", detalla Stark.
No se requieren restricciones de velocidad ni cierres de puentes. Además, las medidas de reparación temprana pueden ser rápidas, precisas y económicas.
"Además de garantizar una infraestructura confiable y segura, eso ahorra gases de efecto invernadero y recursos", enfatiza Franz-Peter Heidenreich, asesor de DBU.
De acuerdo con una economía circular integral, según la DBU, los materiales existentes como el acero y el hormigón pretensado, así como los componentes de los puentes, deben utilizarse, reutilizarse y repararse tanto como sea posible.
Objetivo del proyecto
El proyecto que comienza ahora pretende establecer los primeros fundamentos; en un segundo paso, se planearía la implementación con un consorcio empresarial para crear las condiciones para que las administraciones de carreteras puedan equipar los puentes con sensores.
Se anticipan como ventajas adicionales tiempos de planificación más cortos y menores obstáculos burocráticos gracias a trabajos de reparación más precisos
