Según la Deutsche Bundesstiftung Umwelt (DBU), cada vez más puentes deteriorados y los cierres de carreteras resultantes aumentan la presión del tráfico en Alemania. Además, según la DBU, las demoliciones y construcciones de nuevos puentes necesarias consumen enormes recursos y generan gases de efecto invernadero adicionales, así como altos costos.
No obstante, si se informara sobre daños menores a las autoridades de carreteras correspondientes tan pronto como aparecieran, la fundación sostiene que podrían ser evaluados rápidamente localmente y reparados de manera respetuosa con el medio ambiente.
Esto debe ser investigado ahora en un proyecto financiado por la DBU del Instituto de Tecnología de Karlsruhe (KIT) a través de mediciones de vibración. La pregunta: ¿Cómo se puede llevar a cabo una supervisión automatizada en tiempo real?
Renovación de puentes
La DBU se basa en cifras del Ministerio Federal de Transporte. Según esto, existen casi 40.000 puentes en la red federal de carreteras, de los cuales el 86 por ciento son de hormigón armado y pretensado. Sin embargo, muchos puentes de las décadas de 1960 y 1970 fueron originalmente diseñados para cargas de tráfico significativamente menores.
Además, el tráfico pesado ha aumentado enormemente, según la Agencia Federal de Carreteras y Transporte, provocando un envejecimiento prematuro del material. Por lo tanto, de los 40.000 puentes, 4.000 en
la red principal de autopistas altamente cargadas deben ser urgentemente renovados según el programa de modernización de puentes.
Por ejemplo, debido a daños sustanciales, el puente Rahmedetal en Lüdenscheid y el puente Ringbahn en Berlín han tenido que ser cerrados. En estos lugares, se necesitan sustituciones que consumen muchos recursos.
"Necesitamos métodos en la construcción de puentes para mitigar una ola de renovaciones generales que ya amenaza", explica Alexander Bonde, secretario general de la DBU.
Reparación temprana
El concreto necesario para esto aumenta la emisión del gas de efecto invernadero dańino para el clima, el dióxido de carbono (CO2), y el consumo de recursos: la producción mundial de cemento contribuye con aproximadamente del seis al ocho por ciento a las emisiones globales de CO2.
"Si los daños se reparan más temprano, se alivia el tráfico, el medio ambiente y la salud", según Bonde.
Inspecciones de puentes
Para esto, es necesaria una detección de daños automática y continuada. La norma DIN 1076 requiere inspecciones regulares de puentes en Alemania: Cada seis años debe realizarse una inspección principal de personal e intensiva en tiempo, y tres años después una inspección simple.
"Ingenieros experimentados examinan las estructuras, muchas de las cuales son accesibles por dentro, y registran anomalías y daños", dice el Prof. Dr. Ing. Alexander Stark
del Instituto de Construcción Masiva y Tecnología de Materiales de Construcción (IMB) en el KIT.
Según el director del proyecto, se golpean los componentes de concreto para detectar, por ejemplo, cavidades. Sin embargo, no todos los daños se pueden detectar de esta manera. Por ejemplo, el asfalto encima de soportes intermedios cubre daños en la superestructura del puente, no siendo posible realizar una inspección visual fácilmente.
En caso de sospecha, se realizan inspecciones especiales de puentes además de los controles visuales regulares: Se utilizan sensores de presión, cámaras de drones, mediciones ultrasónicas o simulaciones y modelos por computadora.
"Estas inspecciones generalmente solo representan una parte del puente como una instantánea o requieren largos tiempos de cálculo, por lo que verificar utilizando este método solo es realmente útil para unas pocas estructuras de importancia destacada", dice Stark.
Medición de vibraciones
Por lo tanto, se necesitan urgentemente métodos de supervisión automatizada en tiempo real para puentes que puedan informar de manera efectiva el lugar y el tamaño de un daño. Este método de supervisión continua debe ser investigado ahora en un proyecto del KIT utilizando mediciones de vibración.
"Cada estructura tiene un comportamiento de vibración característico, que es influenciado por la masa y la rigidez. Si se desarrollan fisuras considerables en el concreto, la rigidez cambia
y, por lo tanto, también el comportamiento de vibración", según Stark.
Utilizando los llamados sensores de aceleración, se podría detectar el comportamiento característico de vibraciones. "A través de esta evaluación metrológica de todo el puente, se deben localizar y cuantificar por primera vez las formaciones de fisuras, antes de que sean visibles y se requiera una inspección regular del puente", explica Stark.
No se requieren restricciones de velocidad ni cierres de puentes. Además, las medidas de reparación tempranas se pueden realizar de manera rápida, precisa y económica.
"Además de garantizar una infraestructura confiable y segura, también se ahorran gases de efecto invernadero y recursos", enfatiza el experto de la DBU Franz-Peter Heidenreich.
De acuerdo con una economía circular integral, la DBU sostiene que los materiales existentes como el acero y el hormigón pretensado, así como los componentes del puente, deben ser utilizados, reutilizados y reparados el mayor tiempo posible.
Objetivo del proyecto
El proyecto que ahora comienza debe establecer las primeras bases; en una segunda fase, está previsto introducirlo con un consorcio de empresas para crear las condiciones necesarias para que las administraciones de carreteras puedan equipar los puentes con sensores.
Como otros beneficios, se esperan tiempos de planificación más cortos y menores obstáculos burocráticos a través de trabajos de reparación más precisos y
