Escaneo de infrarrojos móvil; una alternativa de alta tecnología y precisa a los métodos tradicionales de inspección de puentes

Los ingenieros civiles tienen un gran problema entre manos: decenas de miles de puentes siguen en uso tras haber cumplido hace ya mucho los 50 años. Conforme a la Administración Federal de Carreteras (Federal Highway Administration o FHWA en inglés), aproximadamente un cuarto de los 611 845 puentes en EE. UU. son estructuralmente deficientes o están funcionalmente obsoletos. Estos puentes exigirán esfuerzos notables de mantenimiento, reparación o sustitución, con un coste estimado de 20 500 millones de dólares al año en los próximos 12 años.

Los métodos tradicionales utilizados utilizados actualmente para identificar deficiencias estructurales en los tableros de hormigón de los puentes pueden consumir mucho tiempo y ser poco seguros para inspectores y conductores. Estos métodos se basan en la evaluación subjetiva de un investigador. También requieren el cierre de carriles en los puentes durante el estudio, cortando o ralentizando gravemente el tráfico. Sin embargo, un nuevo método de alta tecnología que combina una cámara de infrarrojos móvil con software analítico ofrece una solución que es más segura y más objetiva.

Identificación de delaminación en puentes

Dos factores principales de los daños en el hormigón de los puentes son la delaminación y el desprendimiento. La delaminación consiste en la separación del hormigón en dos capas o en la separación del revestimiento superior del sustrato. Las barras de refuerzo integrado (barras corrugadas) se corroe con el tiempo, provocando una expansión que separa el hormigón, bien horizontalmente en capas (delaminación) o en trozos que se rompen por encima del área dañada (desprendimiento).

 

Para encontrar delaminación del hormigón suele utilizarse una forma de prueba no destructiva (NDT por sus siglas en inglés) denominada inspección con cadena de arrastre acústico. El inspector arrastra una pesada cadena por el tablero del puente, escuchando los sonidos huevos distintivos que se producen en las áreas con delaminación. Puede utilizar estos datos para crear un mapa de delaminación del tablero del puente.

El método de cadena de arrastre tiene desventajas. Aunque este tipo de inspección requiere el cierre del carril que se va a estudiar, los inspectores a menudo tienen que trabajar junto a carriles con el tráfico abierto. El ruido del tráfico dificulta distinguir los sonidos que hacen las cadenas al pasar por hormigón con delaminación. Además, el método de la cadena de arrastre depende mucho de los conocimiento y la experiencia del inspector, lo que hace que sea subjetivo y potencialmente impreciso. De hecho, un estudio de la FHWA de estudios de delaminación de tableros concluyó que el método de cadena de arrastre no proporcionaba resultados precisos de forma consistente.

Una alternativa de alta tecnología a las inspecciones con cadena de arrastre acústico utiliza una cámara de infrarrojos montada en una camioneta para detectar áreas con delaminación en superficies de tableros de hormigón. NEXCO-West USA desarrolló esta técnica de inspección NDT, que incorpora imágenes de una cámara de infrarrojos FLIR refrigerada en mapas creados con software propio de NEXCO-West. Los ingenieros de la empresa están trabajando ahora con la Universidad de Central Florida para desarrollar procedimientos objetivos y eficientes de inspección de puentes que puedan utilizar las agencias estatales de carreteras de todo EE. UU.

Imágenes visuales, sin procesar y procesadas de delaminación de un estudio de IR del tablero de un puente
Fuente: «Comparison of Infrared Cameras for Concrete Bridge Deck Scanning: - Vol.2 Field Test at Haymarket Bridge», diciembre de 2014, NEXCO-West USA, Inc.

Un método seguro, eficiente y móvil

«El enfoque de NEXCO-West para comprobar si hay delaminación en los puentes es un método móvil, que utiliza una cámara de infrarrojos instalada en la parte superior del vehículo», afirma el presidente y director general de la empresa, Masato Matsumoto. «Nuestro enfoque no requiere el cierre de carriles ni reducciones en el límite de velocidad, por lo que el tráfico fluye con normalidad al tiempo que mantiene la seguridad de los inspectores».

Los escaneos suelen realizarse durante el día o en las horas posteriores al atardecer, cuando pueden observarse grandes cambios de temperatura. Por ejemplo, el hormigón que se ha calentado durante la tarde empezará a enfriarse tras el atardecer, creando un cambio medible en la temperatura. La mayor parte del tablero se calentará o enfriará de manera uniforme, pero la delaminación interrumpe la ruta conductiva. La temperatura del hormigón con daños subirá más rápido durante el día y bajará más deprisa por la noche, lo que se detecta fácilmente con la cámara de IR.

Ejemplo de diferencial de temperatura para hormigón en buen y en mal estado
Fuente: «Comparison of Infrared Cameras for Concrete Bridge Deck Scanning:
- Vol.2 Field Test at Haymarket Bridge», diciembre de 2014, NEXCO-West USA, Inc.

Las inspecciones se realizan con una cámara de infrarrojos montada en una camioneta conduciendo por el puente a 80 kilómetros por hora y con tráfico. Matsumoto afirma que la cámara de infrarrojos tarda solo unos minutos en registrar un escaneo completo de un carril de un puente de 1,5 kilómetro de largo.

La cámara utilizada en el sistema de escaneo de NEXCO-West es una cámara científica FLIR A6701sc MWIR. «Utilizamos la cámara de la serie A6700 Series porque puede generar imágenes térmicas de alta resolución mientras se conduce a alta velocidad», explica Matsumoto. El detector de antimoniuro de indio refrigerado de esta cámara ofrece tiempos de integración de tan solo 0,48 μs, lo que permite al equipo grabar imágenes térmicas de 640 x 512 píxeles sin efectos borrosos de movimiento. Matsumoto afirma que suelen ajustar la cámara para una frecuencia de imagen de 10 Hz, lo que permite grabar una imagen térmica nítida cada dos metros a velocidad de carretera. La cámara se conecta a un portátil dentro del vehículo con el software Infrared Bridge Assessment System (IrBAS) de NEXCO-West, para que el equipo pueda ver análisis en tiempo real y reconocer áreas que pueden tener delaminación.

El portátil muestra infrarrojos en transmisión directa a través del software IrBAS de NEXCO-West

Imagen térmica utilizada para crear un mapa de deficiencias del tablero de un puente

Procesamiento de los datos

Cuando el equipo haya recopilados los datos de cada carril del puente, puede empezar a procesarlos. «La mayoría de los análisis de datos y los procesos de informes se automatizan con el software IrBAS, lo que ahorra bastante tiempo y coste para preparar mapas de deficiencia», afirma Matsumoto. El software utiliza el mapa de deficiencias para calcular el porcentaje de área del tablero con delaminación y clasifica los estados de condición conforme a los criterios de la Asociación de Estados Unidos de Funcionarios de Carreteras y Transportes (AASHTO por sus siglas en inglés).

Hay tres categorías de daños:

1. Indicación: La delaminación está presente a 4 cm de la superficie del hormigón
2. Precaución: La delaminación está presente a 2 cm de la superficie del hormigón
3. Peligro: La delaminación está alcanzando la superficie del hormigón

Las áreas del tablero que se clasifican con Indicación se consideran satisfactorias, mientras que las áreas con Precaución requieren una estrecha supervisión. Cualquier área clasificada como Grave requiere una acción inmediata.

Mejores decisiones, puentes más seguros

Clasificación de daños con el software IrBAS
Fuente: «Comparison of Infrared Cameras for Concrete Bridge Deck Scanning:
- Vol.2 Field Test at Haymarket Bridge», diciembre de 2014, NEXCO-West USA, Inc.

La subjetividad y las posibles imprecisiones del método de cadena de arrastre requieren que se vuelva a examinar esta forma tradicional de inspección de tableros de puentes. El escaneo con infrarrojos proporciona resultados más objetivos y que el sistema sea móvil evita las desventajas inherentes a los cierres de carriles, como peligros para la seguridad, retrasos para el tráfico aumento de las emisiones.

Una ventaja adicional del método integral y objetivo de recopilación de datos de NEXCO-West es que permite que las agencias estatales de carreteras supervisen el rendimiento de los puentes a largo plazo. «La cartografía de infrarrojos de NEXCO-West respaldará una toma de decisiones basada en datos para la gestión de puentes, y ayudará a los propietarios de puentes a evitar costosas reparaciones catastróficas», indica Matsumoto. Superponiendo mapas de deficiencia sobre registros anteriores, los ingenieros podrían determinar la condición y el nivel de degradación de los puentes. Esto les ayudará a predecir la progresión del deterioro y planificar el trabajo de rehabilitación.

Escaneo térmico del puente (izquierda) e imagen térmica utilizada para crear un mapa de deficiencias del tablero de un puente (derecha)