Autor:
Ing. Saúl Rojas D.
Máster en Sistemas de Información Geográfica y Teledetección; Licenciado en Topografía y Geodesia.
- Introducción
El puente analizado se encuentra en la Ruta Nacional No. 1, en el kilómetro 34+380, sobre el cañón del Río Colorado, en la zona limítrofe de los distritos de El Rosario del cantón de Naranjo y Puente de Piedra del cantón de Grecia.
A partir de una inspección rutinaria de tipo visual y por tramos, realizada el 11 de junio de 2021 por el Programa de Ingeniería Estructural de la Unidad de Puentes del LANAMME-UCR, se identificaron múltiples deterioros significativos en la superestructura y subestructura del puente, como ondulaciones, grietas, baches, corrosión, filtraciones y exposición del acero de refuerzo. Los datos recopilados se remitieron al CONAVI para su análisis y, a su vez, se proporcionaron como insumo para esta investigación.
De acuerdo a las investigaciones de (Vargas Alas, 2017), el gobierno de Costa Rica afronta retos relacionados con el mantenimiento de los puentes, especialmente en la inspección y la reparación de algunos deterioros que las estructuras presentan. El autor indicó que el reto radica en buscar métodos de acceso más adecuados y seguros para que el personal técnico que brinda el mantenimiento periódico pueda hacer inspecciones detalladas y análisis estructurales exhaustivos de forma segura y productiva.
La Promotora de Comercio Exterior (PROCOMER, 2022) señala que uno de los principales desafíos para los profesionales en ingeniería, es la incorporación de nuevas tecnologías que impulsen la sostenibilidad, dado que la digitalización en el sector ha avanzado a un ritmo más lento en comparación con otras industrias del país. La implementación de la tecnología permite optimizar procesos, mejorar la recolección de datos y minimizar el uso de recursos.
En el presente artículo y desde un enfoque de investigación práctica e innovadora, se toma como punto de partida la inspección rutinaria del puente realizada por LANAMME-UCR el 11 de junio de 2021, y se recrean algunas de las observaciones de dicho estudio para identificar posibles cambios en las condiciones previamente registradas. No obstante, en esta ocasión se utiliza un sensor de imagen térmica para evaluar los insumos generados, e ilustrar la contribución que puede ofrecer la percepción remota en la inspección de puentes.
- Metodología
El análisis se apoya en principios físicos bien establecidos que describen el comportamiento térmico de los materiales y su relación con cambios en sus propiedades. Para este estudio se utilizó un sensor de imagen térmica, el cual permite identificar diferencias de temperatura superficial en los elementos que conforman la estructura del puente. En condiciones dinámicas, los distintos materiales y zonas con deterioro no cambian su temperatura a la misma velocidad, lo que genera contrastes térmicos detectables en la imagen. Estas variaciones pueden estar asociadas a la presencia de humedad, pérdida de recubrimientos protectores, exposición de elementos internos o alteraciones en las propiedades del material. La temperatura aparente registrada por el sensor se ve influenciada por la capacidad de los materiales para emitir radiación térmica en diferentes longitudes de onda; este concepto se conoce como emisividad. La técnica se basa en la comparación relativa de temperaturas y no en valores absolutos, por lo que su principal aporte consiste en resaltar anomalías térmicas que complementan la inspección visual tradicional. En este trabajo se empleó un sensor de imagen térmica tipo FLIR (Forward Looking InfraRed, por sus siglas en inglés), que registra dichas variaciones y las representa mediante una escala de colores para facilitar la interpretación cualitativa de los deterioros observados (Figura No. 1).
3. Análisis de resultados
A continuación, se muestran algunos resultados del estudio de deterioros del puente, los cuales fueron investigados en profundidad en el Trabajo de Graduación titulado “Investigación del uso de la teledetección mediante datos de sensores remotos, para la utilización de los resultados en un caso práctico de servicios de consultoría en ingeniería y arquitectura”, desarrollado en la Maestría Profesional en Sistemas de Información Geográfica y Teledetección de la Universidad de Costa Rica:
3.1 Eflorescencias
La inspección de LANAMME-UCR identificó manchas de eflorescencia y humedad en vigas principales y diafragma, aunque, las manchas no fueron visibles en el tablero. Se calificó como grado de daño 4 en eflorescencia, asumiendo que la eflorescencia se encuentra en más de la mitad del área del tablero (LANAMME-UCR, 2021).
El sensor térmico registró el daño para identificar eflorescencias y humedad, mostrando el tablero en cian (32.4 °C) y azul, mientras que las vigas permanecieron en naranja (33.3 °C). En la Figura No. 2, se tomó consideración una temperatura ambiente de 34 °C, una distancia menor a 5 m y una emisividad del concreto de 0.90, la tecnología de Imagen Dinámica Multiespectral del sensor (MSX) resaltó manchas en el tablero, asociándolas con una huella termal de 32.4 °C, indicando diferencias en las propiedades del concreto afectado.
3.2 Obstrucciones
La inspección señaló que, la junta de expansión se encontraba cubierta de sobrecapas de asfalto. Esta deficiencia se calificó con grado de daño 5 (LANAMME-UCR, 2021).
Con el sensor térmico se recolectó información del daño, a efectos de corroborar si era posible delimitar segmentos de la junta expuesta. Tras el procesamiento, se identificó un objeto circular metálico en color cian, rodeado de asfalto en tonos naranjas y amarillos. En la paleta de colores, el cian se encontró a 50.9 °C y el naranja a 56.3 °C. Para este caso, la magnitud de la diferencia en temperatura fue mayor a 5 °C (Figura No. 3).
3.3 Descascaramiento
En la sección No. 2, se investigó el acero de refuerzo expuesto en la pila principal. La inspección de referencia indicó que, en aproximadamente un 5 % de la altura total de las columnas de la pila No. 1, se detectó un desprendimiento en la viga de unión entre columnas, con una profundidad mayor a 25 mm y dimensiones superiores a 150 mm, clasificándose con un grado de daño 3 en descascaramiento. Además, en la zona afectada, se observó acero de refuerzo expuesto sin pérdida de sección medible, lo que fue calificado con un grado de daño 4 (LANAMME-UCR, 2021).
El sensor térmico se utilizó para analizar el daño y determinar características del material expuesto y el descascaramiento. Tras el procesamiento, el borde del desprendimiento mostró un color naranja más intenso en contraste con el cian del resto de la viga, con temperaturas de 32.9 °C y 31.6 °C, respectivamente, evidenciando una diferencia térmica de 1.3 °C. Este cambio permitió delimitar la zona afectada, además de revelar un polígono naranja más tenue (32.3 °C) sobre el acero expuesto, posiblemente indicando una sección de concreto con pérdida de propiedades y riesgo de desprendimiento. Para lograr esta sensibilidad térmica, se consideró la temperatura ambiente de 34 °C, una distancia de captura inferior a 2 m y una emisividad teórica del concreto de 0.90 (Figura No. 4).
3.4 Deformaciones
Se investigaron daños por deformación en las barandas de acero, LANAMME-UCR indicó en la inspección que aproximadamente un 15 % de los sistemas de contención vehicular presentaban deformaciones, desalineaciones o fracturas. En la sección No. 2 del puente, las deformaciones oscilaron entre 100 mm y 200 mm, calificándose con un grado de daño 4 (LANAMME-UCR, 2021).
Con el sensor térmico; y tras el procesamiento, se observaron bordes en azul oscuro (entre 30.8 °C y 37 °C) en contraste con áreas en naranja (51.8 °C). Para estas variaciones, los tramos en azul correspondían a zonas donde el tubo de acero estaba mejor preservado, mientras que en las zonas naranja y amarillo se evidenció pérdida del galvanizado. Además, al emplear una emisividad de 0.80 para el acero, la espectroscopia infrarroja permitió identificar cualitativamente la pérdida de propiedades del material, ya que las superficies oxidadas presentan emisividades cercanas a 0.95 (Figura No. 5).
3.5. Síntesis comparativa del análisis de deterioros
Con el fin de sintetizar el aporte del uso de imágenes térmicas respecto a la inspección visual tradicional, se presenta a continuación una comparación cualitativa de los principales deterioros evaluados en el puente, destacando el alcance y las limitaciones de la técnica aplicada:
4. Conclusiones
Desde una perspectiva práctica, la metodología térmica demuestra ser una herramienta útil en la inspección de puentes, ya que los datos térmicos pueden emplearse para detectar ciertos tipos de daños. No obstante, es fundamental interpretar los resultados con cautela, dado que las variaciones de temperatura en los materiales pueden estar influenciadas por múltiples factores. En cuanto a los casos analizados, se concluye lo siguiente:
La eflorescencia se encuentra en más de la mitad del área debajo del tablero, en esas zonas de daño, el concreto presentó una temperatura inferior, la huella del color coincidió con la eflorescencia (manchas blanquecinas de aspecto irregular que aparecen en superficies que han sufrido humedad). Cuando la superficie se seca y el agua se evapora se produce la cristalización de algunas sales solubles del hormigón, que aparentemente son detectables con la metodología.
Respecto a las obstrucciones en las juntas de expansión, la sensibilidad térmica del sensor facilitó diferenciar el asfalto del acero, permitiendo delimitar juntas que estén cubiertas por sobre capas de pavimento, cualitativamente también es posible delimitar la extensión de un elemento que obstruye superficialmente a otro elemento estructural, no obstante, en condiciones de buen tiempo una imagen RGB ofrece mejores resultados.
Las deformaciones del acero se pueden detectar con la metodología, porque las partes de la baranda con pérdida del galvanizado alcanzaron una temperatura más alta que el resto del tubo, las superficies oxidadas tienen una emisividad mayor que el acero mejor preservado.
El descascaramiento y elementos internos expuestos son tipos de daño detectables con la metodología, en la viga de la pila y debido a un desprendimiento, el acero y concreto expuestos adquirieron una temperatura menor al resto de la viga. Al mismo tiempo, el concreto que rodea al desprendimiento también adquirió una temperatura diferente, debido a los cambios de propiedades del concreto y a las diferencias de emisividad entre el acero y el hormigón.
5.Referencias
DJI Enterprise. (1 de Noviembre de 2021). Obtenido de Conceptos básicos de los drones térmicos: https://enterprise-insights.dji.com/es/blog/conceptos-b%C3%A1sicos-de-drones-t%C3%A9rmicos
LANAMME-UCR. (2021). Inspección de puente Rafael Iglesias (Río Colorado). San José: Programa de Ingeniería Estructural.
Medvev, A. (2013). What is a «Forward looking infrared imaging system?». Obtenido de https://www.theguardian.com/notesandqueries/query/0,,-203857,00.html#:~:text=They%20can%20be%20used%20to,objects%20against%20a%20cooler%20background.
PROCOMER. (18 de Abril de 2022). Innovaciones que cambian el futuro de la construcción sotenible. Obtenido de https://www.procomer.com/alertas_comerciales/comprador-internacional-alerta/innovaciones-que-cambian-el-futuro-de-la-construccion-sostenible/
Teledyne FLIR. (12 de Setiembre de 2023). What’s The Difference between Thermal Imaging and Night Vision? Obtenido de https://www-flir-com.translate.goog/discover/ots/thermal-vs-night-vision/?_x_tr_sl=en&_x_tr_tl=es&_x_tr_hl=es&_x_tr_pto=rq#:~:text=FLIRs%20make%20pictures%20from%20heat,thermal%20energy%2C%20and%20vice%20versa.
Vargas Alas, L. G. (2017). Historia, comportamiento y retos del puente Rafael Iglesias. Programa de Ingeniería Estructural Nº 8, Volumen 2, 1-8.