Evaluación experimental de la durabilidad e integridad estructural de traviesas de hormigón pretensado con fisuración central mediante envejecimiento artificial

Abstract

Este trabajo aborda el estudio experimental de la durabilidad e integridad estructural de traviesas de hormigón pretensado que presentan una serie de fisuras en la sección central. Con el objetivo de emular el deterioro que estas estructuras sufren en condiciones de servicio, se diseñó un plan de envejecimiento artificial basado en tres metodologías: ciclos de hielo-deshielo en agua destilada, ciclos de hielo-deshielo en solución salina al 3,5% e inmersión-secado en solución salina al 3,5%. Estas condiciones buscan simular un efecto que se genera a través de la acción combinada de los agentes ambientales más agresivos sobre el hormigón y el acero de pretensado, principales componentes de la traviesa. Tras la aplicación de los ciclos de envejecimiento, las traviesas fueron sometidas a diferentes ensayos para valorar el comportamiento estructural y mecánico. Entre ellos destacan los ensayos dinámicos bajo asiento de carril, los ensayos estáticos a flexión en sección central y las pruebas de fatiga, que permiten valorar la resistencia residual, la evolución de la rigidez y el crecimiento de las fisuras. Además, se realizaron inspecciones específicas de la fisuración y se monitorizó la respuesta de la armadura de pretensado. De forma complementaria, se realizaron ensayos de carbonatación en los fragmentos resultantes de la rotura y observaciones mediante microscopía electrónica de barrido (SEM) en cordones de pretensado rotos, con el fin de detectar la posible presencia de procesos de corrosión. Los datos recogidos se organizaron en función de cada tipo de envejecimiento y de los ensayos, lo que permitió disponer de un marco experimental completo. En cada caso particular se monitorizaron parámetros relativos a la carga aplicada, la deformación, la evolución de las fisuras y la respuesta de los pretensados, apoyados con gráficos y tablas comparativas. Del mismo modo, se añadieron imágenes que arrojan luz sobre el desarrollo de la fisuración a lo largo de los ciclos y se añadieron análisis complementarios, como el ensayo de carbonatación en los fragmentos de las traviesas y la observación de los cordones de pretensado mediante microscopía electrónica de barrido (SEM). Todo esto ofrece un cómputo de resultados que sirven de base para la discusión técnica sobre la influencia del envejecimiento en la integridad estructural de las traviesas de hormigón pretensado además de su durabilidad. En conjunto, el estudio permite definir criterios comparativos entre diferentes condiciones de envejecimiento, proporcionando información relevante para comprender la influencia de la fisuración y del ambiente en la vida útil de las traviesas fisuradas. Las conclusiones obtenidas durante este proyecto tienen implicaciones directas para el mantenimiento de infraestructuras ferroviarias y sientan las bases para futuras líneas de investigación centradas en la mejora de la durabilidad y el diseño de traviesas de hormigón pretensado.

This work addresses the experimental study of the durability and structural integrity of prestressed concrete railway sleepers that present a series of cracks in the central section. In order to emulate the deterioration that these structures undergo under service conditions, an artificial aging plan was designed based on three methodologies: freeze-thaw cycles in distilled water, freeze-thaw cycles in a 3.5% saline solution, and immersion-drying cycles in a 3.5% saline solution. These conditions aim to reproduce the combined action of the most aggressive environmental agents on concrete and prestressing steel, the main components of the sleeper. After the application of the aging cycles, the sleepers were subjected to different tests to assess their structural and mechanical behavior. Among these, dynamic tests under the rail seat, static flexural tests at the central section, and fatigue tests stand out, as they allow the evaluation of residual strength, stiffness evolution, and crack growth. In addition, specific inspections of cracking were performed, and the response of the prestressing reinforcement was monitored. Complementary analyses included carbonation tests on the fragments resulting from failure and scanning electron microscopy (SEM) observations of fractured prestressing strands to detect the possible presence of corrosion processes. The data collected were organized according to each type of aging and test, providing a comprehensive experimental framework. In each case, parameters related to applied load, deformation, crack evolution, and prestressing strand response were monitored, supported by graphs and comparative tables. Likewise, images were included to illustrate the development of cracking throughout the cycles, along with complementary analyses such as carbonation testing of sleeper fragments and SEM observations of prestressing strands. Altogether, this provides a set of results that form the basis for the technical discussion on the influence of aging on the structural integrity and durability of prestressed concrete sleepers. Overall, the study enables the definition of comparative criteria between different aging conditions, offering relevant information to understand the influence of cracking and environmental exposure on the service life of cracked sleepers. The conclusions obtained in this Project have direct implications for the maintenance of railway infrastructure and lay the foundation for future research focused on improving durability and the design of prestressed concrete sleepers.