Tesis:
Comportamiento de puentes prefabricados de viga artesa : influencia del ambiente y del proceso constructivo
- Autor: BETETA CEJUDO, María del Carmen
- Título: Comportamiento de puentes prefabricados de viga artesa : influencia del ambiente y del proceso constructivo
- Fecha: 2022
- Materia: Sin materia definida
- Escuela: E.T.S. DE INGENIEROS DE CAMINOS, CANALES Y PUERTOS
- Departamentos: MECANICA DE MEDIOS CONTINUOS Y TEORIA DE ESTRUCTURAS
- Acceso electrónico: https://oa.upm.es/71653/
- Director/a 1º: ALBAJAR MOLERA, Luis
- Resumen: Los puentes prefabricados continuos aúnan las ventajas de la prefabricación y de los métodos constructivos “in situ”, siendo España pionera en el desarrollo de esta tipología de puentes. Entre las ventajas de esta tipología de puentes destaca que cumplen con los requerimientos de diseño establecidos en las normativas actuales en cuanto a resistencia, servicio y durabilidad; son estructuras de rapidez de construcción generando mínimo impacto en el tráfico o en el entorno y son estéticos. Sin embargo, el comportamiento de estas estructuras es de enorme complejidad, dado que en la fase de diseño es necesario conocer la redistribución a lo largo del tiempo de las tensiones entre los materiales de la sección y la evolución de los esfuerzos hiperestáticos en el caso de estructuras continuas, estructuralmente evolutivas y compuestas seccionalmente, debidos a los fenómenos de fluencia y retracción de ambos hormigones y a la relajación del acero de pretensado. Aunque existen programas generales de cálculo estructural que se pueden utilizar para puentes prefabricados continuos con secciones evolutivas, basados en métodos numéricos, su aplicación en la práctica diaria es complicada. Dichos programas difícilmente permiten un control real del proceso y de las consecuencias que tiene la variación de los datos de partida en la distribución final de tensiones, de ahí la importancia de definir un método simplificado aplicable a esta tipología de puentes. El presente trabajo presenta un Método Simplificado Mejorado del Método de la Sección Homogeneizada con un Módulo Efectivo Ajustado a la Edad para secciones compuestas constituidas por vigas prefabricadas pretensadas y una losa superior de hormigón. El método surge como respuesta a las limitaciones de la aplicación del modelo tradicional del coeficiente de envejecimiento, al estudio de secciones compuestas de hormigón prefabricado - hormigón “in situ”. El método que se pretende mejorar es el propuesto por Ghali, Favre y Eldbadry (12) que utiliza para el estudio diferido la sección homogeneizada usando para cada hormigón el modelo del coeficiente de envejecimiento de Trost y Bažant. El Método propuesto está basado en la definición del coeficiente de envejecimiento refinado ajustado a la edad (que tiene en cuenta la retracción y el nivel de coacción) y a la partición del proceso una vez hormigonada la losa en dos procesos - gracias al principio de superposición - en los que se cumple en cada uno de ellos la cuasi proporcionalidad de los incrementos de tensiones a la de los procesos utilizados para la obtención del coeficiente de envejecimiento ajustado correspondiente: proceso 1 que considera la retracción de la losa y el proceso 2 que considera el efecto de la fluencia del peso propio de la losa. El método propuesto se verifica con el método paso a paso. Los resultados son precisos no solo en tensiones sino en curvaturas diferidas, lo que permite su aplicación, a todo tipo de puentes continuos con proceso constructivo evolutivo. Además, el método se aplica al cálculo de un viaducto continuo hiperestático, cuyo proceso constructivo es complejo, presentando varias fases intermedias, desarrollándose la metodología para este caso y siendo extensible a cualquier tipología de puentes prefabricados continuos independientemente del proceso constructivo. Se comparan los resultados obtenidos con los métodos utilizados en la práctica, así como los criterios avalados por la experiencia, obteniéndose resultados satisfactorios. Asimismo, esta Tesis propone un método para la comprobación del ELS de fisuración en secciones compuestas, constituidas por una viga prefabricada pretensada y una losa superior “in situ” que se encuentran traccionadas bajo la combinación frecuente de acciones. El método propuesto está basado en el descrito por Luis Albajar en la publicación coordinada por Luisa María Gil (13) para secciones pretensadas- no compuestas- que consiste en la neutralización de las tensiones del hormigón en la situación de cargas permanentes a tiempo infinito. El método simplificado de neutralizar exclusivamente el pretensado, muy extendido en el caso de secciones pretensadas monolíticas, no es aplicable a secciones compuestas. Finalmente se analiza la influencia de la humedad y de las distintas edades de continuidad de las vigas, en la redistribución de esfuerzos en el tiempo y en el comportamiento tensional de un puente hiperestático de tres vanos formado por una viga prefabricada tipo cajón y una losa superior hormigonada “in situ”, la cual se encuentra armada. Se incluye un estudio de la influencia de la fisuración de la losa sobre apoyos intermedios en la redistribución de esfuerzos en el tiempo. El estudio ha surgido durante el desarrollo de la Tesis al comprobar que la losa superior, la cual se encuentra armada, para esta tipología de puentes, se encuentra fisurada. Se ha realizado una nueva propuesta para incluir el comportamiento de la sección compuesta con la losa superior fisurada bajo cargas permanentes. La incidencia de la fisuración de la losa se ha resuelto variando la rigidez de la cabeza fisurada con datos experimentales de tirantes fisurados (7) e introduciendo este comportamiento en el Método Simplificado Mejorado definido en esta Tesis Doctoral. ----------ABSTRACT---------- Continuous precast concrete bridges have the advantages of both prefabrication and on-site construction methods, and Spain has been a pioneer in the development of such types of bridges. Among the advantages of this type of structures, it stands out that they fulfil the design requirements established by the codes, (strength, serviceability performance, durability, and aesthetics), with high speed of construction and minimum effects on the traffic or environment. However, the behavior of such structures is of enormous complexity, being necessary the analysis of time-dependent stresses and deformations in the design phase. The sequential or staged construction process generates changes in the structural shape, and delayed phenomena occur due to shrinkage and creep of the different concretes within the cross-section and the relaxation of the prestressing steel. Even though structural analysis programs to deal with continuous precast bridges with evolutive cross sections, based on numerical models, exist today, their applicability in every day’s design practice is not suitable. These programs hardly allow for a real control of the process with a full awareness of what consequences have the variation of the inputs in the final stress, hence the importance of defining a simplified method applicable to this type of bridges. The present paper presents a simplified method as an improvement of the transformed section method with age-adjusted effective modulus for composite sections consisting of precast prestressed beams and a top concrete slab. The method is presented to overcome the drawbacks of the application of the traditional model of the aging coefficient, to the study of composite sections made up of precast concrete and "in situ" concrete, built at a different time. The method to be improved is the one proposed by Ghali, Favre and Eldbadry (12), which uses the age-adjusted effective modulus for composite sections using the Trost and Bažant aging coefficient. The Improved Simplified Method is based on the definition of the refined age-adjusted aging coefficient (which considers shrinkage and the level of constraint) and splitting the whole process once the slab is cast into two stages which separately fulfill the condition of quasi-proportionality of stresses: process 1 that considers the effect of shrinkage of the slab and process 2 that considers the effect of creep due to the self- weight of the slab. Decomposition is consistently justified, and the application of the superposition principle is correct. The proposed method is verified by comparison with the comprehensive step-by-step method. The results are accurate not only in terms of stresses but also delayed curvatures, which allows its application, to all types of continuous bridges with staged construction process. In addition, the Improved Simplified Method is also applied to the calculation of a real bridge whose construction process is complex, presenting several intermediate phases, developing the methodology for this case and being extensible to any type of continuous precast bridges regardless of the construction process. The results obtained are compared with the methods used in practice, as well as the criteria endorsed by experience, obtaining satisfactory results. Furthermore, this Thesis proposes a method for verifying the SLS of cracking in composite sections, made up of a precast prestressed beam and an upper "in situ" slab that are under tension under the frequent combination of actions. The proposed method is based on the method developed by Luis Albajar in a publication coordinated by Maria Luisa Gil (13) for prestressed sections - not composite - which consists of the neutralization of the concrete stresses in the situation of permanent loads at end time. The simplified method of exclusively neutralizing the prestress, widely used in the case of monolithic prestressed sections, is not applicable to composite sections. Finally, the influence of humidity and the different ages of continuity of the beams, in the analysis of time-dependent stresses and deformations of a continuous precast bridge is analyzed. The studied viaduct has three spans and consists of a precast “U” beam and an upper reinforced slab. A study of the influence of slab cracking on intermediate supports in stress redistribution over time is included. The study has arisen during the development of the Thesis when verifying that the upper slab, made up of reinforced concrete, for this type of bridges, is cracked under permanent loads. A new proposal has been made to include the behavior of the composite section with the upper cracked slab under permanent loads. The incidence of slab cracking has been solved by varying the stiffness of the slab with experimental data of cracked ties (7) and introducing this behavior in the Improved Simplified Method developed in this Thesis.