Titulo: Análisis del Comportamiento no Lineal del Hormigón en Vigas Isostáticas en Puentes.

Aval de la Investigación: Centro Provincial de Vialidad. Pinar del Río Dirección: Isabel Rubio # 52 e/ Juan Gualberto Gómez y Adela Azcuy. Pinar del Río

Autor: Ing. Civil Agustín Álvarez Bencomo

I. Resumen En el diseño de estructuras de hormigón armado y pretensado se considera por una parte, la hipótesis de linealidad entre tensiones y deformaciones y por otra, el planteamiento del equilibrio en la configuración inicial de la estructura(esto es sin deformar). A través de estas hipótesis y utilizando la teoría de la resistencia de materiales y los procedimientos de cálculo de estructuras, se obtienen relaciones lineales entre solicitaciones y respuesta estructural(por ejemplo: Relaciones cargas-esfuerzos o cargas-desplazamiento). Una consecuencia inmediata de ello es la posibilidad de superponer efectos producidos por diferentes causas, lo cual es simple(combinaciones de esfuerzos) con respecto al diseño. Sin embargo las estructuras de hormigón armado y pretensado presentan en la practica un comportamiento que se desvía, para relativamente pequeños niveles de carga del típico comportamiento lineal elástico, normalmente utilizado como hipótesis de cálculo. Esto es a causa, fundamentalmente de una serie de fenómenos que pueden encerrarse bajo la denominación de no linealidad del material como son: •

Fisuración para tensiones muy reducidas de tracción.

•

Microfisuración en el hormigón por compresión.

•

Deformaciones en el tiempo de tipo atensional (Retracción)

•

Deformaciones en el tiempo de tipo tensional (Fluencia debido a cargas mantenidas).

II- Problema: Comportamiento no lineal del hormigón en vigas isostáticas prefabricadas “in situ” para puentes con el sistema de vigas longitudinales isostáticas, cabezales, vigas y estribos.

III-Objeto de la investigación: Vigas prefabricadas “in situ” para puentes.

isostáticas de hormigón armado

IV-Objetivo de la investigación: Analizar las causas de no linealidad en el comportamiento estructural del hormigón armado y aplicar métodos de análisis no lineal para el diseño estructural, para el caso de las vigas isostáticas prefabricadas “in situ” en puentes.

V- Métodos de análisis que pueden emplearse para resolver el problema planteado. Para hacer el análisis de no linealidad de las vigas isostáticas de hormigón para puentes, podrán emplearse los siguientes métodos de análisis no lineal. 1. Métodos clásicos de análisis no lineal por el material a nivel global: Métodos basados en la definición de rotulas plásticas. 2. Métodos clásicos para el análisis no lineal por la geometría. Método de las funciones de estabilidad. 3. Método de los elementos finitos en análisis no lineal. 4. Otros

VI- Hipótesis para el análisis no lineal en estructuras de hormigón armado y pretensado. 1. No linealidad en las relaciones tensión–deformación (hormigón y acero)

de los materiales

2. Distinto comportamiento del hormigón bajo tensiones de compresión y tracción, produciéndose la fisuración de este material para tensiones de tracción muy reducidas. 3. Imperfecta adherencia entre el hormigón y el acero.

VII - Método a emplear para el análisis no lineal en vigas isostáticas de hormigón armado para puentes. “Método de los elementos finitos(MEF)”

VIII- Formulación del el Método de los elementos finitos (MEF) Consiste en la descomposición del continuo de la estructura en un numero discreto de partes o elementos, conectados entre si mediante un numero igualmente discreto de puntos, denominados nodos. Los movimientos de los nodos constituyen las incógnitas fundamentales del problema. Dentro de cada elemento, los movimientos de puntos cualquiera mediante una interpolación de los movimientos nodales. Las restantes variables o resultados del problema estructural (deformaciones, tensiones, esfuerzos,…), son obtenidos como consecuencia del empleo de la mencionada interpolación de los movimientos al establecer las condiciones de equilibrio y compatibilidad y las relaciones constitutivas de los materiales. IX- Procedimiento a seguir para la solución matemática del problema. Empleo del método de los elementos finitos para el análisis no lineal del hormigón en vigas isostáticas para puentes, para ello se realiza todo el planteamiento matemático y matricial de: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

Modelización geométrica. Campo de deformaciones. Relación entre tensiones y deformaciones. Aplicación del principio de trabajos virtuales. Introducción de la no linealidad geométrica. Introducción de la no linealidad material. Efectos que el hormigón experimenta en el tiempo(fluencia, retracción, envejecimiento) 8. Resolución del sistema de ecuaciones no lineales.

Conclusiones. El análisis no lineal del hormigón en vigas isostáticas en puentes con sistema procedente de la antigua Unión Soviética nos permite reproducir de forma fidedigna el comportamiento estructural del hormigón, constituyendo el Método de los Elementos Finitos la herramienta que permite concretar la representación de este comportamiento y por tanto poder diseñar las vigas de puentes que se ejecutaran en la carretera central de Pinar del Río y carretera Pinar del Río– Guane, al sustituirse los puentes metálicos existentes en estas carreteras por puentes con el sistema antes mencionado, cuyos elementos estructurales serán prefabricados ¨in situ¨.

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