Estas son las respuestas a algunas inquietudes que nos han presentado sobre la modelación numérica y evaluación estructural de puentes existentes.
12 de Agosto de 2021
Pregunta sobre el efecto de la fisuración en secciones de concreto:
Cuando se tiene presencia de fisuras, en función de la ubicación del eje neutro, el hormigón no aporta resistencia este sector. ¿Cómo evaluar la reducción de rigidez por la fisuración? ¿Y el programa considera no aportar resistencia en el caso de tracciones en el hormigón?
Todas las secciones de concreto se fisuran para los rangos usuales de cargas de trabajo. Esta fisuración y su efecto en las secciones de concreto se puede evidenciar en el diagrama de momento curvatura con ayuda del módulo GSD de midas Civil. Por ejemplo, para una sección de columna reforzada esquemáticamente como se muestra, se tiene este diagrama:
Las líneas rojas punteadas colocadas sobre el diagrama representan la reducción de la inercia a causa de la fisuración, lo que impacta directamente la rigidez del elemento.
Con respecto a la rigidez, el ingeniero puede incluir el factor de modificación con base en el análisis referido atrás. Con respecto a la resistencia, el programa midas Civil emplea las siguientes hipótesis:
Pregunta sobre la manera en que se estima la reducción de la rigidez a causa de la fisuración:
¿Se conoce alguna referencia o si hay alguna experiencia práctica que permita estimar la reducción de rigidez en elementos de acuerdo con el agrietamiento observado?
La forma en que se determina la reducción de la rigidez puede variar según la información que se tenga de la estructura:
- Si se tiene suficiente información, es posible realizar un análisis seccional con base en las propiedades mecánicas y refuerzos del elemento, lo que va a permitir encontrar una rigidez efectiva. Puede usarse diagramas de momento curvatura como se indicó conceptualmente al principio.
- Si no se tiene suficiente información, es posible realizar ensayos de carga que no necesitan magnitudes muy altas para determinar la rigidez ante cargas de interés de la estructura, similar a una prueba de carga diagnóstica.
Para más información, se puede consultar el Manual de Evaluación de Puentes de la AASHTO.
Pregunta sobre el puente evaluado en el Webinar entre MIDAS y ACIES en junio de 2021:
Para el puente compuesto del ejemplo, ¿los elementos donde se apoyan también influyen en la distribución del momento flector?
Para un puente como el mostrado en el ejemplo, y en general, todos los puentes, es cierto que las únicas variables que afectan al diagrama de momentos en las vigas del puente no son la fisuración y los incrementos de carga, como sucedió en este ejemplo. Otras variables inciden en su forma y distribución, y una de ellas es la rigidez de los apoyos. No obstante, esta rigidez permaneció intacta entre el análisis inicial y el final, permitiendo descartarla como el origen de la redistribución de momentos en este caso.
Teniendo en mente que en este caso las únicas variables influyentes en la variación del diagrama de momentos fueron la fisuración del concreto y el aumento de las cargas permanentes, este fue el resultado del ejemplo:
Es interesante observar que, aunque aumenta la carga, el momento negativo disminuye pero el positivo aumenta y en mayor proporción. Revisa aquí este ejemplo con mayor detalle.
Pregunta sobre cómo caracterizar los materiales de los que está construido un puente existente:
¿Cómo evaluar la resistencia de los materiales de puentes existentes, si no se pudo extraer alguna muestra y si no se tiene el año de construcción del puente para proponer resistencias de materiales de la época?. Pienso que puede ser viable tomar resistencias mínimas de este tipo de materiales, un refuerzo del tipo ASTM A615 grado 40 (Fy=40 Ksi) por ejemplo, y por elementos de concreto, una resistencia mínima a la compresión de 3000 psi.
La suposición mencionada sobre la calidad de los materiales puede ser razonable. Otras formas de conocer las resistencias podrían ser los ensayos no destructivos:
- Martillo de rebote, o ensayo de esclerometría.
- Ensayo de penetración.
- Ensayo de madurez.
- Ensayo de extracción por deslizamiento.
Pregunta sobre puentes temporales que se convierten en permanentes:
¿Un puente temporal como un puente Bailey que pasó a puente permanente se pueden modelar diagnosticar?
Por supuesto que sí. Usualmente la modelación es la elección preferida para hacer la evaluación si se cuenta con la información necesaria para analizar. Si no es confiable la información o no es completa, se debe realizar una prueba de carga o una prueba diagnóstica.
Pregunta sobre la adaptabilidad de midas Civil a diferentes escenarios:
¿Qué posibilidades tiene midas Civil para customización? ¿Es posible definir una carga viva definida por el usuario, por ejemplo, introducir cargas vivas legales de una región particular? ¿Existen módulos de optimización estructural?
Referente al tema de cuán personalizable son las opciones del programa midas Civil, se podría decir que son altamente configurables. Por ejemplo, se pueden emplear configuraciones de diseño de AASHTO para que sean aplicables a un país latinoamericano particular en cuanto a carga viva, carga sísmica, de viento, factores de mayoración de cargas, coeficientes de reducción de resistencia, resistencias de los materiales, módulos de elasticidad, propiedades seccionales, geometrías irregulares, etc.
Como demostración de lo anterior, el programa permite definir cualquier tipo de vehículo personalizado, para los casos en los que la base de datos no contenga el vehículo deseado:
Se podría entonces definir una carga viva legal de una región particular, como lo indica la pregunta.
Referente al tema de la optimización estructural, el programa ofrece varias herramientas que permiten hacerlo. Por ejemplo, en el caso de puentes de concreto pre-esforzado, se pueden obtener los índices de sobreesfuerzo como se aprecia en la gráfica:
De esta manera, el ingeniero puede realizar una optimización progresiva del diseño hasta que el índice de sobreesfuerzo esté lo más cercano a la unidad posible, sin superarlo.
También, el programa ofrece los índices de sobreesfuerzo para casi todos los resultados que genera en los demás tipos de diseño, con lo que se puede hacer el ejercicio similar de optimización.
Por último, para el caso específico de elementos metálicos, el programa tiene una función de diseño óptimo de acero, en la que realiza las iteraciones necesarias para llevar los elementos a un equilibrio entre el peso de los elementos y su capacidad de resistir las demandas estructurales, de acuerdo con criterios de diseño como mantener una misma dimensión de la sección, y buscando dentro de alguna base de datos definida por el usuario o el programa:
De esta manera, se puede lograr reducir el costo de la estructura al minimizar el peso de los elementos de una forma estratégica.
¿Quieres profundizar aún más en estos temas?
Te invitamos a ver un ejemplo abordado en el webinar: "De la inspección de campo a la modelación numérica para evaluación de puentes existentes”, desarrollado para la Asociación Costarricense de Ingeniería Estructural y Sísmica, ACIES.
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