Aprendizajes sobre las perdidas del preesfuerzo en puentes y su influencia en las modelaciones

Conceptos básicos

Concreto preesforzado

• El término preesforzado hace referencia de manera conjunta al concreto pretensado y al concreto postensado. En ambas técnicas, el concreto es sometido a fuerzas axiales de compresión controladas, a las que se denomina preesfuerzo.
• Con la aplicación del preesfuerzo se dota al concreto de características benéficas para el comportamiento estructural, como una mayor resistencia ante cargas externas, mejor protección ante la corrosión, disminución de la cantidad de acero de refuerzo convencional, pesos disminuidos del concreto, etc.
  

Concreto preesforzado: Pretensado y Postensado

• Concreto pretensado: en este caso el preesfuerzo se aplica antes de realizar el vaciado del concreto, y por eso requiere de unas formaletas especiales denominadas “camas de preesfuerzo”.
• Concreto postensado: en este caso el preesfuerzo se aplica después de que se ha realizado el vaciado del concreto, por lo que se necesita de ductos que permitan dejar libre la trayectoria del acero active para su posterior preesfuerzo.
  

McCormac & Brown (2011)

Las seis fuentes principales de pérdidas del preesfuerzo

• Debido a diferentes causas, el preesfuerzo que se aplica inicialmente al concreto se ve disminuido en diferentes etapas de tiempo. Algunas son de manera inmediata y otros son distribuidos en el tiempo de vida útil del puente.
• Existen seis fuentes principales de pérdida del preesfuerzo, algunas de ellas son aplicables a los elementos pretensados, pero todas son aplicables a los elementos postensados.
• Todas las fuentes de pérdidas indicadas son consideradas en el programa midas Civil, tanto para pretensado como para postensado, e inclusive para la clasificación de preesfuerzo interno y externo.

1. Pérdidas instantáneas o a corto plazo

• Perdidas por acortamiento elástico (elementos pretensados y postensados)
• Perdidas por fricción (elementos postensados)
• Perdidas por asentamiento de cuñas (elementos postensados)
  
  2. Pérdidas instantáneas o a corto plazo
• Pérdidas por fluencia del concreto (elementos pretensados y postensados)
• Pérdidas por retracción del concreto (elementos pretensados y postensados)
• Pérdidas por relajación del acero (elementos pretensados y postensados)

Preguntas y Aprendizajes

¿Cuándo es posible emplear métodos simplificados para la estimación de pérdidas del preesfuerzo? ¿Cuándo se requiere usar los métodos refinados?

R/ Algunos métodos reconocidos para la estimación de pérdidas se resumen a continuación:

• Método de pérdidas totales (lump sum)
• Ecuaciones simplificadas
• Métodos del paso del tiempo
• Métodos de ajuste del módulo de elasticidad

De forma práctica, es preferible usar métodos simplificados, que en muchos casos son adecuados para los casos comunes de diseño, pero esto siempre debe ser validado, por ejemplo, con ayuda de los modelos que se pueden implementar en midas Civil.
Para dar respuesta a cuándo usar métodos refinados, nos Podemos apoyar en el comentario del documento ACI 423.10R-16:

“Detailed methods are normally used for unusual design cases (…). Detailed methods may also be a preferred option when unusual construction sequencing is used (…). They can also be used to estimate prestress loss at any time during the life of the structure, as opposed to the simplified method, which can only provide an estimated loss at the
end of service life.”

En resumen, los métodos más refinados se recomiendan en aquellos casos en los que el proyecto tenga prácticas de diseño o constructivas poco usuales, o en los casos en los que sea imperativo obtener en tiempos muy definidos las pérdidas del preesfuerzo.

¿Cuál es la relación entre pérdidas del preesfuerzo y curvatura en planta de la superestructura de los puentes?

R/

• La curvatura en planta implica mayor fricción del acero activo con las paredes del ducto. En puentes relativamente rectos, esto puede despreciarse, pero en casos muy curvos es muy importante porque puede afectar mucho el cálculo de las elongaciones y del preesfuerzo efectivo.
• Tanto las elongaciones como el preesfuerzo efectivo son importantes para efectos de diseño, revisión estructural, y como insumo de validación de la aplicación del preesfuerzo en la construcción. Todos estos parámetros son generados por midas Civil.

Ejemplo de un puente peatonal con curvatura en planta

midas Civil: Puentes con trazados curvos en planta

Caso de estudio: intercambiador vial La Carola (Manizales, Colombia)

Solución Constructiva Singular de Concreto Estructural  factible por el preesfuerzo

Ing. Josué Galvis

Características del modelo

• Elementos usados de tipo barra
• Sección tipo Viga Espina
• Columnas tipo pila
• Definición de aisladores sísmicos
• Inclusión de los refuerzos tensionados
• Modelo que incluye la interacción suelo estructura
• El modelo considera tanto la curvatura en el plano longitudinal como en planta del puente, y por ende estima correctamente las pérdidas.

Proyecto construido

Algunos comentarios adicionales

• Alineamientos curvos se pueden resolver de forma mas eficiente, funcional y estética con elementos estructurales curvos.
• El concreto estructural es excelente material para este tipo de proyectos de complejidad alta.
• Vale mucho la pena aprovechar de la función resistente de las formas geométricas de los elementos, como lo es, por ejemplo, localmente la sección empleada en este puente, y de forma global el trazado circular del puente como figura muy resistente.
  

¿Qué atención especial merecen las fuerzas generadas en el plano de curvatura de los cables, especialmente donde se tiene poco espesor de concreto?

R/

• Las curvas localizadas de los trazados de los cables en elementos preesforzados pueden generar fuerzas en el plano de curvatura que podrían producir un descascaramiento del concreto (pérdida del recubrimiento), e inclusive un pandeo de las barras de refuerzo una vez que se pierde el recubrimiento.
• Los modelos numéricos usualmente empleados no toman en cuenta este tipo de efectos, pero se pueden elaborar modelos detallados que capturen esto en programas como midas Civil o midas FEA NX.
• En algunas ocasiones es posible estimar rápidamente las fuerzas con ecuaciones propuestas por la norma.

AASHTO 2020

FHWA

Caso de estudio de un puente en donde se produjo falla por las fuerzas en el plano de la curvatura

Con permiso del panelista

¿Cuáles son los parámetros recomendados para pérdidas instantáneas?

R/ Las variables más importantes sobre las cuales se debe verificar el valor usado en cálculos, dependen de la fuente de pérdida a corto plazo normalmente:

• Perdidas por acortamiento elástico
  Módulo elástico del acero
• Perdidas por fricción
  Coeficiente de pérdida lineal
  Coeficiente de pérdida angular
• Perdidas por asentamiento de cuñas
  Asentamiento de la cuña

Recomendaciones normativas

• AASHTO
  
• CCP-14

Autor: Cristian Londoño Especialista en estructuras Conoce más de Cristian aquí _________   febrero 10 de 2022

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