Titulo: Análisis del Comportamiento no Lineal del Hormigón en

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 isostáticas
prefabricadas “in situ” para puentes.
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
soviético 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 soviético, cuyos
elementos estructurales serán prefabricados ¨in situ¨.
Referencias y Bibliografía
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S. Pisarenco, G;P Yakovlev y V. Matreev, V. Manuel de Resistencia de
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Figura I
Figura II
Figuras I y II. (Puentes Metálicos) Topologías de puentes existente en carretera Pinar del RíoGuane y que será sustituido por tipos estructurales de hormigón armado y pretensados.
Figura III
Figura IV
Figuras III y IV. (Puentes de Vigas de Hormigón). Puente con tipología de hormigón armado, cuyas
vigas longitudinales serán diseñadas por el método de análisis no lineal para sustituir puente
metálico en carretera Pinar del Río-Guane.