Este artículo explica el diseño de vigas compuestas pretensadas. Las vigas compuestas se utilizan ampliamente en la construcción. El efecto compuesto de la viga aumenta su capacidad de carga.
¿Qué es la construcción compuesta de hormigón pretensado?
Además de la viga pretensada, hay una losa de hormigón, relleno de hormigón alrededor de la viga, huecos en el relleno de hormigón, etc. El efecto mixto tiene en cuenta la rigidez adicional causada por el hormigón distinto de la viga pretensada.
En primer lugar colocamos la viga pretensada en el estribo. Se pueden colocar uno detrás del otro sin que haya espacio entre ellos. Depende de la consideración del diseño.
Luego rellenamos el hormigón en la plataforma o entre las vigas. A medida que el hormigón se endurece, trabaja junto con la viga de tensión para proporcionar rigidez adicional a la sección.
La siguiente figura muestra los diferentes tipos de vigas mixtas pretensadas.
Analicemos las ventajas y desventajas de las vigas compuestas pretensadas.
Ventajas de la construcción compuesta
- El tiempo de construcción se reduce significativamente
- Se puede utilizar hormigón de baja resistencia para hormigón colado in situ.
- Si las vigas están dispuestas unas cerca de otras, no es necesario ningún encofrado.
- El aumento del área de la sección transversal conduce a una mayor rigidez de la viga. Esto aumenta la capacidad de flexión y corte de la viga.
- Por su mayor rigidez, reduce la flecha de vigas mixtas pretensadas.
Desventajas de la construcción compuesta
- Los diseñadores deben prestar más atención a los procedimientos de diseño, ya que son un poco más complejos que el método habitual. Durante el proyecto debe producirse una idealización adecuada de las condiciones de acción.
- La placa compuesta crea retención, lo que conduce a un aumento de las pérdidas de pretensado. Además, este impacto puede crear un momento de discordia.
- Pueden surgir tensiones adicionales debido a diferentes contracciones en la sección transversal.
Analicemos el efecto compuesto en vigas compuestas pretensadas.
Las tensiones en cada fase de construcción se suman para determinar las tensiones operativas en la sección.
La figura superior muestra una estructura sin soportes, donde el peso del hormigón in situ es soportado por la viga de hormigón pretensado.
Sin embargo, si logramos instalar soportes durante la construcción del tablero, su peso será soportado por los soportes sin ser transferido a la viga tensora. Una vez que se retiran los soportes después de que el concreto se endurece, la acción compuesta soporta el peso con la viga compuesta.
Esto reduce la tensión operativa sobre la viga, pero el encofrado necesario aumenta los costes.
Se recomienda leer el artículo Construcción de puentes según BS 5400 para obtener más información sobre cómo calcular la tensión de la sección. Esto no se trata en este artículo.
Además, el artículo Bridge Girders Design explica el procedimiento a seguir al diseñar el método para una viga desmontada.
Se deben considerar los siguientes factores al diseñar vigas compuestas:
Esfuerzos de compresión y tracción admisibles.
Las tensiones en las superficies de tracción y compresión de la viga deben comprobarse de acuerdo con las normas pertinentes. Deben respetarse los valores límite especificados en la especificación.
Contracción diferencial
Dado que vertemos el hormigón sobre hormigón ya endurecido, habrá distintos grados de contracción.
Aunque el hormigón nuevo se contrae, el hormigón de la viga de hormigón pretensado no se contrae. Por tanto, existe un movimiento relativo en el punto de conexión de la viga y el hormigón in situ.
En general, el contenido de agua del hormigón in situ es menor que el de la viga porque tiene baja resistencia. Debido al mayor contenido de agua, se reduce la contracción.
corte horizontal
El efecto mixto de las vigas compuestas pretensadas sólo se puede explorar cuando el esfuerzo cortante horizontal se transfiere en la interfaz viga-losa.
El efecto de unión se pierde debido al deslizamiento entre los dos elementos.
Para garantizar una conexión adecuada de la viga a la losa, se pueden utilizar varios métodos.
- Hacer rugosa la superficie de hormigón de la viga.
- Proporcionar refuerzo como una extensión de la viga dentro de la losa.
- También se pueden instalar llaves de corte en la interfaz.
Ahora veamos cómo calculamos la tensión en una viga compuesta usando un ejemplo.
Diseño de vigas mixtas pretensadas – ejemplo práctico
Este ejemplo explica el método de cálculo de la tensión en la viga y la sección compuesta. Los voltajes permitidos en cada componente/fase de la sección deben compararse con la norma correspondiente.
Para obtener más información, consulte el artículo Construcción de vigas de puentes para obtener más información sobre el diseño del estado límite último de la viga de hormigón pretensado.
Datos de diseño
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- Envergadura = 15m
- Las vigas están espaciadas a 500 mm.
- Profundidad de viga = 845 mm
- P = 1140 kN (fuerza de precarga después de todos los perdedores)
- Carga útil = 12 kN/m
- A C = 1,47 x 10 5 mm 2 – Área de la viga
- EU b = 7,785 x 10 9 mm 4 – Momento de inercia del área de la viga
- Z T = 19,20 x 10 6 mm 3 – Momento de resistencia hacia arriba
- Z b = 26,91 x 10 6 mm 3 – Módulo de sección inferior
- w = 3,5 kN/m – peso de la viga
- ȳ = 289 mm – profundidad al eje neutro de la revelación
La siguiente imagen muestra un detalle típico de una barra.
Veamos qué voltajes necesitamos calcular.
En la siguiente figura sólo se muestran las tensiones debidas a la precarga y al peso propio de la viga tensada.
Calculemos la tensión total en la viga.
Peso de la viga = 3,5 kN/m
Momento, Md = 3,5 x 15 2 / 8 = 98,4 kN·m
Excentricidad, e = 289 – 90 = 199 mm
P/A = 1140×10 3 /1,47× 10 5 = 7,76 N/mm 2
P e/Z b = 1140×10 3 x 199 / 26,91 x 10 6 = 8,4 N/mm 2
P e/Z T = 1140×10 3 x 199 / 19,20 x 10 6 = 11,82 N/mm 2
M D /Z b = 98,40 x 10 6 /26,91× 10 6 = 3,65 N/mm 2
M D /Z T = 98,40 x 10 6 / 19,20 x 10 6 = 5,12 N/mm 2
Esfuerzo general en fibra superior = -7,76 + 11,80 – 5,12 = -1,06 N/mm 2
Esfuerzo general en fibra inferior = -7,76 – 8,4 + 3,65 = -12,53 N/mm 2
Calcular la tensión en la viga debido al hormigón in situ.
En este tipo de vigas, la viga de hormigón pretensado sirve de encofrado para el hormigón in situ.
Área de hormigón in situ = 845 x 500 – 1,47 x 10 5 = 2,755 x 10 5
Peso del hormigón in situ, Wci = 2,755 x 10 5 x 24/10 6 = 6,612 kN/m
Momento, Mci = 6,612 x 15 2 / 8 = 185,96 kN·m
Ahora calcula los voltajes.
M ci /Z b = 185,96 x 10 6 /26,91× 10 6 = 6,91 N/mm 2
M D /Z T = 185,96 x 10 6 / 19,20 x 10 6 = -9,68 N/mm 2
Ahora podemos calcular la tensión en la sección de la siguiente manera.
Cálculo de tensiones en la sección compuesta pretensada.
En el diseño mixto se puede tener en cuenta la rigidez de la sección transversal total.
Calcule la profundidad del eje neutro de la sección compuesta.
y = 845/2 = 422,5 mm
El momento del área de la sección.
UE C = 500×843 3 / 12 = 2.514 x 10 10 mm 4
Calcular el momento flector debido a las cargas aplicadas.
MUE = 12×15 2 / 8 = 337,5kNm
Debido a la simetría de la sección, las tensiones en la parte superior e inferior son similares.
Calcular la tensión de flexión
M UE j/l C = 337,5 x 10 6 x 422,5 / 2,514 x 10 10 = 5,67 N/mm 2
Ahora calculemos las tensiones en la sección. Esto se hace sumando todas las tensiones de la sección.
Podemos calcular la tensión permitida en la sección en función de la clase de diseño correspondiente de las normas pertinentes. Si los valores anteriores están dentro de los límites permitidos, la sección es aceptable.
En este artículo no calculamos las tensiones permitidas para vigas compuestas pretensadas.
Calculemos estos esfuerzos de tracción en el fondo del hormigón in situ.
La siguiente figura muestra las fluctuaciones de voltaje.
Calculemos la profundidad desde el eje neutro.
j 1 = 845/2 -100 = 322,5 mm
σ T = ML j/l C = 337,5 x 10 6 x 322,5 / 2,514 x 10 10 = 4,31 N/mm 2
La tensión en el hormigón in situ es por tanto de 4,31 N/mm 2 .
Además de las tensiones en las vigas mixtas pretensadas, se deben comprobar las tensiones en el hormigón in situ (ver arriba) y las tensiones en la parte superior de la viga pretensada.
