OPTIMIZACIÓN DE ELEMENTOS PREFABRICADOS DE CONCRETO

OPTIMIZACIÓN DE ELEMENTOS PREFABRICADOS DE CONCRETO

CAPÍTULO 1

HISTORIA Y ANTECEDENTES

        En los años 50’s en USA comenzaron a utilizarse elementos prefabricados de concreto en puentes, fabricándose una forma de trabe diseñada especialmente para cada construcción, lo que hacía al proceso costoso y los fabricantes sugirieron aplicar un modelo de forma standarizado en base a lo que tenían en almacén. A este respecto, por estado se fueron adoptando diferentes secciones.

        A partir de ese hecho la evolución de investigación en creación y diseño de formas así como eficiencia estructural, se ha limitado, ya que al contar con criterios resueltos que funcionan no se avanza en investigación de nuevas secciones y su solución estructural.

        Algunos estados decidieron adoptar el standard federal, pero otros emprendieron sus propias investigaciones ya sea para evolucionar en formas o en variantes de la original, lo que ha generado distintas versiones de un mismo tipo de trabe. Es el caso de la trabe sección AASHTO, cuyos tipos III, IV, V, VI se han establecido como standard de uso en varios estados, incluso cuando las trabes AASHTO PCI BULB TEE han demostrado mejor desempeño estructural. Los cambios locales en las secciones se han beneficiado debido a los materiales y tecnologías disponibles por zona, logrando un mejor desempeño del concreto y secciones más esbeltas.

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Secciones “AASHTO PCI BULB TEE”

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CAPÍTULO 2

PRÁCTICAS DE DISEÑO ACTUALES Y EMERGENTES

        Inicialmente las trabes eran diseñadas para ser tramos estructurales entre apoyos de puente (simplemente apoyadas), resistiendo sólo momentos positivos; en la actualidad pueden llegar a ser tramos estructurales continuos, abarcando mayor distancia y resistiendo momentos negativos. Un ejemplo del requerimiento de librar mayores claros con un solo tramo de trabe es el caso de los puentes de paso vehicular en autopistas que conectan ciudades.

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        La continuidad ha sido introducida como un concepto  importante para evitar un gran número de juntas, dado su costoso mantenimiento. Al prescindir de numerosas juntas, la cubierta se configura conectando las vigas longitudinalmente con juntas rígidas de concreto colado en sitio y diafragmas; por lo anterior trabajan como vigas continuas. Esto ha permitido que las longitudes de trabes prefabricadas compitan incluso con las longitudes de vigas de acero, debido al incremento de su capacidad estructural y la reducción del número de apoyos requeridos.

Métodos de continuidad

1. Empalme o conexión convencional

        La forma usual de obtener la continuidad es colocar barras de refuerzo en la capa de concreto colado en sitio que forma el diafragma, sobre el apoyo o articulación, para resistir los momentos negativos. Es el método menos costoso, sin embargo la longitud de la sección está determinada también por la posibilidad de transportación del elemento al sitio de colocación.

1. Empalme o conexión de postensado longitudinal

Se colocan cables, mismos que se post tensan, usualmente una vez colocada la capa de concreto colado en sitio que forma el diafragma, para absorber los momentos negativos y crear una resistencia mayor a los esfuerzos a los que se somete el elemento. Ha resultado un método más simple y con menos tendencia a la falla en las juntas y requerimientos de mantenimiento, aunque más caro. El pretensado es requerido para soportar el peso propio de la estructura y en ocasiones el peso de la capa de concreto colado en sitio, cuando es colocada antes del postensado.

CAPÍTULO 3.

OBJETIVOS Y MODELO DE LA INVESTIGACIÓN

        El trabajo de investigación se efectúa abordando los principales problemas de diseño que se han presentado en el desarrollo de secciones prefabricadas: falta de espacio en el entramado de la sección para colocación de elementos de postensado y falta de zona de compresión en la parte inferior de la trabe en las zonas de momento negativo.

        El objetivo principal del proyecto es desarrollar un prefabricado de concreto pretensado que trabajará estructuralmente en forma óptima en claros continuos de puentes, además sea viable de construir, económica, fácil de transportar y colocar.

        La investigación se realiza a través de revisión de casos precedentes, encuesta a 200 consultores (ingenieros involucrados en algún grado en diseño, fabricación y construcción de prefabricados), estudios paramétricos en cuanto a costo y eficiencia estructural; todo con el objetivo de elaborar conclusiones y un reporte final susceptible de ser publicado para su consideración y aplicación práctica.

CAPÍTULO 4.

RESUMEN DE RESULTADOS DE LA ENCUESTA

Limitaciones de las secciones de trabes standard actuales

        Los problemas se refieren a cuestiones constructivas. Se incluye la posición de elementos de refuerzo, lo que no permite una buena distribución del concreto, así como los conflictos que genera la colocación de barras de refuerzo y un excedente de refuerzo sobre el elemento de apoyo. Además de espesor del alma inadecuada para la colocación de armadura de cortante, ductos de postensado y elementos de pretensado excesivamente desviados del eje propuesto, dificultad en la colocación del anclaje postensado.

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