armado optimizado de secciones de hormigón pretensado

181 Pages·2017·1.37 MB·Spanish

ARMADO OPTIMIZADO DE SECCIONES DE
HORMIGÓN PRETENSADO

TESIS DOCTORAL

FRANCISCO ANTONIO GARCÍA VILLENA
Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos
2017
ARMADO OPTIMIZADO DE SECCIONES DE
HORMIGÓN PRETENSADO

TESIS DOCTORAL

FRANCISCO ANTONIO GARCÍA VILLENA
Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos
2017
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Editor: Universidad de Granada. Tesis Doctorales
Autor: Francisco Antonio García Villena
ISBN: 978-84-9163-635-9
URI: http://hdl.handle.net/10481/48762
DEPARTAMENTO DE MECÁNICA DE ESTRUCTURAS E
INGENIERÍA HIDRÁULICA
PROGRAMA OFICIAL DE DOCTORADO EN INGENIERÍA CIVIL Y
ARQUITECTURA

ARMADO OPTIMIZADO DE SECCIONES DE
HORMIGÓN PRETENSADO

TESIS DOCTORAL

FRANCISCO ANTONIO GARCÍA VILLENA
Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos

DIRECTOR DE TESIS
ENRIQUE HERNÁNDEZ MONTES
Doctor Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos
2017
iii
iv
Bendeciré al Señor, que me aconseja,
hasta de noche me instruye internamente.
Tengo siempre presente al Señor,
con él a mi derecha no vacilaré.
(Salmo 15)
v
vi
ÍNDICE

ÍNDICE ............................................................................................................................ 7
LISTADO DE FIGURAS .............................................................................................. 13
LISTADO DE TABLAS ............................................................................................... 17
AGRADECIMIENTOS ................................................................................................. 21
RESUMEN .................................................................................................................... 23
ABSTRACT ................................................................................................................... 25
CAPÍTULO I: OBJETIVOS Y METODOLOGÍA ....................................................... 27
I.1. Objetivos .............................................................................................................. 27
I.2. Metodología ......................................................................................................... 28
CAPÍTULO II: REQUERIMIENTOS DEL DISEÑO OPTIMIZADO ........................ 31
II.1. Introducción ....................................................................................................... 31
II.2. Los problemas de optimización. Tipos de optimización .................................... 32
II.3. Optimización en el diseño estructural ................................................................ 35
II.3.1. El diseño estructural .................................................................................... 36
II.3.2. Elementos del diseño estructural optimizado. ............................................. 36
II.3.3. Planteamiento del problema del armado optimizado en secciones de
hormigón pretensado .............................................................................................. 40
II.4. Aplicación del Método de los Key Points al diseño estructural ......................... 42
II.4.1. Conceptos .................................................................................................... 42
II.4.2. Visión general y utilidad del método .......................................................... 44
II.4.3. Definición de los Key Points en la optimización del cálculo estructural .... 46
7
II.4.3.1. Key Performance Indicators (KPIs) ..................................................... 49
II.4.3.2. Decision Value (DV) ............................................................................ 49
II.4.3.2.1. Valores de decisión objetivos ........................................................ 49
II.4.3.2.2. Valores de decisión subjetivos ...................................................... 50
II.4.3.3. Key Design Parameter (KDP) .............................................................. 51
II.4.4. Definición de la función objetivo ................................................................ 52
II.5. Conclusiones ....................................................................................................... 53
CAPÍTULO III: EL DISEÑO EN HORMIGÓN ESTRUCTURAL ............................. 55
III.1. Introducción ...................................................................................................... 55
III.2. Diseño y análisis a nivel de sección .................................................................. 56
III.2.1. Consideraciones generales a nivel seccional .............................................. 56
III.2.2. Equilibrio .................................................................................................... 56
III.2.3. Compatibilidad ........................................................................................... 57
III.2.4. Convenio de signos .................................................................................... 57
III.3. El diseño de un elemento de hormigón estructural ........................................... 58
III.3.1. Materiales en el hormigón estructural ........................................................ 58
III.3.1.1. Hormigón ............................................................................................ 58
III.3.1.1.1. Módulo de elasticidad del hormigón ............................................ 59
III.3.1.1.2. Resistencia a tracción del hormigón ............................................. 60
III.3.1.1.3. Modelos de comportamiento del hormigón en el cálculo de
secciones transversales ................................................................................... 61
III.3.1.1.4. Comportamiento diferido del hormigón ....................................... 61
III.3.1.2. Acero pasivo ........................................................................................ 62
III.3.1.3. Acero activo ........................................................................................ 63
III.3.2. Durabilidad ................................................................................................. 64
III.3.3. Estados Límite de Servicio ......................................................................... 68
III.3.3.1. Limitación de tensiones ....................................................................... 68
III.3.3.2. Control de abertura de fisura ............................................................... 69
III.3.4. Estado límite ultimo a flexión .................................................................... 71
III.3.4.1. Dominios de rotura a flexión ............................................................... 72
8
III.3.4.2. Cuantías mínimas ................................................................................ 73
III.3.4.2.1. Cuantía mínima por cuantía mecánica ......................................... 73
III.3.4.2.2. Cuantía mínima por cuantía geométrica ...................................... 75
III.3.4.3. Cuantías máximas ............................................................................... 76
III.4. Diseño en hormigón pretensado ....................................................................... 76
III.4.1. La fuerza de pretensado ............................................................................. 77
III.4.2. Pérdidas de la fuerza de pretensado a lo largo de la vida de la pieza de
hormigón pretensado .............................................................................................. 80
III.4.2.1. Pérdidas en piezas con armaduras postesas ........................................ 80
III.4.2.1.1. Pérdidas instantáneas de la fuerza de pretensado en piezas
postesadas ...................................................................................................... 80
III.4.2.1.2. Pérdidas diferidas de la fuerza de pretensado en piezas postesadas
....................................................................................................................... 82
III.4.2.2. Pérdidas en piezas con armaduras pretesas ......................................... 83
III.4.3. El trazado del pretensado ........................................................................... 84
III.4.4. Cálculo de esfuerzos de pretensado ........................................................... 85
III.4.5. Estado de deformaciones de una sección sometida a la acción del pretensado
aislado .................................................................................................................... 86
III.4.6. Estado de deformaciones de una sección de hormigón pretensado sometida
a esfuerzos normales .............................................................................................. 86
III.5. Conclusiones ..................................................................................................... 87
CAPÍTULO IV: NUEVO ENFOQUE AL DISEÑO RESISTENTE A FLEXIÓN EN
SECCIONES DE HORMIGÓN PRETENSADO ......................................................... 89
IV.1. Introducción ...................................................................................................... 89
IV.2. Diseño en rotura ante solicitaciones normales de secciones de hormigón
estructural. Los diagramas RSD ................................................................................ 90
IV.2.1. Los diagramas de armado óptimo a flexión ............................................... 90
IV.2.2. El teorema de armado óptimo a flexión ..................................................... 92
IV.2.3. Planteamiento de la técnica RSD para hormigón pretensado .................... 94
IV.3. Consideraciones para el diseño resistente de secciones de hormigón pretensado
en flexión ................................................................................................................... 94
IV.3.1. Modelo de deformaciones en Estado Límite Último de flexión ................ 95
9