Estudio de la incidencia de las características del concreto en el consumo de materiales en puentes segmentales, diseñados por el método de los voladizos balanceados

Abstract

Empleando la metodología de diseño de experimentos, se evalúa la incidencia de la implementación de concreto liviano de alto desempeño en el análisis y diseño de puentes segmentales, construidos por el método de los voladizos balanceados, empleando para este propósito el software de elementos finitos CSI BRIDGE licenciado por INTERACCION INGENIERIA SAS, donde se analiza la interacción de 3 factores: Luz principal del puente (L), densidad del concreto (ρc) y las dimensiones del canto de la viga cajón (H y h). Se evaluaron 4 variables respuesta principales para cada uno de los puentes analizados, la primera consistente en la relación de la demanda de momento negativo en construcción RM=(Mij/MCD), la segunda es relación de la cantidad de volumen de concreto de la super estructura por unidad de área del tablero RV=(Vij/VCD), la tercera relación corresponde a la demanda acero pasivo por unidad de área del tablero RA=(Aij/ACD), y la cuarta consiste en la relación de la demanda de acero de preesfuerzo por unidad de área del tablero, RP=(Pij/PCD), donde el subíndice i denota el tipo concreto convencional o liviano, el subíndice j denota el tipo de sección de análisis: diseño o reducidas y el subíndice CD denota Concreto Convencional y secciones de Diseño original. Las estructuras analizadas consisten en puentes ya construidos en Colombia diseñados por empresas reconocidas en el sector de la infraestructura, los cuales fueron escogidos buscando tener un rango amplio luces representativas, el primero el más corto Puente El Muña, es un puente de 130m de longitud y luz principal de 60m, construido en el municipio de Sibaté Cundinamarca diseñado por la Firma PEDELTA, el segundo es el puente La Molinilla de 270m de longitud total y luz principal de 130m construido en el municipio de San Vicente de Churri Santander diseñado por Farias y SIA, y el tercer puente corresponde al viaducto Moravia de 370m de longitud total y luz principal de 185m, construido en el municipio de Medellín Antioquia, diseñador por Ingenieros Civiles Consultores. La metodología consistió en replicar los análisis de diseño con concretos convencionales como punto de partida y de allí se procedió a realizar los análisis paralelos con la implementación de concreto liviano con el propósito de evaluar las variables respuesta objetivo. Se destaca de los resultados una disminución importante en el consumo de concreto tanto de la super estructura como de la subestructura, pues al tenerse una disminución de la masa sísmica participante se disminuye por consecuencia la cortante basal y esto indica intrínsicamente una economía en columnas y sistema de cimentación, por lo tanto para evaluar la conveniencia de la implementación de concretos liviano en la construcción de puentes por voladizos sucesivos es necesario revisarse de manera integral en el diseño. (Tomado de la fuente)

Using the design of experiments methodology, the impact of the implementation of high-performance lightweight concrete in the analysis and design of segmental bridges, built by the balanced cantilever method, is evaluated, using for this purpose the CSI BRIDGE finite element software licensed by INTERACCION INGENIERIA SAS, where the interaction of 3 factors is analyzed: Main span of the bridge (L), concrete density (ρc) and the dimensions of the box girder edge (H and h). Four main response variables were evaluated for each of the bridges analyzed: the first is the ratio of the negative moment demand during construction RM=(Mij/MCD); the second is the ratio of the amount of concrete volume of the superstructure per unit area of the deck RV=(Vij/VCD); the third is the ratio of passive steel demand per unit area of the deck RA=(Aij/ACD); and the fourth is the ratio of prestressing steel demand per unit area of the deck, RP=(Pij/PCD), where the subscript i denotes the type of conventional or lightweight concrete, the subscript j denotes the type of analysis section: design or reduced, and the subscript CD denotes conventional concrete and original design sections. The structures analyzed consist of bridges already built in Colombia, designed by recognized companies in the infrastructure sector. These bridges were chosen to offer a wide range of representative spans. The first, the shortest, Puente El Muña, is a 130m long bridge with a main span of 60m, built in the municipality of Sibaté, Cundinamarca, designed by the firm PEDELTA. The second is the La Molinilla Bridge, 270m long with a main span of 130m, built in the municipality of San Vicente de Churri, Santander, designed by Farias and SIA. The third bridge is the Moravia Viaduct, 370m long with a main span of 185m, built in the municipality of Medellín, Antioquia, designed by Ingenieros Civiles Consultores. The methodology consisted of replicating the design analyses using conventional concrete as a starting point, and then proceeding to perform parallel analyses with the implementation of lightweight concrete to evaluate the target response variables. The results highlight a significant decrease in concrete consumption in both the superstructure and the substructure, since by having a decrease in the participating seismic mass, the basal shear is consequently reduced and this intrinsically indicates an economy in columns and foundation system, therefore, to evaluate the convenience of implementing lightweight concrete in the construction of bridges by successive cantilevers, it is necessary to comprehensively review the design.