Se ha elaborado el diseño estructural de un puente con vigas prefabricadas para un paso a doble nivel en una zona de la panamericana sur. Este puente, está dimensionado para permitir el trazo de una carretera de doble vía, ida y vuelta, para los vehículos HL-93 como máximo (ancho de vía =3.60m). La zona del proyecto es en San Bartolo - Lurín – Lima, donde el terreno de cimentación es arena limosa mal gradada (SM, SP - SM) con una presión de 3.00 kg/cm^2 a 2.30 m del nivel actual del terreno, con agresividad media del suelo a la cimentación. El tablero del puente, una losa de concreto armado de 0.20 m de espesor, tendrá una longitud de 30 metros y un ancho de 18.05 metros, el cual estará soportado por 7 vigas prefabricadas de 30 metros de longitud, distribuidas uniformemente en todo el ancho del tablero Sobre esta losa, se ubicará toda la infraestructura vial indicada en el Manual de Diseño de Puentes; barreras lateral de concreto armado, barrera central de concreto armado y veredas de concreto armado. Se eligió un pavimento flexible para formar la carretera, por lo que tendremos una capa de asfalto de 5cm. La subestructura elegida son estribos de concreto armado sin aleros, para soportar la carga de la superestructura del puente y de la presión del terreno, que en este caso, se encuentra solo transversal al eje del estribo por lo que no hay necesidad de la construcción de aleros para aguantar terreno lateral El Manual de Diseño de Puentes es la guía de trabajo utilizada para la elaboración de este trabajo, en el cual se realizó un análisis estático de la estructura, donde no se realizó un análisis sísmico por tratarse de un puente simplemente apoyado.

El uso de fibra de carbono CFRP (Carbon Fiber Reinforced polymer) para la reparación, rehabilitación y reforzamiento de estructuras de concreto armado, ha generado interés en su estudio, debido a su versatilidad en la restitución de la capacidad de elementos estructurales principalmente en zonas de alto riesgo sísmico. El presente trabajo de tesis muestra los resultados experimentales de cuatro especímenes de vigas de concreto armado dispuestas en voladizo, reforzadas externamente con CFRP, y sometidas a cargas cíclicas controladas por desplazamientos laterales. Los especímenes se construyeron a escala natural y con las siguientes características: sección rectangular: 25 x 40 cm, longitud total: 215 cm; refuerzo interno: barras de acero longitudinal (ASTM A615 grado 60), resistencia cilíndrica del concreto: 210 kg/cm2; refuerzo externo: láminas de CFRP de 200 x 20 x 0.1 cm (longitud x ancho x espesor) colocadas en las zonas sometidas a tracción. El ensayo consistió en la aplicación de carga cíclica en el extremo del voladizo, representado por 10 pares de amplitudes crecientes en 10% del desplazamiento lateral máximo de cada viga. Se dispuso de una serie de sensores para medir los desplazamientos laterales en ambas caras del elemento (zona de tensión y zona compresión), medición incremento de carga inducida cuando la carga somete a una cara lateral a tensión y a compresión cuando la carga impuesta ejerce el empuje en el sentido contrario, con la finalidad de evaluar la degradación de rigidez, la ductilidad, y la cantidad de energía absorbida por el elemento en cada amplitud creciente. Se observó en ambas caras sometidas a tensión y compresión (de acuerdo a la imposición de carga positiva o negativa) que la adición de CFRP redujo el daño en la sección para incrementos de cargas en amplitudes menores debido al incremento de rigidez aportada por el sistema FRP, controlando el proceso de agrietamiento, e incrementando la resistencia a carga máxima en 35 %. Los resultados preliminares señalan un mejor desempeño de los especímenes reforzados con CFRP, reduciendo el desplazamiento lateral máximo en 64%, y comprobándose una reducción en el agrietamiento; además, con el incremento de desplazamiento lateral y la adición de una (01) y tres (03) capas de CFRP la degradación de rigidez disminuyó para los elementos ensayados. El análisis del comportamiento de vigas de concreto armado reforzadas a flexión con bandas de fibra de carbono CFRP, bajo acciones cíclicas en reversa “Cuasi-estática” (carga y descarga), a través de la conservación de sus propiedades como: capacidad resistente, ductilidad, degradación de rigidez y disipación de energía, fue el objetivo principal del presento proyecto.

A nivel mundial, muchas universidades y centros de investigación han realizado experimentos con elementos de concreto armado reforzado con polímeros reforzados con fibra (FRP). Esta tesis se ha desarrollado con el fin de poder investigar el comportamiento de vigas reforzadas con sistema FRP ante diversas variables planteadas. La presente tesis tiene como objetivo evaluar el comportamiento a flexión de vigas reforzadas con bandas de polímero reforzado con fibra de carbono (CFRP) en la zona a flexión; además, con la finalidad de evitar la delaminación prematura de las bandas de CFRP, se colocó el sistema de anclaje utilizado por Samaniego (2021), el cuál consistía en bandas transversales en los extremos y anclajes en el extremo empotrado. Se realizaron ensayos cíclicos a flexión de cuatro vigas de concreto armado en voladizo, con distintas cuantías de acero y CFRP, diseñadas con la norma ACI 318-19 y la guía de diseño ACI 440.2R. El estudio experimental estuvo conformado por cuatro vigas cantiléver de concreto armado de 250 x 400 mm de sección y 2100 mm de longitud libre. Se asumió un modelo empotrado en un extremo con una carga puntual en el extremo libre. Además, con fines comparativos se consideraron los resultados experimentales de otra investigación, de cuatro vigas cantiléver con el mismo sistema de anclajes y en las mismas condiciones de ensayo (Samaniego, 2021). Las variables de estudio fueron la cuantía de acero a flexión (ppss = 0.38%, 0.87% yy 1.42% ) y la cuantía de CFRP (ppff = 0.30%, 0.60% yy 0.90% ). Los estribos fueron barras de 10 mm de diámetro y se ubicaron 1@50 mm, 7@100 mm y el resto @200 mm, para todas las vigas. Los resultados indican que las vigas reforzadas con CFRP alcanzaron momentos resistentes a flexión menores a los esperados teóricamente (17%). En los ocho especímenes, la falla ocurrió por el aplastamiento del concreto, evitándose la falla por delaminación de la fibra. La degradación de la rigidez de los especímenes fue alterada por las cuantías de CFRP y acero; a mayor cuantía de refuerzo (interno y externo) menor degradación de la rigidez. La energía disipada creció a medida que se incrementó la cuantía de CFRP (ppff = 0.30%, 0.60% ), sin embargo, la energía disipada por el espécimen con ppff = 0.90% fue menor a la energía disipada por el espécimen con ppff = 0.60%. De manera similar, el acero de refuerzo incrementó la energía disipada, pero la energía disipada por los especímenes con ppss = 1.42% fue menor que la energía disipada por los especímenes con ppss = 0.87%.

Extendiendo la teoría existente acerca de los absorsores dinámicos de vibración o también conocidos como masas sintonizadas, un modelo discreto de múltiples grados de libertad de una viga en voladizo implementado con él es propuesto a fin de cuantificar la reducción de la amplitud de sus vibraciones en diferentes casos de estudio. En la mayoría de casos dentro del campo de la Ingeniería, los sistemas reales son modelados como sistemas discretos de un número finito de grados de libertad, pues las ecuaciones diferenciales ordinarias que gobiernan su movimiento, resultan más fáciles de analizar. En este sentido, se propone un modelo conceptual discreto de la viga en voladizo y se determina su amplitud de vibración en los casos con y sin absorsor. En la simulación mediante el software MATLAB, se encuentra que el rango de frecuencias de excitación en el que el absorsor es efectivo se amplifica conforme la magnitud de su masa es mayor. Los resultados manifiestan que la implementación del absorsor resulta una excelente alternativa para atenuar vibraciones no deseadas de un sistema, logrando reducirlas hasta el orden menor al 1% de la amplitud original en el caso estudiado.

Es ampliamente conocido el problema de la corrosión que afecta a las varillas de acero usadas en concreto armado, el cual es como un cáncer que causa un impacto negativo. Por ejemplo, en el 2012 la India gastó en estructuras que sufrieron corrosión 70.3 billones de dólares con un PBI 1670 billones, en otras palabras 4.2% del PBI (Gerhardus et al 2016); el costo de corrosión en Estados Unidos en el 2016 fue de 2.5 billones de dólares (nace.org/publications/Cost-of- Corrosion-Study/G2MT). Según Boyle y Karbhari (1994), el costo de la corrosión en puentes se puede estimar como dos veces el costo original del puente. Por esta razón, es necesario seguir haciendo estudios relacionados a la mitigación de la corrosión. Recientemente las varillas de basalto se han empezado a usar como refuerzo alternativo a las varillas de acero en el concreto. La ventaja de las varillas basalto sobre las barras de acero radica en que no sufren corrosión. Dichas varillas de basalto son la fusión de fibras de basalto provenientes de la roca y resina. En la presente investigación se muestra los estudios a flexión y cortante de las vigas reforzadas con varillas de basalto, además de las buenas propiedades de las varillas para resistir fuerzas de tracción superiores al acero convencional. Adicionalmente se desea estudiar las propiedades estructurales de este material, para mostrar su diseño y uso como refuerzo alternativo en estructuras de concreto armado. Se revisa las experiencias publicadas en ensayos de laboratorios. / Tesis

[pt] Estruturas cada vez mais esbeltas têm sido usadas para otimizar edifícios de grande porte e reduzir custos, inclui-se nisto o pé-direito das edificações e portanto a altura das vigas. Grandes vãos são cada vez mais comuns, principalmente quando se utiliza aço em edificações, gerando então amplos espaços de serviço em uma direção, mas obstáculos na outra pela continuidade das vigas. A utilização de aberturas na alma das vigas para passagem de tubulações de ar-condicionado, incêndio, etc., evita um acréscimo na altura. Em consequência há uma grande diminuição da capacidade resistente nestes elementos estruturais que dependem diretamente da forma, do tamanho e da posição destas aberturas. A presente dissertação descreve alguns métodos construtivos de aberturas em almas de vigas de aço, cálculos de dimensionamentos e normas relacionadas. Alguns estudos numéricos com aplicações do método dos elementos finitos foram realizados investigando: angulação de aberturas hexagonais, vigas com três aberturas nos terços médios, vigas casteladas (tipo Litzka, com quantidades diferentes de aberturas), vigas expandidas em altura e uma viga Litzka Expandida. Para tal, utilizou-se de seis perfis de uso prático e comparando-os entre estas alternativas descritas. A viga Litzka Expandida se destacou em resistência quando comparada com outros métodos de fabricação, como também pelo menor peso linear, praticidade na fabricação e posicionamento das aberturas. / [en] More slender structures are used in order to reduce costs, floors depht and floor to ceiling clear heights. Steel construction and composite construction for buildings often employs long spans for beams and girders, offering service room between beams in one direction only. The use of web openings for passage of service ducts avoids increasing the depth of construction. Beams with web openings have reductions on flexural and shear resistances depending on the geometry, size and position of such openings on the beam. This dissertation presents some construction methods of beam web openings, analysis and design recommendations, related standards and codes. Some numerical studies by the finite elements method were carried out and results are presented for: type of openings, number and spacing of openings, castelled beams (Litzka type and nonuniform distribution of openings) and expanded in depth beams. For this purpose, six commonly used profiles were used for testing the described web openings solutions. Some comparison results are presented. The Litzka type of web expanded beam presented the best performance in terms of strength, easy of fabrication and reduction of material costs.

As vigas celulares ocupam um lugar de destaque crescente na construção de pontes em concreto protendido. Dentro desta opção, a tendência moderna é de se construírem pontes unicelulares cada vez mais largas, o que traz como conseqüência um aumento considerável da flexão transversal em seus elementos, especialmente em suas almas, submetendo-as a uma combinação de cisalhamento com flexão transversal que pode atingir valores importantes. Este trabalho tem por finalidade apresentar um novo critério de dimensionamento das almas das vigas de seção celular, incluindo o caso do estado limite último de fadiga. Este critério foi idealizado a partir de uma análise crítica dos modelos vigentes, os quais são analisados e comparados por meio de gráficos de interação relacionando força cortante com flexão transversal, que permitem a escolha da melhor opção para as situações de projeto. Desenvolveu-se uma investigação experimental, a fim de verificar a validade do critério de dimensionamento desenvolvido. Foram analisados os seguintes modos de colapso: esmagamento das bielas comprimidas de concreto, alongamento plástico excessivo dos estribos e ruptura dos estribos por fadiga. Os resultados experimentais mostraram uma boa aproximação do Critério de Dimensionamento Proposto e revelaram novidades nos ensaios de fadiga: a ruptura dos estribos por fadiga se deu por etapas, um estribo de cada vez, num processo gradual. A ruptura por fadiga ocorreu sistematicamente próximo à ligação da alma com a mesa inferior e não no dobramento dos estribos. / Box-girders have received a growing attention in the field of prestressed concrete bridges. The modern trend is to build wider unicellular bridges, which leads to a considerable increase in the transverse bending moment acting mainly in their webs. These are subjected to a combination of shear force and transverse bending moments, which may reach important values. The purpose of this thesis is to introduce a new design approach of box-girder webs, including the Ultimate Limit State due to fatigue. This design approach is derived from a critical analysis of the current criteria. The different criteria for the design of box-girder webs are analyzed and compared by means of shear-bending moment interaction diagrams as an attempt to identify the more realistic one. An experimental investigation has been undertaken with the purpose of verifying the validity of the new developed approach. The following failure modes have been considered: crushing of the compressed struts, excessive plastic deformation of the stirrups and rupture of the stirrups due to fatigue. The experimental results have shown good agreement with those predicted by the proposed approach. Furthermore, the tests have revealed new aspects of the fatigue behavior: the rupture of the stirrups due to fatigue occurred in stages, one at a time in a gradual manner. In all cases the failure took place near the top face of the lower flange and not at the corner of the stirrups.

As vigas celulares ocupam um lugar de destaque crescente na construção de pontes em concreto protendido. Dentro desta opção, a tendência moderna é de se construírem pontes unicelulares cada vez mais largas, o que traz como conseqüência um aumento considerável da flexão transversal em seus elementos, especialmente em suas almas, submetendo-as a uma combinação de cisalhamento com flexão transversal que pode atingir valores importantes. Este trabalho tem por finalidade apresentar um novo critério de dimensionamento das almas das vigas de seção celular, incluindo o caso do estado limite último de fadiga. Este critério foi idealizado a partir de uma análise crítica dos modelos vigentes, os quais são analisados e comparados por meio de gráficos de interação relacionando força cortante com flexão transversal, que permitem a escolha da melhor opção para as situações de projeto. Desenvolveu-se uma investigação experimental, a fim de verificar a validade do critério de dimensionamento desenvolvido. Foram analisados os seguintes modos de colapso: esmagamento das bielas comprimidas de concreto, alongamento plástico excessivo dos estribos e ruptura dos estribos por fadiga. Os resultados experimentais mostraram uma boa aproximação do Critério de Dimensionamento Proposto e revelaram novidades nos ensaios de fadiga: a ruptura dos estribos por fadiga se deu por etapas, um estribo de cada vez, num processo gradual. A ruptura por fadiga ocorreu sistematicamente próximo à ligação da alma com a mesa inferior e não no dobramento dos estribos. / Box-girders have received a growing attention in the field of prestressed concrete bridges. The modern trend is to build wider unicellular bridges, which leads to a considerable increase in the transverse bending moment acting mainly in their webs. These are subjected to a combination of shear force and transverse bending moments, which may reach important values. The purpose of this thesis is to introduce a new design approach of box-girder webs, including the Ultimate Limit State due to fatigue. This design approach is derived from a critical analysis of the current criteria. The different criteria for the design of box-girder webs are analyzed and compared by means of shear-bending moment interaction diagrams as an attempt to identify the more realistic one. An experimental investigation has been undertaken with the purpose of verifying the validity of the new developed approach. The following failure modes have been considered: crushing of the compressed struts, excessive plastic deformation of the stirrups and rupture of the stirrups due to fatigue. The experimental results have shown good agreement with those predicted by the proposed approach. Furthermore, the tests have revealed new aspects of the fatigue behavior: the rupture of the stirrups due to fatigue occurred in stages, one at a time in a gradual manner. In all cases the failure took place near the top face of the lower flange and not at the corner of the stirrups.

This work was supported by Fundação para a Ciência e a Tecnologia, through the scholarship SFRH/BD/35821/2007 / Tese de doutoramento. Engenharia Mecânica. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2012

Made available in DSpace on 2014-07-29T15:03:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 pre-textuais Rodrigo Fernandes.pdf: 349523 bytes, checksum: 27a5e6d7df167303c662872391301d36 (MD5) Previous issue date: 2007-10-01 / This work contains a theoretical analysis of the behavior of plate girders. A plate girder has been calculated based on the criteria of the American standard Manual of Steel Construction Load and Resistance Factor Design (AISC, 1994), and checked by the Brazilian standard NBR 8800: Projeto e execução de estruturas de aço de edifícios (método dos estados limites) (ABNT, 1986), the revision project of the Brazilian standard Projeto de Revisão da NBR 8800: Projeto e execução de estruturas de aço e de estruturas mistas aço-concreto de edifícios (ABNT, 2003), the revision project of the Brazilian standard Projeto de Revisão da NBR 8800: Projeto de estruturas de aço e de estruturas mistas de aço e concreto de edifícios (ABNT, 2007) and the European standard Eurocode 3: Design of steel structures Part 1.1: General rules and rules for buildings (CEN, 1992). PFEIL (1989) has calculated a plate girder by using the Brazilian standard NBR 8800/86. The calculated dimension have been checked by the mentioned standards. NARAYANAN (1992 apud OWENS, KNOWLES E DOWLING, 1992) has dimensioned a plate girder by using the British standard BS 5950: Structural use of steelwork in building. Part 1: Code of practice for design in simple and continuous construction: hot rolled sections (BSI, 1990), which has also been checked by the mentioned standards. Furthermore, theoretical analyses related to the calculus of plate girders presented by many authors have been considered. The main goal is to assess the criteria utilized by the standards for the calculus of plate girders. From the obtained results, for the checked girders, by the standards and related theories, a comparative analysis among the utilized criteria by the standards has been made. The reached conclusion is that the Brazilian standard and its revision projects has identical criteria compared to the American standard for the calculus of plate girders. The European standard presents slightly different criteria compared to the American standard; however, both provide close results one compared to another. The theories utilized have also provided close results from those obtained by the standards. / Neste trabalho é feita uma análise teórica sobre o comportamento de vigas esbeltas. Uma viga esbelta foi dimensionada com base nos critérios da norma americana Manual of Steel Construction Load and Resistance Factor Design (AISC, 1994), e depois verificada pela norma brasileira NBR 8800: Projeto e execução de estruturas de aço de edifícios (método dos estados limites) (ABNT, 1986), pelo projeto de revisão da norma brasileira Projeto de Revisão da NBR 8800: Projeto e execução de estruturas de aço e de estruturas mistas aço-concreto de edifícios (ABNT, 2003), pelo projeto de revisão da norma brasileira Projeto de Revisão da NBR 8800: Projeto de estruturas de aço e de estruturas mistas de aço e concreto de edifícios (ABNT, 2007) e pela norma européia Eurocode 3: Design of steel structures Part 1.1: General rules and rules for buildings (CEN, 1992). PFEIL (1989) dimensionou uma viga esbelta utilizando a norma brasileira NBR 8800/86. As dimensões calculadas foram verificadas pelas normas citadas. NARAYANAN (1992 apud OWENS, KNOWLES E DOWLING, 1992) dimensionou uma viga esbelta utilizando a norma britânica BS 5950: Structural use of steelwork in building. Part 1: Code of practice for design in simple and continuous construction: hot rolled sections (BSI, 1990), a qual foi também verificada pelas normas citadas. Também foram consideradas análises teóricas relativas ao cálculo de vigas esbeltas apresentadas por diversos autores. O objetivo principal é avaliar os critérios utilizados pelas normas para o cálculo de vigas esbeltas. A partir dos resultados obtidos, para as vigas analisadas, pelas normas e pelas teorias existentes, foi feita uma análise comparativa entre os critérios utilizados pelas normas. A conclusão a que se pôde chegar é que a norma brasileira e seus projetos de revisão apresentam critérios idênticos aos da norma americana para o cálculo de vigas esbeltas. A norma européia apresenta critérios um pouco diferenciados dos critérios da norma americana, mas fornecem resultados aproximados entre si. As teorias utilizadas também forneceram resultados aproximados dos resultados obtidos pelas normas.