CONCRETOS CONECTADOS CON LA INFRAESTRUCTURA EN COLOMBIA

Transcripción

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2 CONCRETOS CONECTADOS CON LA INFRAESTRUCTURA EN COLOMBIA

3 CONTEXTO Conceptos de: Sostenibilidad Durabilidad Eficiencia de cementantes Desempeño y otros.. Sumado a: Concesiones: Publicas Privadas Obras Publicas (Regalías y planes urbanos.) Experiencias otros países del mundo Economía-competitividad-industrialización. Crecimiento de la economía3

4 CONTEXTO DESEMPEÑO. El consumo de concreto de alto desempeño ha incrementado en el mundo en los últimos 5 años. Disminución de las secciones, disminución de las cargas en las cimentaciones, disminución de los materiales. Mayor durabilidad y rigidez, incremento de la relación de superficie útil y área del terreno 4

5 CONTEXTO Se consideran concretos de alto desempeño cuando F c 42Mpa (6000 psi) La Norma Colombiana de Diseño de Puentes CCP14 permite estructuras en HPC hasta de F c=70 MPa y abre la posibilidad del uso de UHPC! 5

6 Modelos de uso de los concretos de alto desempeño

7 MODELOS DE USO Mars Hill Bridge 2006, Wapello Country, Iowa, Estados Unidos Año Luz: 33,50 m - Canto: 1,14 m Tipología Estructural: Vigas T con losa de concreto fundida Primer puente construido con Concreto de Alto desempeño en Estados Unidos

8 MODELOS DE USO Jackway Park Bridge Iowa, Estados unidos Luz: 15,60 m - Canto: 0,84 m Tipología Estructural: Vigas PI prefabricadas, conexiones in situ

9 MODELOS DE USO Sherbrooke Footbridge, Quebec, Canada Luz: 60 m - Canto: 3 m Tipología Estructural: Celosía de concreto presforzado con camisas de acero

10 MODELOS DE USO Wild Bridge, Volkermarkt, Austria Luz: 60 m - Canto: 3 m Tipología Estructural: Arco inferior

11 MODELOS DE USO Stichtse Holanda Luz: 160 m ( ) - Canto: 6,75 m Tipología Estructural: Voladizos sucesivos

12 APLICABILIDAD ACTUAL Dos modelos de estudio Puente de Vigas Postensadas y Losa Maciza Puente en Voladizo Sucesivo Los diseños se realizaron con la Norma Colombiana De Diseño De Puentes LRFD CCP 14, en la cual se verifico que los esfuerzos en cada una de las fases se encontraran dentro de los limites de compresión y tensión en servicio y se realizo el diseño del acero pasivo para el estado limite de Resistencia y estado límite de Evento Extremo (Sismo).

13 Modelo de Estudio

14 MODELO DE ESTUDIO Para evaluar el comportamiento de los Puentes de vigas postensadas y losa utilizando concretos de alto desempeño, se modelaron puentes de 3 y 4 vigas con 6 diferentes resistencias de concreto, evaluando su afectación al comportamiento de la estructura y a las cuantías de concreto, acero pasivo y acero activo.

15 MODELO DE ESTUDIO PUENTE DE VIGA POSTENSADA Y LOSA MACIZA CRITERIO PUENTE 3 VIGAS PUENTE 4 VIGAS Espesor de losa (m) 0,22 0,20 Espesor pavimento (cm) 7,50 7,50 Variación de Luz (m) 30 a a 50 Longitud zona de anclaje H/2 H/2 Longitud zona de transición H/4 H/4 Ancho tablero (m) 11,60 11,60

16 MODELO DE ESTUDIO Puente de vigas postensadas y losa maciza. Simplemente apoyado fundido in situ en dos etapas Primera etapa se funde la sección de la viga y se tensionan las familias de cables de la primera Fase Segunda etapa se funde la losa y cuando esta alcanza la resistencia de diseño se tensionan las familias de cables de Fase 2 para finalizar con la instalación de la carpeta de rodadura y las barreras

17 MODELO DE ESTUDIO MATERIALES DEL MODELO DE ESTUDIO Concreto 35 MPa 42 MPa 49 MPa 56 MPa 63 MPa 70 MPa Fy acero pasivo 420 MPa 420 MPa 420 MPa 420 MPa 420 MPa 420 MPa Fpu Acero de preesfuerzo 1860 MPa 1860 MPa 1860 MPa 1860 MPa 1860 MPa 1860 MPa Fuerza de tensionamiento acero activo 20 T/torón 20 T/torón 20 T/torón 20 T/torón 20 T/torón 20 T/torón

18 MODELO DE ESTUDIO Materiales: Se tomaron los límites de esfuerzo establecidos en el CCP-14

19 MODELO DE ESTUDIO QUÉ SE DESTACA. CONCRETO ACERO ACTIVO ACERO PASIVO Peso total y cimentación. Velocidades de construcción. Efectos de durabilidad y mantenimiento Otros no tangibles

20 Cuantía Concreto m3/m2 MATERIAL: CONCRETO 0,51 0,49 0,47 0,45 0,43 0,41 0,39 Cuantía Concreto 4% 3% 6% 7% 7% 4% 8% 4% 7% 8% 8% 6% 9% 11% 12% Resistencia concreto MPa 30m 3 Vigas 35m 3 Vigas 40m 3 Vigas

21 m3 MATERIAL: CONCRETO Volumen de Concreto % 13% 14% 14% 16% % 8% 15% 16% 17% 10% 15% 19% 24% 26% Resistencia concreto MPa 30m 3 Vigas 35m 3 Vigas 40m 3 Vigas

22 MATERIAL: CONCRETO -5,00% Variación Concreto ,00% -15,00% -20,00% 30m 3 Vigas 35m 3 Vigas 40m 3 Vigas -25,00% -30,00% Resistencia concreto MPa

23 MATERIAL: CONCRETO VOLUMEN VIGA DE CONCRETO Concreto f c 3 vigas de 30 m 3 vigas de 35 m 3 vigas de 40 m 35Mpa 42Mpa 49Mpa 56Mpa 63Mpa 70Mpa 21,27 27,26 35,19 m3 0% 0% 0% % 19,19 25,79 32,13 m3-9,76% -5,41% -8,70% % 18,13 25,19 30,71 m3-14,74% -7,61% -12,73% % 17,18 23,26 30,37 m3-19,23% -14,70% -13,70% % 16,23 22,96 30,35 m3-24% -16% -14% % 15,72 22,66 29,57 m3-26,07% -16,89% -15,97% %

24 Cuantía Acero Activo kg/m2 MATERIAL: ACERO ACTIVO Cuantía Acero Activo % 2% 3% 6% 8% 10% 10% 5% 7% 8% 11% 6% 6% 9% 12% 30m 3 Vigas 35m 3 Vigas 40m 3 Vigas Resistencia concreto MPa

25 Kilogramos MATERIAL: ACERO ACTIVO Kilogramos de Acero Activo 4% 6% 8% 10% 10% 2% 5% 7% 8% 11% 3% 6% 6% 9% 12% Resistencia concreto MPa 30m 3 Vigas 35m 3 Vigas 40m 3 Vigas

26 MATERIAL: ACERO ACTIVO 0,00% -2,00% Resumen Variacion de Acero Activo ,00% -6,00% -8,00% -10,00% 30m 3 Vigas 35m 3 Vigas 40m 3 Vigas -12,00% -14,00% Resistencia concreto MPa

27 MATERIAL: ACERO ACTIVO KILOGRAMOS DE ACERO ACTIVO Concreto f c 3 vigas de 30 m 3 vigas de 35 m 3 vigas de 40 m 35Mpa 42Mpa 49Mpa 56Mpa 63Mpa 70Mpa kg 0% 0% 0% % kg -2,82% -2,38% -4,16% % kg -5,55% -4,76% -6,26% % kg -6,38% -7,14% -8,32% % kg -9% -8% -10% % kg -11,68% -10,62% -10,43% %

28 Cuantía Acero Pasivo kg/m3 MATERIAL: ACERO PASIVO Cuantía Acero Pasivo 33% 28% 28% 22% 28% 20% 22% 21% 19% 22% 12% 17% 13% 8% 8% Resistencia concreto MPa 30m 3 Vigas 35m 3 Vigas 40m 3 Vigas

29 Kilogramos MATERIAL: ACERO PASIVO Kilogramos de Acero Pasivo 16% 6% 10% 9% 1% 16% 12% 5% 6% 2% 3% 6% 3% 7% 10% Resistencia concreto MPa 30m 3 Vigas 35m 3 Vigas 40m 3 Vigas

30 MATERIAL: ACERO PASIVO 18,00% 16,00% 14,00% 12,00% 10,00% 8,00% 6,00% 4,00% 2,00% 0,00% -2,00% Resumen Variación de Acero Pasivo Resistencia concreto MPa 30m 3 Vigas 35m 3 Vigas 40m 3 Vigas

31 MATERIAL: ACERO PASIVO KILOGRAMOS DE ACERO PASIVO Concreto f c 3 vigas de 30 m 3 vigas de 35 m 3 vigas de 40 m 35Mpa 42Mpa 49Mpa 56Mpa 63Mpa 70Mpa 1361, , ,00 kg 0% 0% 0% % 1408, , ,00 kg 3,45% 2,35% -1,11% % 1441, , ,00 kg 5,88% 5,57% 5,75% % 1403, , ,00 kg 3,09% 6,06% 9,98% % 1452, , ,00 kg 7% 12% 9% % 1502, , ,00 kg 10,36% 16,17% 16,12% %

32 Modelo de Estudio Puentes Voladizos Sucesivos

33 MODELO DE ESTUDIO Para evaluar el comportamiento de los Puentes en voladizos sucesivos con concretos de alto desempeño se modelaron puentes de 7 diferentes longitudes con 3 diferentes resistencias de concreto evaluando su afectación al comportamiento de la estructura y a las cuantías de concreto, y acero activo.

34 MODELO DE ESTUDIO La sección transversal está compuesta por dos carriles de 3.65m con 2 bermas de 1.80m y barandas para el trafico de 0.35m. A continuación se presenta un esquema planta perfil típico.

35 MODELO DE ESTUDIO PUENTE DE SECCIÓN CAJÓN CON CANTO VARIAABLE EN SU LONGITUD Espesor de Pavimento (cm) 7,50 Variación de Luz (m) de 100 a 160 entre pilas Ancho de Tablero (m) 11,60 El análisis dinámico con base en zona sísmica intermedia y suelo tipo B Solo se evalúa el impacto del concreto de alto desempeño en la superestructura del puente Los puentes son rectos, con pendiente constante y se encuentran en bombeo.

36 MODELO DE ESTUDIO Luz central: 100 m Longitud total: 200 m Luz central: 110 m Longitud total: 220 m

39 MODELO DE ESTUDIO Luz central: 160 m - Longitud total: 320 m

40 MODELO DE ESTUDIO 0.7 Espectros de respuesta 0.6 Aceleración espectral (g) Espectro correspondiente a la ubicación de los puentes Periodo (s) Espectro CCDSP-14 (1000 años)

41 MODELO DE ESTUDIO Puente en Voladizo Sucesivo. Apoyado en dos pilas, generando empotramiento con las mismas. Cajón con sección variable: Fundido in-situ progresivamente. Montaje del carro de avance. Vaciado de concreto de la dovela en la fase correspondiente. Tesado de los cables cuando el elemento tenga la resistencia adecuada. Inyectado de grout en el ducto del tesado. Una vez este cerrado el puente se tesán los cables de continuidad.

42 MODELO DE ESTUDIO Proceso Constructivo

43 MODELO DE ESTUDIO MATERIALES DEL MODELO DE ESTUDIO Concreto 42 MPa 56 MPa 70 MPa Fy acero pasivo 420 MPa 420 MPa 420 MPa Fpu Acero de preesfuerzo 1860 MPa 1860 MPa 1860 MPa Fuerza de tensionamiento acero activo 20 T/torón 20 T/torón 20 T/torón

44 MODELO DE ESTUDIO Materiales: Se tomaron los límites de esfuerzo para tensión establecidos en el CCP-14

45 MODELO DE ESTUDIO Materiales: Se tomaron los límites de esfuerzo para compresión establecidos en el CCP-14

46 MODELO DE ESTUDIO Beneficios RIGIDEZ (DEFLEXIONES) ACERO ACTIVO CONCRETO

47 COMPORTAMIENTO ESTRUCTURAL Rigidez: Con el fin de evaluar la variación de la rigidez de la estructura, se evaluaron los desplazamientos provocados por el camión de diseño pasando sobre el puente. Desplazamiento máximo en el centro del vano.

48 Deflexiones (mm) COMPORTAMIENTO ESTRUCTURAL Deflexión máxima en el vano central por Carga Viva con respecto a la resistencia del concreto a compresión 110,0 100,0 90,0 80,0 70,0 60,0 50,0 40,0 109,4 105,3 101,5 88,1 84,7 84,8 83,0 83,3 78,9 74,6 82,5 78,1 67,2 65,8 64,5 65,5 63,6 58,3 55,6 51,4 48, Resistencia del concreto (MPa) Luz Central Luz Central Luz Central Luz Central Luz Central Luz Central Luz Central - 100

49 Reducción en las deflexiones en el centro del vano COMPORTAMIENTO ESTRUCTURAL 30% 25% 26% 25% 24% 23% 23% 22% 22% 20% 15% 10% 5% 0% Luz del vano Central (m)

50 COMPORTAMIENTO ESTRUCTURAL DEFLEXIONES POR CARGA VIVA F c 42 MPa F c 56 MPa F c 70 Mpa Luz Central Vy (mm)- Cv L/800 % Vy (mm)-cv L/800 % Vy (mm)- Cv L/800 % , % 51, % 48, % ,61 137,50 54% 58,28 137,50 42% 55,63 137,50 40% , % 67, % 64, % ,98 162,50 51% 65,45 162,50 40% 63,60 162,50 39% , % 83, % 78, % ,50 187,50 54% 82,47 187,50 44% 78,92 187,50 42% , % 88, % 84, %

51 Cuantía Hormigon (km3/m2) MATERIAL: CONCRETO 0,850 0,800 0,750 0,700 0,650 0,600 0,550 0,500 Variación de la cuantía de hormigón con respecto a la resistencia del concreto a compresión. 0,794 0,771 0,714 0,699 0,681 0,664 0,646 0,728 0,707 0,657 0,654 0,638 0,619 0,603 0,662 0,639 0,611 0,592 0,580 0,569 0, Resistencia del concreto (MPa) Luz Central Luz Central Luz Central Luz Central Luz Central Luz Central Luz Central - 100

52 Reducción en la cuantía de concreto MATERIAL: CONCRETO 30% Reducción del volumen de concreto de 42 a 70 MPa para cada luz principal 25% 20% 15% 14% 14% 15% 15% 16% 17% 17% 10% 5% 0% Luz del vano Central (m)

53 MATERIAL: CONCRETO Luz Central Cuantía (m3/m2) F c 42 MPa F c 56 MPa F c 70 Mpa Concreto Cuantía (m3/m2) Concreto Cuantía (m3/m2) Concreto 100 0,646 0% 0,603 6,6% 0,557 13,8% 110 0,664 0% 0,619 6,8% 0,569 14,2% 120 0,681 0% 0,638 6,4% 0,580 14,9% 130 0,689 0% 0,654 6,5% 0,592 15,3% 140 0,714 0% 0,657 7,9% 0,611 14,3% 150 0,771 0% 0,707 8,3% 0,639 17,1% 160 0,794 0% 0,728 8,3% 0,662 16,6%

54 Cuantía Acero Activo (kg/m2) MATERIAL: ACERO ACTIVO 45,000 Variación de la cuantía de acero activo con respecto a la resistencia del concreto a compresión. 40,000 38,980 36,300 35,000 30,000 25,000 20,000 32,703 31,371 28,484 26,079 23,653 34,315 32,798 31,552 30,361 28,451 27,761 27,275 26,817 26,148 25,077 24,878 23,196 22,577 20,993 Luz Central Luz Central Luz Central Luz Central ,000 Luz Central ,000 Luz Central Luz Central ,000 0, Resistencia del concreto (MPa)

55 Reducción de los cables en el tablero MATERIAL: ACERO ACTIVO 30% 25% 20% 15% 11% 11% 12% 15% 16% 16% 16% 10% 5% 0% Luz del vano Central (m)

56 MATERIAL: ACERO ACTIVO Luz Central Cuantía Activo (Kg/m2) F c 42 MPa F c 56 MPa F c 70 Mpa Acero Activo Cuantía Activo (Kg/m2) Acero Activo Cuantía Activo (Kg/m2) Acero Activo ,653 0% 22,577 4,5% 20,993 11,2% ,079 0% 24,878 4,6% 23,196 11,1% ,484 0% ,2% 25,077 12% ,371 0% 27,761 11,5% 26,817 14,5% ,703 0% 28,451 13% 27,275 16,6% ,300 0% 31,552 13,1% 30,361 16,4% ,980 0% 34,315 12% 32,798 15,9%

57 A RECOPILAR Aumento en los límites de esfuerzos a compresión y tensión. Altas resistencias tempranas, reduciendo tiempos de ejecución en obra. Reducción del peso de la superestructura, disminuyendo las cargas y el costo total del puente.

58 A RECOPILAR Postensadas Reducción en la cuantía de Acero Activo. Reducción del tamaño del ducto de preesfuerzo. para vigas de 30m y 35m, reduciendo volumen de concreto y peso de la estructura. Voladizo Sucesivo Reducción del espesor del alma hasta del 17%. Reducción del acero activo hasta un 16%. Al aumentar la rigidez de la superestructura las contraflechas se pueden reducir hasta un 26%. La reducción en la cuantía de acero pasivo es mínima.

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