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Time-dependent design and assessment of prestressed steel-concrete composite bridges with external FRP tendons

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Nuevos datos y procedimientos para diseñar nuevos puentes sostenibles y retroadaptar los ya existentes

Los métodos de reparación y refuerzo de puentes son caros y requieren mucho tiempo, lo que genera pérdidas socioeconómicas significativas. Una iniciativa de la Unión Europea ha abordado la necesidad de los propietarios de puentes e ingenieros de técnicas más eficientes y menos disruptivas para reparar, reforzar y mantener los puentes.

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La frecuencia y el coste de las reparaciones de puentes en Europa ha aumentado significativamente debido a mayores cargas de tráfico que las esperadas durante el diseño inicial, a las duras condiciones climáticas, al uso de sales de descongelación, a la calidad deficiente de los materiales de construcción y al mantenimiento limitado.

Formas novedosas de diseño y retroadaptación de puentes de compuesto de acero y hormigón

El postensado externo es un método de retroadaptación sólido y reconocido para la rehabilitación de puentes ya construidos o la construcción de puentes nuevos. «Para aprovechar las ventajas de sus propiedades de no corrosión y alta resistencia, cada vez se utilizan más los compuestos de polímeros reforzados con fibras (PRF) para los tendones externos en lugar de los convencionales de acero», explica Theodore Karavasilis, coordinador del proyecto TimePresCompBridge, financiado con fondos europeos. Los tendones son cables o alambres de acero utilizados en elementos estructurales de hormigón pretensados como las vigas. Las investigaciones existentes sobre puentes de compuesto de acero y hormigón pretensados se han centrado en la carga a corto plazo. La investigación se llevó a cabo con el apoyo del programa Marie Skłodowska-Curie. «Sin embargo, la pérdida inevitable de rendimiento a largo plazo de los puentes de compuesto pretensado es una preocupación de primer orden en la práctica, especialmente cuando se utilizan los tendones de PRF», tal y como apunta Karavasilis. El hormigón pretensado es un tipo de hormigón utilizado en construcción que se comprime considerablemente durante la producción para reforzarlo.

Evaluación de la eficacia de los tendones de PRF externos

Los socios del proyecto desarrollaron una técnica sólida de análisis y diseño para los puentes de compuesto de acero y hormigón que están pretensados con tendones de PRF externos. Evaluaron el rendimiento de flexión y cuantificaron los momentos secundarios en vigas de compuesto de acero y hormigón pretensado de dos tramos. Una investigación numérica paramétrica examinó la eficacia del refuerzo de una viga continua de compuesto de acero y hormigón con tendones externos de diferentes secciones transversales. Además, TimePresCompBridge investigó los momentos secundarios en vigas continuas de compuesto pretensado que tienen distintas distribuciones de tendones con cargas simétricas y asimétricas. Los resultados indican que el pretensado externo no solo aumenta significativamente la capacidad de carga final, sino que también mejora la capacidad de redistribución del momento de las vigas de compuesto de acero y hormigón. Además, el análisis demuestra la presencia de momentos secundarios importantes en las vigas continuas de compuesto pretensado durante toda la historia de carga. «Por tanto, es necesario tener en cuenta los momentos secundarios en el diseño de resistencia de este tipo de puentes», afirma Karavasilis. Los investigadores evaluaron el uso de tendones de PRF externos en lugar de los de acero para pretensar vigas de compuesto de acero y hormigón. Realizaron simulaciones numéricas en vigas de compuesto pretensado de un solo tramo y de dos tramos. En concreto, se compararon los tendones de polímero reforzado con fibra de carbono (PRFC), polímero reforzado con fibra de aramida (PRFA) y los de acero pretensado convencionales para niveles de pretensado desde el 0 % al 60 %. Los resultados demuestran que el comportamiento de las vigas con tendones de PRFC y acero es similar, mientras que los tendones de PRFA proporcionan una capacidad de carga final inferior y una capacidad de deformación mayor», añade Karavasilis. «TimePresCompBridge ha respondido a la necesidad de diseño de nuevos puentes que sean más económicos, utilicen menos material y tengan una vida útil más prolongada, y de actualizar y mantener nuestros puentes con una interrupción del tráfico y de los negocios mínima», concluye Karavasilis. Como seguimiento del proyecto, el consorcio está evaluando en la actualidad la competitividad de los puentes de compuesto de acero y hormigón pretensado con tendones de FRP en la vida real, teniendo en cuenta tanto el rendimiento estructural como los costes.

Palabras clave

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