Análisis de una losa presforzada a través de modelación numérica por el método de elementos finitos (2020)
El concreto preesforzado, es un sistema constructivo más económico y eficiente que el concreto reforzado, utilizado principalmente en construcción de vigas para puentes. El sistema constructivo realizado con concreto preesforzado, permite mayor capacidad de carga, disminuyendo a su vez la sección de los elementos que se construyan bajo estos parámetros; reduciendo los costos en obra, al disminuir la cantidad de materiales, minimizando el uso de equipos requeridos debido a la disminución de las secciones (Ranzi, Leoni, & Zandonini, 2013). Buscando aprovechar al máximo la capacidad de resistir esfuerzos de compresión del concreto, se utiliza el preesforzado para inducir esfuerzos de compresión antes de cargar la estructura, así cuando las cargas de servicio se impongan a la estructura el concreto nivelará las cargas con el esfuerzo de compresión inducido por el preesfuerzo, con lo cual se quiere lograr que ninguna parte de la sección este sometida a tracción. Trabajar con concreto preesforzado disminuye los efectos negativos del concreto a corto y largo plazo, como es la deformación por carga permanente “creep”, las deformaciones permanentes y el agrietamiento de los elementos sometidos a cargas (Rana, Uy, & Mirza, 2015). La implementación del sistema constructivo ha tenido dificultades en cuanto al análisis debido a las pérdidas que se deben contemplar a corto, mediano y largo plazo. A pesar de que la teoría explica las diferentes pérdidas que se pueden presentar en el concreto preesforzado, se dificulta conocer con exactitud el valor de las mismas. Los esfuerzos de compresión que se generan en el concreto a través del sistema constructivo preesforzado, se logra gracias a la tensión generada en los cables de preesfuerzo; dicha tensión en los cables es trasmitida al concreto, en el momento que se libera la fuerza de los gatos en los cables; cuando se realiza esta transmisión se generan pérdidas inmediatas debidas al desplazamiento que sufren los cables de preesfuerzo dentro del concreto, también el acortamiento que se genera en el concreto debido a los esfuerzos de compresión que se le imponen en el momento del tensado hace que los cables de preesfuerzo pierdan un porcentaje de tensionamiento y finalmente las fuerzas generadas en las zonas de anclajes generando que estos anclajes sufran un desplazamiento al interior del elemento una vez que el cable tiende a encogerse tratando de recuperar su forma original; las perdidas anteriormente nombradas corresponden a las de corto plazo. Sin embargo, los cables a lo largo de la vida de la estructura pierden fuerza al trasmitir la tensión al concreto al estar sometidas a un estado de esfuerzo permanente sufren una elongación lo que se ve reflejado en un relajamiento de los tendones de preesfuerzo, adicional a eso el concreto que contiene los cables sufre cambios volumétricos relacionados con el curado del mismo durante la fase constructiva y por las condiciones climáticas a las que se ve expuesta la estructura durante su vida útil y finalmente el comportamiento del flujo plástico propio del concreto hacen que los cables pierdan tensionamiento dentro de la estructura; estas pérdidas se conocen como pérdidas de largo plazo. Se realizó el modelo de una losa rectangular preesforzada compuesta por vigas perimetrales preesforzadas igualmente, la losa está constituida por concreto de dos resistencias, acero de refuerzo tradicional y cables de preesfuerzo tanto en la parte de la losa como en las vigas. La losa está sometida a carga gravitacional, es decir, solamente será afectada por el peso propio de la estructura, la cual será apoyada en las cuatro esquinas con apoyos que restringen movimiento en el plano cartesiano tridimensional, permitiendo la expansión y contracción libre en las direcciones planas y restringiendo el desplazamiento en la dirección vertical. Para el modelo numérico de la losa preesforzada en elementos finitos, se utilizó el PLCD (Oller et al, 2011), programa desarrollado por un grupo de investigación de CIMNE. Para la implementación propia de Elementos Finitos, se utilizará el software GiD (Melendo, 2018), el cual es un pre y post procesador, que permite definir geometrías, condiciones especiales para la misma en preproceso; mientras el post-proceso permite observar los resultados obtenidos después de realizar los análisis correspondientes a elementos definidos. La interfaz del PLCd (Oller et al, 2011) con la cual se pretende implementar la teoría de mezclas, se carga en la interfaz del GiD (Melendo, 2018), con lo que es posible definir las condiciones del problema en un solo programa, trabajando sobre la geometría establecida, definiendo los materiales compuestos con los cuales se van a trabajar y asignándolos a las entidades que definen la geometría.