Revisión experimental de una trabe de concreto presforzado con extremos recortados
Abstract
Se llevó a cabo la prueba experimental de una trabe escalada a 0.344 veces, usando como base las dimensiones de una trabe tipo TC de dos carriles para puentes carreteros. El estudio se enfocó exclusivamente en el comportamiento de los extremos con discontinuidad de carga y geométrica, omitiendo el efecto del presfuerzo en los extremos recortados. La trabe construida se habilitó con dos propuestas típicas de refuerzo, i) la primera corresponde a la utilizada en el proyecto Autopista Urbana Norte en la Ciudad de México, ii) la segunda, es una alternativa basada en recomendaciones de diseño para elementos con discontinuidad geométrica o de carga. El diseño y revisión del habilitado de la trabe se realizó en colaboración con el despacho de estructuras Riobóo S.A. de C.V. La empresa PRET, filial de ICA, aportó recursos humanos y materiales para la construcción del elemento. La prueba experimental se realizó en las instalaciones del laboratorio de estructuras grandes del CENAPRED. Se realizaron pruebas del efecto del precalentamiento en las conexiones soldadas placa varilla, utilizadas en la construcción de las parrillas de refuerzo escaladas para la trabe de pruebas. Se realizó una estimación de resistencia con métodos y criterios de diseño vigentes, incluyendo el diseño de ménsulas del reglamento americano (ACI 318-14), las normas mexicanas locales (NTCC-04), la ecuación propuesta por Kriz y Raths en 1965 y, finalmente, una revisión con el método de puntal y tensor (Schlaich et al, 1987). La prueba experimental se realizó simulando las condiciones de una trabe simplemente apoyada. Se aplicó un patrón de carga cíclica no reversible en un extremo y aumentando el nivel máximo de carga cada ciclo hasta registrar la fluencia del refuerzo principal. El parámetro de control utilizado en la prueba fue la carga aplicada, a partir de la fluencia del refuerzo principal, se continuó controlando los desplazamientos hasta provocar la falla en el recorte. Posteriormente se repitió el procedimiento en el otro extremo de la trabe. Se registró el comportamiento en diversas zonas de interés mediante instrumentación interna y externa colocada en el refuerzo de la trabe y su periferia respectivamente. Se realizó un análisis de las curvas carga – desplazamiento y carga – deformación de la trabe, para ambos extremos recortados y los elementos de cada modelo puntal – tensor. Corroborando el desempeño adecuado de ambos extremos, con base en la pérdida de rigidez, los desplazamientos, agrietamientos y la energía disipada durante la prueba. Finalmente se emitieron conclusiones y recomendaciones para el uso de las propuestas estudiadas, así como el diseño y habilitado de refuerzo en la práctica común. The experimental test of a 0.344 scale concrete beam was carried out, the model dimension was based on a typical design for road bridges. This study was exclusively focused on the behavior of the beam ends with disturbed zones, omitting the effect of the prestress in the dapped ends. Two different typical reinforcement designs were used: i) the first one corresponds to one used in the project Autopista Urbana Norte in Mexico City, (ii) the second is an alternative design based on recommendations for elements with dapped ends. The design and adjustment of the test model was made in collaboration with the structural design office Riobóo. The company PRET, subsidiary of ICA, provided human and material resources for the construction of the specimen. The experimental test was carried out in the CENAPRED laboratory for big scale dimension tests. For the plate- rebar welded connections, preheating effect tests were carried out in order to use them in the construction of the scaled array of reinforcement for the specimen. A strength estimation was performed using current criteria and design methodologies, including design recommendations of the American Concrete Institute (ACI 318-14), the local standards (NTCC-04), the equation proposed by Kriz and Raths in 1965 and, finally, the revision with the strut and tie method (Schlaich et al., 1987). The experimental test aim to simulate simply supported beam conditions. A monotonic loading pattern at one end was applied, the máximum load level was increased at each cycle until the main reinforcement yielding occur. An applied load control protocol was used in the test until the main reinforcement yielding occur, then the control parameter used was the displacement. The procedure was then repeated at the other end of the beam. The element behavior was recorded on the principal zones by internal and external instrumentation placed in the reinforcement of the beam and its surface respectively. The analysis of the results investigated the load - displacement and load - deformation envelopes of the beam, both dapped ends and the elements of each strut & tie model. Verification of the well performance of both ends, based on stiffness loss, displacements, cracking and internal work was performed during the test. Finally, conclusions and recommendations for the design of the dapped end concrete beams and detailing of the reinforcement for the common practice were presented.