El objetivo principal de este trabajo es aportar una base experimental bien documentada y analizada que ayude a analizar e interpretar el comportamiento resistente de las secciones mixtas de sección cajón unicelular habituales en puentes de carreteras, en Estado Límite Último, considerando la interacción con los distintos esfuerzos. Con ello se pretende llenar un vacío inexplicable.
Este estudio se realiza a partir de:
- La información recuperada y reinterpretada de la campaña experimental realizada en los años ‘90, de vigas mixtas cajón sometidas a la interacción de esfuerzos de flexión y cortante (EN-MV).
- Los resultados experimentales de una campaña experimental nueva que incluye el esfuerzo torsor en la interacción (EN-MVT).
- Las bases de proyecto recogido por las normativas (Eurocódigo y RPX-95) y los estudios realizados hasta la fecha de los distintos componentes resistente de las secciones mixtas.
Por tanto, este estudio se plantea los siguientes objetivos, principales y secundarios: Objetivo principal:
- Contribución a la comunidad científica de resultados experimentales de vigas mixtas que representas estructuras reales en puentes de carretera. La literatura actual cuenta con estudios experimentales, pero de forma individual para los distintos componentes resistentes de las secciones mixtas, tales como, la conexión entre hormigón y acero, la resistencia a cortante de paneles metálicos, la contribución de la losa de hormigón en
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la resistencia a cortante, la inestabilidad de paneles metálicos, etc. Sin embargo, existen pocos antecedentes experimentales que estudien el comportamiento de los elementos resistentes frente la interacción de los esfuerzos solicitantes, y además, que sean representativas de las estructuras que habitualmente se proyectan.
Objetivos secundarios:
- Análisis y discusión sobre las bases de proyecto definidas por el Eurocódigo y la RPX-95 en el cálculo de las capacidades resistente de las secciones mixtas compuestas por chapas esbeltas con o sin rigidización.
- Formulación explícita de la metodología de comprobación en secciones mixtas de cajón metálico sometidos a interacción de esfuerzos de flexión, cortante y torsión.
- Estudio de la influencia de la torsión en la capacidad resistente de las secciones, así como, la repercusión en el factor de seguridad en puentes reales proyectados, como, a veces se puede observar, únicamente a partir del cortante, sin verificar la condición de máximo torsor.
- Estudio de la influencia de una conexión flexible en el comportamiento estructural de las secciones mixtas.
2 – ESTADO DEL ARTE
Comportamiento de chapas metálicas
Interacción de esfuerzos
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2.1
INTRODUCCIÓN
Los tableros mixtos de puentes de sección cajón compuesta por chapas delgadas de acero y losa de hormigón tienen la ventaja de que su mecanismo resistente garantiza una distribución uniforme de tensiones tangenciales bajo solicitaciones de esfuerzos de torsión cumpliéndose el principio de Saint-Venant al tratarse se elementos de poco espesor. Sin embargo, el hecho de concebir secciones cerradas metálica de paredes delgadas en tablero de puentes, conlleva que su uso solo sea rentable para luces medianas y grandes (40-120 m) debido al desperdicio de material de la chapa de fondo en luces pequeñas al ser el ancho eficaz, frente a tensiones normales, limitado solo en las zonas próxima a las almas (efecto producido por el arrastre por cortante).
En consecuencia, el mecanismo resistente de secciones mixtas en cajón frente al esfuerzo torsor, conlleva que la capacidad resistente a flexión no solo queda condicionada por la interacción de tensiones normales y tangenciales (producida por el cortante) en el alma, sino también, por la interacción de esfuerzos en las alas al movilizar igualmente tensiones tangenciales como mecanismo resistente frente a la torsión. En consecuencia, a nivel seccional, resulta práctico poder incluir en la interacción flexión-cortante el esfuerzo torsor de manera que se pueda tener una visión, en todo su conjunto, de la respuesta y capacidad resistente de la sección.
Para comprender y discernir sobre el comportamiento resistente a nivel seccional, en este capítulo se presenta, de forma separada, la respuesta resistente de cada uno de sus componentes. Para ello, se exponen las bases teóricas relativas a la inestabilidad e interacción de esfuerzos en chapas de acero, así como, los criterios de comprobación e interacción definidos por el Eurocódigo (EN 1993-1-5, 2006). Asimismo, se incluye el modelo de cálculo para determinar la resistencia a cortante en el hormigón armado y se realiza una introducción de la influencia de la conexión en el mecanismo resistente de secciones mixtas compuestas por un perfil metálico y losa de hormigón.
La primera parte, relativa al comportamiento de chapas esbeltas, se basa en los estudios de TIMOSHENKO (Timoshenko & Gere, 1963) y DUBAS (Dubas & Gehri, 1986). Se incluye la respuesta resistente de chapas con y sin rigidizadores longitudinales sometidas a tensiones normales, tanto en régimen elástico, como en régimen no lineal. Además, se estudia la influencia de las imperfecciones iniciales y las tensiones residuales, así como, la interacción con las tensiones tangenciales.
En cuanto al comportamiento de la losa de hormigón frente a los esfuerzos de cortante, se exponen los modelos propuestos por BENTZ (Bentz, Vecchio, & Collins, 2006)a partir de la Teoría del Campo de Compresiones Modificada (MCFT).
Finalmente se aborda la influencia que tiene la conexión en la capacidad resistente de las estructuras mixtas, particularizando para una sección compuesta por una losa de hormigón y perfil metálico. Asimismo, se incluyen las formulaciones realizadas por NIE (Nie & Cai, 2003), que permiten tener en cuenta el deslizamiento de la conexión en los cálculos relativos al servicio.
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