Comparación teórica entre el método puntal tensor y el método de elementos finitos aplicado a dados de transferencia en puentes vehiculares - Aguilar Rincón, Camilo (Escuela Colombiana de Ingeniería Julio Garavito, 2021)
The structural design of pile caps involves determining an accurate internal stress flow system which leads to suitable member dimensioning and steel reinforcement. However, It has been found out that finite element analyses (FEA) derived from the Euler-Bernoulli beam theory fail to adequately describe internal forces in pile caps where the linear theory of elasticity is not fulfilled. This investigation aims to assess diverse arrangements of pile cap strut and tie models (STM) for different geometries and numbers of piles subjected to small and large eccentricities. Subsequently, STM and FEA are compared in order to determine their approaches and limitations oriented to the design of bridge pile caps.

El diseño de dados de transferencia en puentes vehiculares, requiere determinar con la mayor exactitud posible la trayectoria de esfuerzos internos para proporcionar un adecuado dimensionamiento del elemento, así como la cantidad y disposición acertada del acero de refuerzo, sin embargo, en la mayoría de los casos, la teoría clásica de diseño a flexo-cortante con solicitaciones provenientes de modelos de elementos finitos (MEF) no aplica para estos elementos estructurales ya que no se cumple el principio de Navier Bernoulli. En este estudio se propone la aplicación de diferentes modelos puntal tensor (MPT) en dados de transferencia para diferentes geometrías y número de pilotes bajo cargas con pequeñas y grandes excentricidades, posteriormente se compara el diseño por MPT contra el diseño por MEF para determinar los acercamientos y/o limitaciones en la aplicación de ambas metodologías en dados de puentes vehiculares.
INTRODUCCIÓN .................................................................................................................. 17 Capítulo I ESTADO DEL ARTE ...................................................................................... 18 1.1. Método Puntal tensor. ............................................................................................ 18 1.1.1. Reseña histórica ............................................................................................. 18 1.1.2. Estudios previos del MPT ............................................................................... 21 1.2. Método de los elementos finitos ............................................................................ 26 1.2.1. Reseña histórica ............................................................................................. 26 1.2.2. Estudios previos del MEF aplicado a estructuras .......................................... 28 1.3. Estudios posteriores .............................................................................................. 31 Capítulo II MARCO TEÓRICO ......................................................................................... 32 2.1. Base teórica del método puntal Tensor................................................................. 32 2.2. Base teórica del método de elementos finitos ...................................................... 41 Capítulo III METODOLOGÍA ............................................................................................. 47 3.1. OBJETIVO GENERAL ........................................................................................... 47 3.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS ................................................................................. 47 3.3. ETAPAS DEL ESTUDIO ........................................................................................ 48 3.3.1. Definición de geometría del puente en estudio ............................................. 48 3.3.2. Consideraciones de análisis........................................................................... 50 3.3.3. Elaboración de modelos por Puntal tensor .................................................... 64 3.3.4. Procedimiento de diseño por MPT ................................................................. 79 3.3.5. Elaboración de modelos por elementos finitos .............................................. 91 3.3.6. Procedimiento de diseño por MEF ................................................................. 93 Capítulo IV RESULTADOS ............................................................................................... 95 4.1. ACERO DE REFUERZO INFERIOR REQUERIDO ............................................. 95 4.1.1. Estado límite de resistencia ........................................................................... 95 4.1.2. Estado límite de evento extremo .................................................................. 103 4.2. CORTANTES Y ZONAS NODALES ................................................................... 110 4.2.1. Estado límite de resistencia ......................................................................... 110 4.2.2. Estado límite de evento extremo .................................................................. 116 4.3. LOCALIZACIÓN DEL REFUERZO PRINCIPAL ................................................. 121 4.1. VERIFICACIÓN DEL ANCLAJE DEL REFUERZO ............................................ 125 Capítulo V CONCLUSIONES ......................................................................................... 127 REFERENCIAS .................................................................................................................. 130 ANEXO 1 ............................................................................................................................ 133 ANEXO 2 ............................................................................................................................ 146 ANEXO 3 ............................................................................................................................ 159 ANEXO 4 ............................................................................................................................ 167
Keywords: Concreto reforzado; Elementos finitos; Puentes; Concreto reforzado; Elementos finitos; Dados de transferencia; Puentes; Reinforced concrete; Finite elements; Transfer dies; Bridges