Evaluación de la aplicación del método de los pórticos virtuales al cálculo de flechas instantáneas y diferidas en forjados sin vigas - García Dutari, Luis; Calavera Ruiz, José, 1931- (Madrid, España : Universidad Politécnica de Madrid, 1994)
Es importante recalcar que ni el código ACI318-89 ni la Instrucción EH-91, presentan un método de cálculo de flechas para forjados sin vigas. Esta falta de normativa indica claramente que aún no existen métodos fiables y de fácil aplicación práctica que sean de aceptación general. Otro factor que afecta la flecha de los forjados sin vigas es el proceso constructivo Se han realizado numerosas investigaciones para analizar el efecto que tienen las cargas generadas en el cimbrado de plantas consecutivas en las flechas de los forjados y se han desarrollado métodos de cálculos específicos para tomar en cuenta este factor Actualmente se está trabajando en la utilización de modelos más sofisticados de análisis de placa tales como la teoría de placas de REISNER-MIDLIN, cuya aplicación promete resolver los problemas de placas sometidas a fuertes gradientes de momentos y en la utilización de mejores ecuaciones constitutivas que puedan modelizar el comportamiento del hormigón de forma más realista. 2. Planteamiento de la investigación: el objetivo de esta investigación es la de evaluar las flechas calculadas por medio del método de integración de curvaturas, utilizando los diagramas de momentos deducidos del método del pórtico virtual. Para comparar las flechas calculadas mediante el método del pórtico virtual, se ha desarrollado un programa basado en el método de los elementos finitos, capaz de tomar en cuenta la fisuración, fluencia y retracción, así como también el efecto que tiene sobre la flecha el proceso constructivo. Este programa ha sido contrastado con cuatro ensayos de laboratorio, dando buenos resultados. Los resultados del método de los pórticos virtuales son comparados con los obtenidos mediante el método de los elementos finitos con el fin de conocer la exactitud del mismo. 3. Desarrollo de la investigación: Para poder evaluar las flechas calculadas por el método de los pórticos virtuales se realiza un estudio paramétrico, en un forjado sin vigas típico formado por 9 recuadros dispuestos 3x3. En el estudio se utilizan tres luces de recuadro, dos niveles de sobrecarga y tes procesos constructivos. Dado que el forjado estudiado nos permite calcular la flecha en cuatro recuadros diferentes, tenemos un total de 72 casos. Se han estudiado tres tipos diferentes de flecha, la flecha instantánea la flecha total y la flecha activa. También se han estudiado los coeficientes multiplicadores para la flecha total y la flecha activa. Posteriormente hemos estudiado la aplicación del método de inecia eficaz de BRANSON, en el cálculo de la flecha de forjados sin vigas. 4. Resultados del estudio: Las flechas y los coeficientes multiplicadores calculados, han sido representados en 48 gráficos, los cuales muestran las tendencias de cada una de las variables. Los resultados del estudio comparativo indican claramente que el método de los pórticos virtuales supravalora los tres tipos de flechas estudiados. En cuanto al efecto que tiene sobre las flechas la variación del proceso constructivo. Podemos decir que prácticamente no afecta a la flecha total ni la flecha instantánea. Su efecto es más marcado en la flecha activa. Esto se cumple para los dos niveles de carga estudiados y para todas las luces utilizadas. 5. Análisis de los resultados: Para determinar las razones de esta supravaloración en el método de los pórticos virtuales, se han estudiado los diagramas de momentos de un caso en particular. Los resultados de este análisis indican que existe una marcada diferencia entre los diagramas de momentos calculados por ambos métodos. Los diagramas de momentos deducidos a partir del método de los elementos finitos, tienen menores momentos positivos en los vanos de las bandas que los determinados mediante el método de los pórticos virtuales. Esto puede ser la explicación de la supravaloración de las flechas. La disminución de los elementos positivos es más marcada en las bandas centrales, debido a que el método de los pórticos virtuales ha sido desarrollado considerando que las vigas de borde tienen muy poca rigidez a torsión. 6. Conclusiones: La conclusión más importante es que el método de los pórticos virtuales predice mayor flecha que la calculada mediante el método de los elementos finitos. Como regla general y del lado de la seguridad, podemos decir que las flechas calculadas por medio de los elementos finitos son aproximadamente un 60% de la flecha por medio del método de los pórticos virtuales. Otra conclusión es la poca influencia que tiene el proceso constructivo en las flechas instantáneas y totales. Este efecto podría deberse a los elevados niveles de carga, que se generan en el cimbrado de plantas consecutivas, durante el proceso de construcción del mismo. Hemos, constatado, que el proceso constructivo tiene una mayor influencia en las flechas activas, tal como se desprende del análisis de los resultados obtenidos. El método de cálculos de flechas en forjadas sin vigas, aplicando los diagramas de momentos obtenidos por medio de los pórticos virtuales y el concepto de inercia eficaz de BRANSON, también supravalora las flechas con respecto a las obtenidas por medio de los elementos finitos. Las flechas calculadas por medio del método de los elementos finitos, pueden ser del orden del 68% de las flechas calculadas por medio del método de los pórticos virtuales aplicando la inercia eficaz de BRANSON.
1. State of the Art: The study of deflection in slabs without beams are intimatelly joined to the development of structural analysis method of that kind of structures, because the deformability is an important aspect int the design of slab without beams. Almost all investigations about the deformability in this slabs, have been done for flat plate. This investigation generated information, observation and method of calculate the deflection of practical utility. Itis important to mention here, the method of effective section steffness proposed by D.E. BRANSON and the method of interpolation of curvatures, proposed by R.FAVRE. These methods, develops initially for beams, have been generalized to used in slabs without beams. Researches are carried out to investigate long term deformation and two general methods are developed for calculate these kind of deflection. The firt one is based in the concept of using a factor that multiply the instantaneous deflection to obtain the long term deflections. The second one taking account the in the constitutive relationship, the effect of errep an shkringage and then make the analysis, based in compatibility and equilibrium, of the whole section to find the curvature. The deflection calculation methods are based in the aplication of this general concept, to the general methods of analysis of slabs without beams. The most used are the Equivalent Frame method and the Finite Element Method. The acuracy of the Equivalent Frame method in deflection calculation has been verified in flat slabs and slabs with beams but not in waffle slabs. Another Factor that has effect in the slabs deflection are the high construction loads. There are many investigations about the effect of these construction load, generated by the acumulation of load in the form shores and reshores and some calculation methods to take account this effect has been developed. Actually, research exists in the aplication of more realistir models, like the Theory of Thick Plate by REISNER-MINDLIN, to take account the effect of high moment gradients, and the develpment of constitutive ecuation that modelizes the behavior of reinforced concrete plate more acuratelly. 2. Scope of the investigation: The scope of this investigation, is to check the acuracy of the deflection calculate by the integration of curvature method, based in the momento diagrams obtained by the Equivalent Frame methods. A Finite Element Program has been developed to check the deflection calculation by the Equivalent Frame Method. This program can take account the effect of creep, shkringage, fisuration and the high construction loads developed in the slabs construrtion. The solution obtained with this programs agree well with three slabs tested in laboratory. 3. Research Development: A parametric study is done to evaluate the acuracy of deflection calculate by the Equivalent Frame Methods. This study comprise the Analysis of 9 panels structures arranged 3x3. A waffle slabs is used in the study. The study parameter are: three span length, two live load and three process of construction. Because the slabs studied has four diferente kind of panels, there is a total of 72 cases. In the study are analyzed three kind of deflections. the instantaneous, the total an the active deflections. Two multiplication factor of long term deflection are analyzed also, the factor of total deflection and the factorof active deflection. 4. Research Results: The deflection and multiplication factor calculate are represented in 48 graph. they show the results tendency with respect to the variable of the parametric study. The result of parametric study show that the deflection calculated by the Equivalent Frame Method are bigger than the deflection calculated by the Finite Element Method. The effect of construction process in the deflection is important in the active deflection. In the others deflection the effect is not of practical importance, this behaivour happens in all of the case studied. 5.Analysis of Results: To find the reason of Equivalent Frame Methods behavlours. A study is doing in a particular case with respect to the moment diagram calculated by both method. The results of this analysis show that exist diference between the moment obtained by the Equivalent Frame Method and the moment obtained by Finite Element Method. The moment diagram obtained by Finite Element Method has less positive moment than the moment diagram obtained by Equivalent Frame Method. lt will be the reason of the behavior of the Equivalent Frame Method to predict less deflection. The disminution of positive moment is bigger in the central band tan in the columns bands, because the Equivalent Frame Method has been developed taking account the loss of torsional stiffness in the border beams, when the load are high. In the result obtained by finite elements, this loss of torsional stifíness is lower than the loss suposed in the equivalent frame method. 6. Conclusión: The most important conclusion is that the deflection calculates by the Eqivalent frame method are less than the deflection calculates by the Finite Element method. As a rule of tumb, we can tell that the deflection calculates by the Finite Element methods are 60% of the deflection calculated by the Equivalent Frame methods.
Capítulo 1. Estado de arte. -- Capítulo 2. Planeamiento de la investigación a desarrollar. -- Capítulo 3. Resultados obtenidos en el estudio. -- Capítulo 4. Análisis de los resultados obtenidos en el estudio comparativo. -- Capítulo 5. Conclusiones finales e investigaciones futuras. -- Anexos. -- Bibliografía.
Doctorado en Mecánica de Medios Continuos y Teoría de Estructuras.
Tesis (
Incluye bibliografía y anexos.
Luis García Dutari.
Keywords: Ingeniería de estructuras; Método de elementos finitos; Hormigón armado; Ingeniería de estructuras; Doctorado en Mecánica de Medios Continuos y Teoría de Estructuras