Desarrollo de una herramienta automatizada para el predimensionamiento de vigas de hormigón pretensado

Abstract

El presente trabajo se enfoca en el desarrollo de una herramienta computacional para el predimensionamiento de vigas de hormigón pretensado, integrando programación en Python con la API de SAP2000. El objetivo principal consiste en automatizar el cálculo de propiedades geométricas, fuerzas internas y áreas de acero de pretensado requeridas, conforme a criterios normativos de diseño (AASHTO LRFD y ACI 318-19). La metodología aborda la definición de secciones tipo I y secciones rectangulares en SAP2000, así como la aplicación de cargas permanentes, cargas móviles y cargas de presfuerzo. Para validar la fiabilidad del modelo, se compararon los resultados con estudios previos, observándose un margen de error aceptable en la estimación de momentos flectores y la resistencia a corte. Se evaluaron más de 360 configuraciones, permitiendo identificar tendencias relevantes en la relación entre la esbeltez de la viga (L/h) y el comportamiento estructural. Los hallazgos indican que valores de L/h bajos imponen mayores exigencias en corte, mientras que relaciones superiores a 40 tienden a estar gobernadas por flexión. Asimismo, se detectó un rango intermedio donde la viga mantiene un balance adecuado entre ambas solicitaciones. Aunque el modelo simplifica aspectos como la trayectoria de los cables (rectilíneos) y no incorpora los efectos diferidos del hormigón (fluencia y retracción), la herramienta demuestra una capacidad significativa para agilizar el diseño preliminar y brindar recomendaciones sobre geometría y pretensado. Sus resultados apuntan a optimizar el uso de materiales, reducir iteraciones manuales y servir como base para profundizar en análisis más refinados.

This study presents a computational tool for the preliminary design of prestressed concrete beams, achieved by integrating Python scripting with the SAP2000 application programming interface. The main goal is to automate the determination of geometric properties, internal forces, and required prestressing steel areas, according to design standards (AASHTO LRFD and ACI 318-19). The methodology involves defining I-shaped and rectangular beam sections in SAP2000, assigning dead loads, moving loads, and prestress forces, and comparing the resulting structural behavior against previous research. Over 360 configurations were examined, revealing key trends regarding the ratio of beam length to depth (L/h) and how it affects flexural and shear response. The findings indicate that smaller L/h ratios place higher demands on shear capacity, while ratios exceeding 40 are generally governed by flexural requirements; an intermediate range exhibits balanced performance in both criteria. Although the model assumes straight tendons and does not account for time-dependent effects of concrete (creep and shrinkage), it offers a rapid approach for identifying viable beam dimensions and prestress levels. The results reduce manual iteration in the design phase and provide a foundation for more sophisticated analyses. By systematically automating data entry, analysis, and output, the proposed tool fosters efficient material usage and supports informed decisionmaking in the early stages of infrastructure projects.