Saw-cut testing in prestressed concrete members: methodological contributions for assessing residual prestressing force

[ES] La determinación de la fuerza de pretensado residual en elementos de hormigón pretensado existentes sigue siendo una de las principales fuentes de incertidumbre en la evaluación estructural. El pretensado condiciona el comportamiento frente a fisuración, la rigidez, el estado límite de servicio, la durabilidad y la capacidad última, pero su magnitud evoluciona con el tiempo debido a la fluencia y retracción del hormigón y a la relajación de los tendones. Los modelos predictivos basados en el proyecto fueron desarrollados para la verificación en fase de diseño y no están destinados a determinar el estado tensional real in situ décadas después de la construcción. En consecuencia, el nivel de pretensado residual en estructuras envejecidas suele ser desconocido, lo que limita la toma de decisiones basada en criterios de fiabilidad. Esta Tesis Doctoral se centra en una nueva metodología para la evaluación del pretensado residual basada en el Ensayo de Corte con Sierra (Saw-Cut Test, SCT). El SCT induce una liberación localizada de tensiones mediante la ejecución de cortes paralelos dispuestos perpendicularmente a la dirección del pretensado, generando progresivamente un Bloque de Hormigón Aislado (Isolated Concrete Block, ICB). Las variaciones de deformación en el hormigón se miden y, posteriormente, se relacionan con la fuerza de pretensado residual mediante un análisis seccional inverso. Se desarrolla una estrategia de reconstrucción de deformaciones basada en desplazamientos obtenidos mediante extensometría mecánica para evitar interferencias térmicas en los dispositivos de medición y superar las limitaciones asociadas a la longitud de la base de medida. Diferentes Bases Internas de Medida (20-100 mm) permiten una caracterización espacialmente resuelta de los gradientes de deformación, lo que demuestra una redistribución no uniforme de tensiones dentro del ICB. Se valida experimentalmente un Punto de Referencia situado externamente al ICB para separar la traslación rígida a nivel del elemento de la expansión interna a nivel de la zona de corte, garantizando una interpretación no sesgada basada en deformaciones. El procedimiento de ensayo se implementa de forma robusta mediante el control del espaciamiento entre cortes y una progresión incremental de la profundidad de corte. Una campaña experimental sobre 33 vigas de hormigón pretensado con armadura postesa confirma que el SCT implica un proceso de descarga localizada. La modelización mediante elementos finitos, incorporando un comportamiento controlado por descarga, reproduce la redistribución de tensiones dentro del ICB e identifica el estado de descompresión. Tras la normalización de parámetros respecto de la capacidad de descompresión, la liberación de tensiones observada resulta estadísticamente independiente del historial de pretensado y está gobernada principalmente por la profundidad de corte. Una formulación probabilística traduce estos resultados en métricas de decisión basadas en la fiabilidad. Dentro de su dominio validado, el marco metodológico del SCT implementado se confirma como una herramienta fiable y probabilísticamente interpretable para proporcionar datos experimentales de deformación-tensión como base para el diagnóstico del pretensado residual en procesos de evaluación estructural.

[EN] The assessment of residual prestressing forces in existing prestressed concrete members remains a major source of uncertainty in structural evaluation. Prestress governs cracking behaviour, stiffness, serviceability, durability, and ultimate capacity, yet its magnitude evolves over time due to concrete creep and shrinkage, and tendon relaxation. Design-based predictive models were developed for project-stage verification and are not intended to determine the actual in-situ stress state decades after construction. Consequently, residual prestress in aging structures is often unknown, limiting reliability-informed decision-making. This Doctoral Thesis focuses on a new methodology for residual prestress assessment based on the Saw-Cut Test (SCT). The SCT induces localized stress relief by performing parallel cuts perpendicular to the prestressing direction, progressively generating an Isolated Concrete Block (ICB). The involved changes in concrete strain are measured and then related to the residual prestressing force through inverse sectional analysis. A displacement-based strain reconstruction strategy using mechanical extensometry is developed to avoid thermal interference in the measuring devices and overcome gauge-length constraints. Different Internal Measurement Bases (20-100 mm) enable spatially resolved characterization of strain gradients, demonstrating non-uniform stress redistribution within the ICB. A Reference Point located externally to the ICB is experimentally validated to separate rigid-body translation at the member level from internal expansion at the cut-zone level, ensuring unbiased strain-based interpretation. The testing procedure is robustly implemented through controlled cut spacing and incremental progression of cut depth. An experimental campaign on 33 post-tensioned, prestressed concrete beams confirms that the SCT involves a localized unloading process. Finite element modelling incorporating unloading-controlled behaviour reproduced stress redistribution within the ICB and identified the decompression state. After normalization of parameters by decompression capacity, the observed stress release becomes statistically independent of prestress history and primarily governed by cut depth. A probabilistic formulation translates these results into reliability-informed decision metrics. Within its validated domain, the implemented SCT framework is confirmed as a reliable, probabilistically interpretable tool for providing experimental strain-stress data as a basis for diagnosing residual prestress in an assessment process.

[CA] La determinació de la força de pretensat residual en elements existents de formigó pretensat continua sent una de les principals fonts d'incertesa en l'avaluació estructural. El pretensat condiciona el comportament davant la fissuració, la rigidesa, l'estat límit de servei, la durabilitat i la capacitat última, però la seua magnitud evoluciona amb el temps a causa de la fluència i la retracció del formigó i de la relaxació dels tendons. Els models predictius basats en el projecte van ser desenvolupats per a la verificació en fase de disseny i no estan destinats a determinar l'estat tensional real in situ dècades després de la construcció. En conseqüència, el nivell de pretensat residual en estructures envellides sol ser desconegut, fet que limita la presa de decisions basada en criteris de fiabilitat. Aquesta Tesi Doctoral se centra en una nova metodologia per a l'avaluació del pretensat residual basada en l'Assaig de Tall amb Serra (Saw-Cut Test, SCT). L'SCT indueix una lliberació localitzada de tensions mitjançant l'execució de talls paral·lels perpendiculars a la direcció del pretensat, generant progressivament un Bloc de Formigó Aïllat (Isolated Concrete Block, ICB). Les variacions de deformació en el formigó es mesuren i posteriorment es relacionen amb la força de pretensat residual mitjançant una anàlisi seccional inversa. Es desenvolupa una estratègia de reconstrucció de deformacions basada en desplaçaments mitjançant extensometria mecànica per tal d'evitar interferències tèrmiques en els dispositius de mesura i superar les limitacions associades a la longitud de base de mesura. Diferents Bases Internes de Mesura (20-100 mm) permeten una caracterització espacialment resolta dels gradients de deformació, demostrant una redistribució no uniforme de tensions dins de l'ICB. Es valida experimentalment un Punt de Referència situat externament a l'ICB per separar la translació rígida a nivell de l'element de l'expansió interna a nivell de la zona de tall, garantint una interpretació no esbiaixada basada en deformacions. El procediment d'assaig s'implementa de forma robusta mitjançant un control de l'espaiament entre talls i una progressió incremental de la profunditat de tall. Una campanya experimental sobre 33 bigues de formigó pretensat amd armadures posttesades confirma que l'SCT implica un procés de descàrrega localitzada. La modelització mitjançant elements finits, incorporant un comportament controlat per descàrrega, reprodueix la redistribució de tensions dins de l'ICB i identifica l'estat de descompressió. Després de la normalització de paràmetres respecte de la capacitat de descompressió, l'alliberament de tensions esdevé estadísticament independent de l'historial de pretensat i està governat principalment per la profunditat de tall. Una formulació probabilística tradueix aquests resultats en mètriques de decisió basades en la fiabilitat. Dins del seu domini validat, el marc metodològic de l'SCT implementat es confirma com una eina fiable i probabilísticament interpretable per proporcionar dades experimentals deformació-tensió com a base per al diagnòstic del pretensat residual en processos d'avaluació estructural.

Tesis por compendio