CONCRETO PRETENSADO trab
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INTRODUCCION
Es frecuente observar en las construcciones, que Las mezclas de
concreto las hace el constructor según su criterio. En otros casos se
utiliza el concreto premezclado, el cual es transportado en camiones
mezcladores listos para ser vaciados in situ. Este concreto está
premezclado según especificaciones de resistencia a la compresión. Es
necesario que el ingeniero, proyectista, maestro de obra y toda persona
vinculada al ramo conozca la forma de dosificar el concreto según las
especificaciones técnicas
En el concreto, la grava y la arena constituyen el esqueleto,
mientras que la pasta que se forma con el cemento, que fragua primero
y endurece después, rellena los huecos uniendo y consolidando los
granos de los áridos. Al concreto se le puede añadir aditivos para
mejorar algunas de sus propiedades.
Hacer un buen concreto puede parecer simple, pero no lo es.
Aunque aparentemente se logren obtener supuestos beneficios
económicos con ofertas de bajo precio, la diferencia entre un producto
de calidad y los demás se manifiesta, tarde o temprano en la obra, en su
seguridad y en el prestigio de quien la construye.
CONCRETO, CARACTERISTICAS, CURADO
El concreto es el producto resultante de la mezcla de un
aglomerante (generalmente cemento, arena, grava o piedra machacada
y agua) que al fraguar y endurecer adquiere una resistencia similar a la
de las mejores piedras naturales
El concreto es un material durable y resistente pero, dado que se
trabaja en su forma líquida, prácticamente puede adquirir cualquier
forma. .Esta combinación de características es la razón principal por la
que es un material de construcción tan popular para exteriores.
La mezcla intima de los componentes del concreto convencional
produce una masa plástica que puede ser moldeada y compactada con
relativa facilidad; pero gradualmente pierde esta característica hasta
que al cabo de algunas horas se torna rígida y comienza a adquirir el
aspecto, comportamiento y propiedades de un cuerpo sólido, para
convertirse finalmente en el material mecánicamente resistente que es
el concreto endurecido.
El curado es el proceso por el cual se busca mantener saturado el
concreto hasta que los espacios de cemento fresco, originalmente llenos
de agua sean reemplazados por los productos de la hidratación del
cemento. El curado pretende controlar el movimiento de temperatura y
humedad hacia dentro y hacia afuera del concreto. Busca también,
evitar la contracción de fragua hasta que el concreto alcance una
resistencia mínima que le permita soportar los esfuerzos inducidos por
ésta. La falta de curado del concreto reduce drásticamente su
resistencia.
Existen diversos métodos de curado: curado con agua, con
materiales sellantes y curado al vapor. El primero puede ser de cuatro
tipos: por inmersión, haciendo uso de rociadores, utilizando coberturas
húmedas como yute y utilizando tierra, arena o aserrín sobre el concreto
recién vaciado.
El curado al vapor tiene la gran ventaja que permite ganar
resistencia rápidamente. Se utiliza tanto para estructuras vaciadas en
obra como para las prefabricadas, siendo más utilizado en las últimas. El
procedimiento consiste en someter al concreto a vapor a presiones
normales o superiores, calor, humedad, etc. El concreto curado al vapor,
deberá tener una resistencia similar o superior a la de un concreto
curado convencionalmente (CI.5.11.3.2). Los cambios de temperatura no
deben producirse bruscamente pues sino, ocasionan que el concreto se
resquebraje, (Teodoro, 2005).
El curado del hormigón de los forjaos es muy importante,
especialmente en tiempo seco, caluroso y con viento, por tener una
superficie expuesta muy amplia. Durante el fraguado y primer periodo
de endurecimiento del hormigón, deberá
TIPOS DE CONCRETO
Concreto Ultra Rápido Estructural - Concreto de alta calidad que
cumple con las especificaciones más estrictas de los reglamentos de
construcción para zonas sísmicas alcanzando la resistencia a las 24, 48
ó 72 horas.
Concreto Vivienda Industrializada - Concreto superfluido que facilita
la colocación y disminuye la necesidad de vibrado del concreto logrando
una excelente compactación y acabado superficial alcanzando la
resistencia especificada a las 14, 18 ó 24 horas.
Concreto Autocompactable - Es un producto que presenta una gran
facilidad para fluir por sí mismo sin necesidadde vibrado,aún entre el
acero de refuerzo sin segregación ni sangrado.
Concreto Baja Contracción - Concreto especialmente diseñado para
la construcción de elementos que requieran de un alto desempeño y una
gran estabilidad volumétrica.
Concreto Lanzado - Producto diseñado para recubrimientos,
estabilización de taludes, reparación de estructuras o para construcción
de túneles.
Concreto Ligero - Concreto de características particulares para reducir
peso en las estructuras y cargas a la cimentación o para cuando se
requiere concreto con propiedades de aislamiento térmico y acústico.
Relleno Fluido - Producto autonivelable, especialmente diseñado para
el relleno de cavidades, zanjas y para la conformación de bases en
sustitución de suelos granulares o arcillosos. Facilmente removible en
aplicaciones temporales o de bajo requerimiento de resisten.
Concreto Convencional - Concreto de uso general para todo tipo de
construcciones que no requieran características especiales.
Concreto Estructural - Concreto de alta calidad que cumple con las
especificaciones más estrictas de los reglamentos de construcción para
zonas sísmicas.
Concreto Fluido Convencional - Concreto ideal para el colado de
elementos estrechos de difícil acceso diseñado para facilitar la
colocación y disminuir las necesidades de vibrado proporcionando una
excelente compactación y acabado superficial.
Concreto Fluido Estructural - Concreto de alta fluidez que facilita la
colocación y disminuye las necesidades de vibrado en elementos de
difícil acceso o densamente armados, dando un excelente acabado
superficial. Cumple con las especificaciones más estrictas de los
reglamentos.
Mortero Larga Vida - Producto de alta trabajabilidad, fluidez y
plasticidad para trabajos de albañilería y la elaboración de elementos no
estructurales. Por sus características mantiene sus propiedades en
estado fresco ha.
Mortero Premezclado - Producto de alta trabajabilidad, fluidez y
plasticidad para trabajos de albañilería y la elaboración de elementos no
estructurales.
Concreto Ultra Rápido Convencional - Concreto de uso general para
todo tipo de construcciones, especialmente diseñado para alcanzar la
resistencia especificada a las 24, 48 ó 72 horas posteriores al colado.
Concreto MR - Ideal para la construcción de pavimentos urbanos,
carreteras y patios de acceso o maniobras en proyectos industriales.
Concreto Alta Resistencia - Especialmente diseñado para la
construcción de edificios de gran altura y elementos de concreto de
altas solicitaciones estructurales.
TIPOS DE ADITIVOS DE CONCRETO
Los aditivos son materiales orgánicos o inorgánicos que se añaden
a la mezcla durante o luego de formada la pasta de cemento y que
modifican en horma dirigida algunas características del proceso de
hidratación, el endurecimiento e incluso la estructura interna del
concreto. Estos se suelen presentar en forma de polvo o de líquido,
como emulsiones.
El comportamiento de los diversos tipos de cemento Pórtland está
definido dentro de un esquema relativamente rígido, ya que pese a sus
diferentes propiedades, no pueden satisfacer todos los requerimientos
de los procesos constructivos. Existen consecuentemente varios casos,
en que la única alternativa de solución técnica y eficiente es el uso de
aditivos.
Al margen de esto, cada vez se va consolidando a nivel
internacional el criterio de considerar a los aditivos como un
componente normal dentro de la Tecnología del Concreto moderna ya
que contribuyen a minimizar los riesgos que ocasiona el no poder
controlar ciertas características inherentes a la mezcla de concreto
original, cono son los tiempos de fraguado, la estructura de vacíos el
calor de hidratación, etc.
Cualquier labor técnica se realiza más eficientemente si todos los
riesgos están calculados y controlados, siendo los aditivos la alternativa
que siempre permite optimizar las mezclas de concreto y los procesos
constructivos.
Los componentes básicos del hormigón son cemento, agua y
áridos; otros componentes minoritarios que se pueden incorporar son:
adiciones, aditivos, fibras, cargas y pigmentos.
Existen aditivos que incrementan la fluidez del concreto
haciéndolo más manejable, los aditivos que aceleran el fraguado son
especialmente diseñados para obras o construcciones donde las
condiciones climáticas evitan un curado rápido.
Los aditivos retardantes son usados en lugares donde el concreto
fragua rápidamente, especialmente en regiones con clima cálido o en
situaciones donde el concreto debe ser transportado a grandes
distancias; esto con la intención de manipular la mezcla por mayor
tiempo.
De acuerdo con su función principal se clasifica a los aditivos para
el hormigón de la siguiente manera:
Aditivo reductor de agua/plastificante: Aditivo que, sin modificar la
consistencia, permite reducir el contenido de agua de un determinado
hormigón, o que, sin modificar el contenido de agua, aumenta el asiento
(cono de abrams)/escurrimiento, o que produce ambos efectos a la vez.
Aditivo reductor de agua de alta actividad/aditivo
superplastificante: Aditivo que, sin modificar la consistencia del
hormigón, o que sin modificar el contenido de agua, aumenta
considerablemente el asiento (cono de abrams)/ escurrimiento, o que
produce ambos efectos a la vez.
Aditivo reductor de agua: Aditivo que reduce la pérdida de agua,
disminuyendo la exudación.
Aditivo inclusor de aire: Aditivo que permite incorporar durante el
amasado una cantidad determinada de burbujas de aire, uniformemente
repartidas, que permanecen después del endurecimiento.
Aditivo acelerador de fraguado: Aditivo que reduce el tiempo de
transición de la mezcla para pasar del estado plástico al rígido.
Aditivo acelerador del endurecimiento: Aditivo que aumenta la
velocidad de desarrollo de resistencia iniciales del hormigón, con o sin
modificación del tiempo de fraguado.
Aditivo retardador de fraguado: Aditivo que aumenta el tiempo del
principio de transición de la mezcla para pasar del estado plástico al
estado rígido.
Aditivo hidrófugo de masa: Aditivo que reduce la absorción capilar
del hormigón endurecido.
Aditivo multifuncional: Aditivo que afecta a diversas propiedades del
hormigón fresco y/o endurecido actuando sobre más de una de las
funciones principales definidas en los aditivos mencionados
anteriormente.
Existen otra variedad de productos que, sin ser propiamente
aditivos y por tanto sin clasificarse como ellos, pueden considerarse
como tales ya que modifican propiedades del hormigón, como ocurre
con los colorantes o pigmentos que actúan sobre el color hormigón, los
generadores de gas que lo hacen sobre la densidad, etc.
CONCRETO PRETENSADO
El término pretensado se usa para describir cualquier método de
presforzado en el cual los tendones se tensan antes de colocar el
concreto.
Este consiste en eliminar los esfuerzos de tracción del hormigón
mediante la introducción de tensiones artificiales de compresión antes
de la aplicación de las cargas exteriores y que, superpuestas con éstas,
las tensiones totales permanentes, y para todas las hipótesis
consideradas queden comprendidas entre los límites que el material
puede soportar indefinidamente.
Al salir una viga pretensada, del taller toda la sección trabajada a
compresión y la repartición de esfuerzos es un diagrama triangular
(figura 1), teniendo un valor cero en el vértice superior y la fatiga
máxima admisible para el hormigón en la parte inferior. Este diagrama
se logra mediante un detallado estudio de la repartición de los alambres
y empieza a tener efecto en el momento de transmitir al hormigón el
esfuerzo total de pretensado (operación de destensado).
Figura 1
Al entrar en servicio en la obra, en la viga tiene lugar unos
esfuerzos de compresión y tracción (diagrama b de fig. 1) que sumados
con el esfuerzo de pretensado de la viga, resulta un diagrama cuya
sección está sometida íntegramente a compresión (diagrama c de fig.
1), obteniéndose, de esta manera un elemento trabajando a flexión en el
que se han eliminado totalmente los esfuerzos de tracción.
Algunas veces se aprovecha la resistencia a tracción del hormigón
aceptando fatigas admisibles del orden de 6 kg/cm2. No obstante, es
costumbre no tenerlo en cuenta para mayor seguridad ya que dentro de
los ensayos a tracción del hormigón existe una notoria dispersión en los
resultados (fig. 2)
Figura 2 y 3
Asimismo, puede obtenerse un diagrama total en el que la parte
inferior trabaja a compresión sin llegar a alcanzar el valor cero (fig. 3),
correspondiendo al momento útil de la viga. De esta manera se alcanza
un mayor coeficiente de seguridad a la fisura.
Figura 4
Cuando se va cargando sucesivamente la viga se rebasa la
resistencia a tracción del hormigón rápidamente la fisuración, ya que los
alambres ofrecen poca resistencia por estar tensados hasta cerca de su
límite elástico. De ahí, pues, que el intervalo existente entre el momento
útil de la viga y su momento de fisuración es muy reducido.
La figura 4 muestra esquemáticamente el proceso de pretensado
así como las consecuencias que de él se derivan al aplicarlo a una viga.
La fase 1 indica la longitud de un alambre sin tensar. Al aplicar un
esfuerzo de tensión, dicho alambre sufre un alargamiento (fase 2). Una
vez en tensión se hormigona la pieza quedando los alambres embebidos
en la masa (fase 3). Cuando el hormigón está suficientemente
endurecido se procede al destensado, transmitiéndose el esfuerzo al
hormigón por adherencia en la fabricación de vigas de dimensiones
modestas, y por anclaje terminal, en los casos de vigas grandes. Con el
desentensado la pieza experimenta un acortamiento, complementado
por una deformación plástica bajo el esfuerzo transmitido (fluencia) y de
un relajamiento del acero con el transcurso del tiempo (fase 4). Todos
estos fenómenos traen como consecuencia una pérdida de tensión en el
acero que hay que reducir en lo posible. Una precaución importante es
de dejar bien anclados los alambres en las placas de los macizos de
amarre ya que un pequeño deslizamiento de la armadura se traduciría
en una pérdida de tensión de capital importante.
Las viguetas recibidas en obra, presentan, normalmente, una
contraflecha debido a que la parte inferior de la vigueta sufre un
acortamiento mientras que en la parte superior no ha habido
deformación alguna puesto que el hormigón no está comprimido. Esta
contraflecha es favorable, ya que al colocar la vigueta en obra para
efectuar el forjado, ésta desaparece debido al peso que sobre ella
gravita. En sus condiciones normales de apoyo, las viguetas no deben
presentar una contraflecha superior al quinientosavo de su longitud.
Figura 5
CARACTERISTICAS
Existen varios tipos de pretensado, dependiendo de la modalidad
de construcción y condiciones específicas de obra:
El primero de estos tipos es el pretensado en banco o pretensado
con adherencia inmediata”, el cual es aquel que lleva a cabo en las
piezas pre-fabricadas. Como dijimos anteriormente, se requieren plantas
donde se coloca el cable en el molde de la pieza; se pone en tensión;
luego se hormigona y cuando el hormigón está seco y ha endurecido se
corta los extremos del cable que trata de contraerse poniendo así en
tensión al hormigón. En general los cables son rectos, pero podemos
formar torones en forma helicoidal o poligonal, dependiendo del tipo de
resistencia, ya que esto aumentará la fuerza de soporte obteniéndose un
estado de pretensión circunferencial.
El segundo tipo se refiere al “pretensado con adherencia
posterior”, el cual se basa en un método del postensado, ya que
requiere que la estructura de concreto tenga tubos por donde circularan
los torones; dichas vainas incluidas en la pieza de hormigón, permitirán
la inserción de los cables para pretensado, los mismos que se ponen en
tensión mediante gatos. Alcanzada la tensión se anclan los cables a la
estructura a través de dispositivos específicos denominados anclajes (los
cuales son de acero). Ahora lo que lo hace pretensado es que el espacio
entre la vaina y el cable se rellena inyectando mortero.
En cuanto al grado de pretensado, el sistema puede mostrar un
“pretensado total”, relacionado con que la fuerza P se coloque de
manera de eliminar completamente las tensiones de tracción del
hormigón; por otro lado el “pretensado limitado”, indica que no se ha
eliminado completamente la tracción en el hormigón, pero se mantiene
los valores de tensión por debajo de la resistencia a tracción del
hormigón. Se presenta también en algunos casos un “pretensado
parcial”, el cual no elimina la tracción y tampoco se mantiene por debajo
de la resistencia del hormigón, este pretensado requiere colocar una
armadura convencional (no tesada) para evitar la fisuración a manera de
un pretensado moderado.
El concreto pretensado se caracteriza por:
Pieza prefabricada
El presfuerzo se aplica antes que las cargas
El anclaje se da por adherencia
La acción del presfuerzo es interna
El acero tiene trayectorias rectas
Las piezas son generalmente simplemente apoyadas (elemento
estático)
Desde la técnica del pretensado elimina grietas del hormigón en
todas las etapas de carga, toda la sección de las estructuras de
toma parte en la resistencia a la carga externa. En contraste con
esto, en el hormigón armado, sólo parte de lo concreto por encima
del eje neutro es eficaz.
Como el hormigón no se agrieta, la posibilidad de acero a la
corrosión y el deterioro de hormigón se reduce al mínimo.
Ausencia de grietas resulta en una mayor capacidad de la
estructura para soportar la carga de esfuerzos, impactos,
vibraciones y golpes.
En vigas de hormigón pretensado, las cargas muertas son
prácticamente neutralizado. Las reacciones se requieren por lo
tanto mucho más pequeña que la requerida en hormigón armado.
El peso muerto de la carga reducida de la estructura da resultados
en el ahorro en los costes de las cimentaciones. La neutralización
de la carga muerta es de importancia en los grandes puentes.
El uso de los tendones y la curva antes de la compresión del
hormigón ayuda a resistir al corte.
La cantidad de acero necesario para pretensado aproximadamente
1 / 3 de la requerida para el hormigón armado, aunque el acero
para el pretensado debe ser de alta resistencia.
En concreto pretensado, bloques prefabricados y elementos
pueden aceptarse y utilizarse como una unidad. Esto ahorra en el
costo de encofrado y el centrado de grandes estructuras.
Con la llegada de hormigón pretensado, que ha sido posible ahora
para la construcción de grandes luces. Estas estructuras tienen
bajo costo y están salvo de grietas.
El hormigón pretensado se puede utilizar con ventaja en todas las
estructuras donde la tensión se desarrolla, como la corbata y
tirantes de una viga de cuerda del arco, traviesas de ferrocarril,
postes eléctricos, la cara aguas arriba de la presa de gravedad,
etc.
En las vigas de hormigón pretensado la desviación suele ser baja.
COMO SE FORMA
Los tendones, generalmente son de cable torcido con varios
torones de varios alambres cada uno, se restiran o se tensan entre
apoyos. Se mide el alargamiento de los tendones, así como la fuerza de
tensión aplicada con los gatos. Con la cimbra en su lugar, se vacía el
concreto en torno al tendón esforzado. A menudo se usa concreto de
lata resistencia a corto tiempo, a la vez que es curado con vapor de
agua, para acelerar el endurecimiento.
Después de haberse logrado la resistencia requerida, se libera la
presión de los gatos. Los torones tienden a acortarse, pero no lo hacen
por estar ligados al concreto por adherencia. En esta forma la fuerza de
presfuerzo es transferida al concreto por adherencia, en su mayor parte
cerca de los extremos de la viga.
Con frecuencia se usan uno, dos o tres depresores intermedios del
cable para obtener el perfil deseado. Estos dispositivos de sujeción
quedan embebidos en el elemento al que se le aplica el presfuerzo.
CONCRETO ARMADO
El concreto está compuesto por cuatro elementos básicos como
son: grava, arena, cemento (tipo I, II, III, IV, V) y agua, con ellos se
genera una “piedra” sumamente dura y resistente, es por esto que se
usa en estructuras ofreciendo una muy buena capacidad para someterse
a compresión.
El concreto simple es el concreto que conocemos, pero sin la
presencia de acero de refuerzo, este material solo podrá usarse en
elementos sometidos a compresión. Tiene especial importancia
estructural cuando su uso final es construcción de elementos que
trabajan por gravedad (peso propio), ej.: Concreto ciclópeo (concreto
simple + Rocas con tam > 10”), estribos de puentes y “muertos” para
anclaje de cables en puentes colgantes o atirantados, bases para ciertas
estructuras o equipos
El concreto armado, se le da este nombre al concreto simple más
acero de refuerzo; básicamente cuando tenemos un elemento
estructural que trabajará a compresión y a tracción (tensión). Ningún
esfuerzo de tensión será soportado por el concreto, es por ello que se
debe incluir un área de acero que nos asuma esta solicitación, dicho
valor se traducirá en el número de varillas y su diámetro, así como su
disposición.
ARMADURA DE CONCRETO (ACERO)
Generalmente el refuerzo utilizado en el presfuerzo es en forma de
alambres de alta resistencia a la tensión estirados en frío, o varillas de
aleación en conjunto para formar torones.
Cable: Grupo de tendones.
Tendón: Elemento estirado que se usa para transmitir presfuerzos en
un elemento de concreto. Los tendones pueden consistir de alambres
individuales estirados en frío, varillas o torones.
Alambre: Refuerzo de sección entera que cumple con los requisitos de
la norma británica BS4486:1969 y que común mente se suministra en
longitudes rectas.
Torón: Grupo de alambres torcidos en forma de hélice alrededor de un
eje longitudinal común, el cual se forma mediante un alambre recto, y
que cumple con los requisitos de las normas británicas BS3617:1971
para torones con 7 alambres y BS4757:1771 para torones con 19
alambres.
Los alambres en su diámetro, desde 2 hasta 8 mm, pero el
diámetro más pequeño de uso general para elementos estructurales es
de 4 mm y puede suministrarse ya sea “como se extrae” o “prestirado”.
La primera condición consistirá de rollos provenientes del laminado con
una curvatura natural. El alambre que ha sido “prenderezado mediante
un proceso que comprende un tratamiento de calentamiento “reductor
de esfuerzos”, provoca una mejoría en las propiedades elásticas y
conduce a lo que se denomina un comportamiento de relajamiento
“normal” o bien un tratamiento “estiramiento en caliente”, que
igualmente induce altas propiedades elásticas, pero que provoca lo que
clasifica como un comportamiento de relajamiento “bajo”.
Los términos relajamiento “normal o bajo” se aplican lo mismo a
los torones que a los alambres. El relajamiento se denomina como la
pérdida en el esfuerzo después de un cierto periodo de tiempo en el que
un tendón de presfuerzo se tensa para una carga determinada, bajo
condiciones de longitud y temperatura constante. Un alambre o torón de
relajamiento “bajo” tendrá menor pérdida en el esfuerzo inicial que el de
relajamiento “normal”.
Con objeto de asegurar la máxima adherencia entre el acero y el
concreto debe suministrarse el alambre en condiciones desengrasadas.
Además del desengrasado, a menudo el alambre está indentado para
lograr mejores propiedades de adherencia. El “esfuerzo de pruebas” se
define como el esfuerzo para el cual la carga aplicada produce una
elongación permanente. Para alambres de presfuerzo, se usa una
elongación del 0.2% en el “esfuerzo de pruebas”.
Existen 2 tipos básicos de torón para presfuerzo, con 7 o 19
alambres. Su elección depende del grado de flexibilidad y resistencia
requeridas. El más popular es el de 7 alambres y se usa generalmente
en tamaños desde 6.4 hasta 18mm de diámetro exterior.
El uso del acero de refuerzo ordinario es común en elementos de
concreto presforzado. Este acero es muy útil para
Aumentar ductilidad
Aumentar resistencia
Resistir esfuerzos de tensión y compresión
Resistir cortante
Resistir torsión
Restringir agrietamiento
Reducir deformaciones a largo plazo
Confinar el concreto
El acero de refuerzo suplementario convencional (varillas de acero)
se usa comúnmente en la región de altos esfuerzos locales de
compresión en los anclajes de vigas postensadas. Tanto para miembros
postensados como pretensados es usual proveerlos de varillas de acero
longitudinal para controlar las grietas de contracción y temperatura.
Finalmente, a menudo es conveniente incrementar la resistencia a la
flexión de vigas presforzadas empleando varillas de refuerzo
longitudinales suplementarias.
Las varillas se pueden conseguir en diámetros nominales que van
desde 3/8 pulg. hasta 13/8 pulg., con incrementos de 1/8 de pulg. y
también en dos tamaños más grandes de más o menos 13/4 y 21/4 pulg de
diámetro.
ACERO DE ALTA RESISTENCIA
Los aceros estructurales de alta resistencia mecánica se
caracterizan por su fácil soldabilidad y conformabilidad. Dentro de ellos
destacan los aceros utilizados para aplicaciones estructurales donde se
requiere de altos límites de fluencia, como los aceros ASTM A-514, de tal
forma de utilizar materiales de menores espesores lo que se traduce en
estructuras o componentes más livianos. Los aceros de alto creep, o
bien alta resistencia a la deformación plástica a altas temperaturas,
como el acero 15Mo3, son usualmente utilizados para fabricar
componentes que están bajo temperaturas mayores a las del ambiente.
Su uso permite garantizar una vida útil sin que se presenten
deformaciones importantes en la estructura a pesar de su exposición a
las altas temperaturas
El acero de alta resistencia y el concreto de alta calidad con
esenciales para obtener un comportamiento satisfactorio en este tipo de
construcción, y que provoca una pérdida de presfuerzo que es inherente
a las propiedades de los materiales mismos. También debe tenerse
presente que no todas las pérdidas señaladas ocurren de igual forma en
los elementos pretensados que los postensado.
Contracción del concreto
Deformación elástica del concreto
Fluencia del concreto
Relajamiento del acero
Curado con vapor
Durante el anclaje
Fricción en el gato y en el anclaje
Fricción en el ducto.
Nos es posible proporcionar un valor preciso de la magnitud de la
pérdida del presfuerzo total, tanto en el pretensado como en el
postensado. Normalmente se fija con un porcentaje en base a la fuerza
en los tendones inmediatamente después de la transferencia y es del
orden del 20%. Las pérdidas que tienen lugar antes y durante la
transferencia, son del orden del 5% para postensado y del orden del
10% para pretensado.
CONCEPTO Y TIPOS DE PÉRDIDA
Los fracasos experimentados en los primeros intentos para
presforzar el concreto se debieron principalmente a la no consideración
de las perdidas parciales inevitables en la fuerza pretensora. La
desconfianza en la aplicación del concreto presforzado se vio despejada
hasta los años cuarenta cuando tuvieron gran éxito los puentes de
Freyssunet. Fue entonces cuando los ingenieros comenzaron a aceptar
que las pérdidas de presfuerzo podían calcularse y tomarse en cuenta
en el diseño y que su efecto podría minimizarse mediante la selección
adecuada de los materiales apropiados.
El esfuerzo en los tendones producido por la fuerza de presfuerzo,
en los elementos de concreto presforzado, decrece con el tiempo;
primero rápidamente y luego más lentamente. La reducción del esfuerzo
durante la vida útil del miembro se conoce como perdidas de
presfuerzo. Es importante calcular la magnitud de estas pérdidas, así
como determinar el valor de las cargas actuantes para lograr la
determinación adecuada de la fuera de presfuerzo necesaria.
Las pérdidas de presfuerzo reducen la fuerza en los tendones o
cables. La no determinación o sobreestimación de las pérdidas pueden
afectar las condiciones de servicio de las deflexiones y agrietamiento.
Las pérdidas se clasifican en:
1) Iniciales o instantáneas, Ocurren durante la operación de tensado.
Estas son de interés para la fuerza de tensado inicial. Pretensado
Deslizamiento del anclaje y acortamiento elástico. Postensado
Deslizamiento de los anclajes, acortamiento elástico y pérdidas por
fricción.
a) Perdidas por acortamiento elástico del concreto.
b) Fricción en acero de postensado.
c) Deslizamiento de tendones en los anclajes.
2) Finales o diferidas, Las que ocurren decreciendo gradualmente
durante la vida del miembro la fuerza de presfuerzo. -Son
consideradas sólo en el estado final de las sobrecargas. Pretensado y
postensado. Contracción, creep (fluencia) y relajación del acero
Rango de valores de perdidas Total de pérdidas en miembros típicos
debería ser entre 25,000 a 50,000 psi.
a) Perdidas por flujo plástico del concreto
b) Perdidas por contracción del concreto
c) Perdidas por relajamiento del acero.
Para expresar las perdidas instantáneas y diferidas en un elemento
pretensado se presentan en el siguiente desarrollo algebraico, de
acuerdo a la figura 3.2
CALCULO DE PÉRDIDA
Según la referencia 1 una estimación aproximada de las pérdidas de
presfuerzo dependientes del tiempo resultante del flujo plástico y
contracción del concreto y relajación del acero en miembros
presforzados y parcialmente presforzados puede tomarse como se
especifica en la tabla 2.7 para:
Miembros postensados no en segmentos con longitudes arriba de
50 m y esfuerzo en el concreto de 10 a 30 días y,
Miembros pretensados esforzados después de alcanzar una
resistencia de fci = 245kg/cm2 = 24 MPa
Siempre que ellos:
1. Estén hechos de concreto de densidad normal
2. El curado del concreto es húmedo o con vapor
3. El presforzado es por barras o trenzas con propiedades normales y
bajas de relajación y,
4. Son colocados en condiciones de exposición y temperaturas
promedios.
La relación parcial de presforzado o índice de presfuerzo, IP, usada en la
Tabla 2.7, deberá tomarse como se especifica en la ecuación siguiente:
2.27
Donde:
IP = índice de presfuerzo.
As= área de refuerzo de tensión no presforzado
Aps= área del acero de presfuerzo
fy= resistencia especificada de las barras de refuerzo
fpy= resistencia del acero de presfuerzo
Para miembros hechos de concreto estructural de baja densidad, los
valores especificados en la Tabla 2.7 deberán aumentarse en 357
kg/cm2 (35 MPa).
Para trenzas de baja relajación, los valores especificados en la Tabla
2.7 pueden reducirse en:
285.6 kg/cm2 (28 MPa) para trabes cajón
418.2 kg/cm2 (41 MPa) para vigas rectangulares, losas sólidas y
vigas I, y
561 kg/cm2 (55 MPa) para T’s simples, dobles T, núcleos huecos y
losas huecas
Para condiciones inusuales de exposición, estimaciones más exactas
deberán de obtenerse de acuerdo a métodos apoyados por la
investigación o experiencia
Las pérdidas debido al acortamiento elástico deberán sumarse a las
pérdidas dependientes del tiempo para determinar las pérdidas totales.
Las estimaciones aproximadas de la suma total de las pérdidas
dependientes del tiempo dadas en la tabla 2.7 reflejan valores y
tendencias obtenidas de un análisis computarizado de pasos sucesivos
de un gran número de puentes y elementos de edificios diseñados para
un rango común de las siguientes variables:
A. El coeficiente último de flujo plástico del concreto con rango de 1.6
a 2.4.
B. El coeficiente último de contracción con rango de 0.0004 a 0.0006
(mm/mm).
C. Humedad relativa con rango de 40 a 100%.
D. Curado del concreto húmedo o con vapor.
E. Índice de presfuerzo de 0.2 a 1.0.
Tabla 2.7 Pérdidas dependientes del tiempo (Referencia 1).
Tipo de la sección
de la viga
Nivel Para alambres y trenzas con
fsr=16500, 17600 ó 17100
kg/cm2
Vigas
rectangulares y
losas sólidas
Límite
superior
Promedio
200 + 28(IP)
180 + 28(IP)
Trabes cajón Límite
superior
Promedio
145 + 28(IP)
130 + 28(IP)
Vigas I Promedio
T simple, doble T,
núcleos huecos y
losas huecas
Límite
superior
Promedio
Puede observarse en la Tabla 2.7 que, para los casos de trenzas de
resistencia alta, existe un límite superior y un límite promedio
estimados. El límite superior es recomendado cuando se tiene una
combinación desfavorable de parámetros, tal como baja resistencia a la
compresión del concreto, baja humedad relativa y condiciones de curado
con agua. Para elementos presforzados con barras, la diferencia entre el
límite promedio y el límite superior se encuentra tan insignificante para
justificar una expresión diferente.
Según la Referencia 2 en lugar de un método detallado para
estimar las pérdidas, las siguientes estimaciones de las pérdidas totales
pueden usarse para elementos presforzados o estructuras de diseño
común. Estos valores de pérdida están basados usando concreto de
peso normal, a niveles de presfuerzo normales, y condiciones promedio
de exposición. Para claros demasiado largos, o para diseños inusuales,
deberá usarse un método refinado.
Tabla 2.8. Estimación de las pérdidas totales (Referencia 2)
Tipo de acero de
presfuerzo
Pérdida Total
f’c =280 kg/cm2 f’c=350 kg/cm2
Pretensado
Trenzas
------------------- 3150 kg/cm2
Postensado
Alambres o Trenzas
Barras
2250 kg/cm2
1550 kg/cm2
2300 kg/cm2
1620 kg/cm2
No se incluyen pérdidas por fricción.
En resumen, se propone el uso de las siguientes fórmulas para
calcular la pérdida total de la fuerza de presfuerzo:
Deslizamiento del anclaje: (Ecuación 2.3)
Fricción: (Ecuación 2.5)
Acortamiento elástico:
Elementos pretensados (Ecuación 2. 8)
Elementos postensados (Ecuación 2. 10)
Contracción:
Elementos pretensados (Ecuación 2. 11)
Elementos postensados (Ecuación 2. 12)
Flujo plástico: (Ecuación 2. 14)
Relajación:
Acero de baja relajación: (Ecuación 2. 18)
DEFORMACION DE PÉRDIDA ESFUERZO CONSTANTE DE PÉRDIDA
En el concreto presforzado, es tan importante conocer las
deformaciones como los esfuerzos. Esto es necesario para estimar la
pérdida de presfuerzo en el acero y para tenerlo en cuenta para otros
efectos del acortamiento elástico. Tales deformaciones pueden
clasificarse en cuatro tipos: deformaciones elásticas, deformaciones
laterales, deformaciones plásticas, y deformaciones por contracción.
ELASTICIDAD DEL ACERO
La mayoría de las propiedades de los aceros que son de interés
para los ingenieros se pueden obtener directamente de sus curvas de
esfuerzo deformación. Tales características importantes como el límite
elástico proporcional, el punto de fluencia, la resistencia, la ductilidad y
las propiedades de endurecimiento por deformación son evidentes de
inmediato.
En la Gráfica 1 comparamos las curvas de esfuerzo deformación a
tensión de varillas ordinarias con las de aceros típicos para el presfuerzo
Gráfica 1. Curvas comparativas de esfuerzo-deformación para acero de
refuerzo y acero de presfuerzo.
En el acero de refuerzo ordinario, tipificados mediante los grados
40 y 60, existe una respuesta inicial elástica hasta un punto de fluencia
bien definido, más allá del cual, ocurre un incremento substancial en la
deformación sin que venga aparejado un incremento en el esfuerzo. Si
se sigue incrementando la carga, esta mesa de fluencia es seguida por
una región de endurecimiento por deformación, durante el cual se
obtiene una relación pronunciadamente no lineal entre el esfuerzo y la
deformación. Eventualmente ocurrirá la ruptura del material, a una
deformación bastante grande alrededor del 13% para varillas de grado
60 y del 20% para varillas del grado 40.
El contraste con los aceros de presfuerzo es notable. Estos no
presentan un esfuerzo de fluencia bien definido. El límite proporcional
para cables redondos (y para cables hechos con tales alambres) está
alrededor de 14,000 kg/cm2, o sea 5 veces el punto de fluencia de las
varillas del grado 40. Con carga adicional, los alambres muestran una
fluencia gradual, aunque la curva continúa elevándose hasta la fractura
del acero.
Las varillas de aleación tienen características similares a aquellas
de los alambres redondos o de los cables trenzados, pero sus límites
proporcionales y resistencias son de 30 a 40% menores.
El módulo de elasticidad para las varillas de refuerzo es más o
menos el mismo: 2.04x106 kg/cm2.
Los aceros de alta resistencia no presentan un punto de fluencia
bien definido. Se han propuesto diversos métodos arbitrarios para definir
el punto de fluencia del acero de alta resistencia. Una forma de
calcularlo es tomando el esfuerzo en el cual el elemento tiene una
deformación unitaria de 1%. Otra forma es trazando una paralela a la
curva esfuerzo-deformación en el punto correspondiente al 0.2% de la
deformación unitaria y el esfuerzo de fluencia será en donde la paralela
corte a la curva.
Para tales casos se define un punto de fluencia equivalente, como
el esfuerzo para el cual la deformación total tiene un valor de 0.5% para
varillas de los grados 40, 50 y 60 y de 0.6% para varillas de grado 75.
Para alambres redondos lisos el módulo de elasticidad es más o
menos el mismo que para el refuerzo ordinario, esto es, alrededor de
2.04 x 106 kg/cm2.
Para torón y para varillas de aleación el módulo de elasticidad es
más o menos de 1.9x106 kg/cm2.
CONCRETO DE ALTA RESISTENCIA
El concreto que se usa en la construcción presforzada se
caracteriza por una mayor resistencia que aquel que se emplea en
concreto reforzado ordinario. Se le somete a fuerzas más altas, y por lo
tanto un aumento en su calidad generalmente conduce a resultados más
económicos. El uso de concreto de alta resistencia permite la reducción
de las dimensiones de la sección de los miembros a un mínimo,
lograndose ahorros significativos en carga muerta siendo posible que
grandes claros resulten técnica y económicamente posibles. Las
objetables deflexiones y el agrietamiento, que de otra manera estarían
asociados con el empleo de miembros esbeltos sujetos a elevados
esfuerzos, pueden controlarse con facilidad mediante el presfuerzo.
La práctica actual pide una resistencia de 350 a 500 kg/cm2 para el
concreto presforzado, mientras el valor correspondiente para el concreto
reforzado es de 200 a 250 kg/cm2aproximadamente.
Existen otras ventajas. El concreto de alta resistencia tiene un
módulo de elasticidad más alto que el concreto de baja resistencia, de
tal manera que se reduce cualquier pérdida de la fuerza pretensora
debido al acortamiento elástico del concreto. Las pérdidas por flujo
plástico que son aproximadamente proporcionales a las pérdidas
elásticas, son también menores (Referencia 13).
Alta resistencia en el concreto presforzado es necesaria por varias
razones:
Primero, para minimizar su costo, los anclajes comerciales para el acero
de presfuerzo son siempre diseñados con base de concreto de alta
resistencia. De aquí que el concreto de menor resistencia requiere
anclajes especiales o puede fallar mediante la aplicación del presfuerzo.
Tales fallas pueden tomar lugar en los apoyos o en la adherencia entre
el acero y el concreto, o en la tensión cerca de los anclajes.
Segundo, el concreto de alta resistencia a la compresión ofrece una
mayor resistencia a tensión y cortante, así como a la adherencia y al
empuje, y es deseable para las estructuras de concreto presforzado
ordinario.
Por último, otro factor es que el concreto de alta resistencia está menos
expuesto a las grietas por contracción que aparecen frecuentemente en
el concreto de baja resistencia antes de la aplicación del presfuerzo.
Para obtener una resistencia de 350 kg/cm2, es necesario usar una
relación agua-cemento no mucho mayor de 0.45 en peso. Con el objeto
de facilitar el colado, se necesitaría un revenimiento de 5 a 10 cm a
menos que se fuera a aplicar el vibrador más tiempo de lo ordinario.
CONCLUSIONES
La principal característica estructural del hormigón es resistir muy
bien los esfuerzos de compresión. Sin embargo, tanto su resistencia a
tracción como al esfuerzo cortante son relativamente bajas, por lo cual
se debe utilizar en situaciones donde las solicitaciones por tracción o
cortante sean muy bajas. Para determinar la resistencia se preparan
ensayos mecánicos (ensayos de rotura) sobre probetas de hormigón.
Para superar este inconveniente, se "arma" el hormigón
introduciendo barras de acero, conocido como hormigón armado, o
concreto reforzado, permitiendo soportar los esfuerzos cortantes y de
tracción con las barras de acero. Es usual, además, disponer barras de
acero reforzando zonas o elementos fundamentalmente comprimidos,
como es el caso de los pilares. Los intentos de compensar las
deficiencias del hormigón a tracción y cortante originaron el desarrollo
de una nueva técnica constructiva a principios del siglo XX, la del
hormigón armado. Así, introduciendo antes del fraguado alambres de
alta resistencia tensados en el hormigón, este queda comprimido al
fraguar, con lo cual las tracciones que surgirían para resistir las acciones
externas, se convierten en descompresiones de las partes previamente
comprimidas, resultando muy ventajoso en muchos casos. Para el
pretensado se utilizan aceros de muy alto límite elástico, dado que el
fenómeno denominado fluencia lenta anularía las ventajas del
pretensado. Posteriormente se investigó la conveniencia de introducir
tensiones en el acero de manera deliberada y previa al fraguado del
hormigón de la pieza estructural, desarrollándose las técnicas del
hormigón pretensado y el hormigón postensado.
