EL-129-15

Noticreto 129 MARZO / ABRIL 2015

48 EDIFICACIONES

Organizacin de torones sobre sillas de posicin.

La tecnologa del concreto postensado con torones adheridos se aplic inicialmente a los puentes y migr a estructuras para parqueaderos, vivienda y comer-cio. Posteriormente se desarroll la tecnologa no adherida que, dados su costo menor y su facilidad constructiva, irrumpi con fuerza en la industria de la construccin. En Colombia se comenz a utilizar la tecnologa postensada con monotorn no adherido (con anclajes de fundicin de hierro aleado) desde comienzos de la dcada de 1990 en diferentes soluciones estructurales: losas planas sin vigas, losas con capiteles o paneles deprimidos, losas nervadas,

Aproximacin al anlisis vibracional:

El postensado no adherido en estructurasIng. Adriano A. Otero PinedoGerente Oteco Ltda., Colombia

Fotos y esquemas: Cortesa Oteco Ltda.

losas con vigas, etc. El diseo postensado adherido y no adherido est incluido en el Reglamento Colombiano de Construccin Sismo-resistente[1]. En edificaciones con cargas medianas a altas y vanos grandes, la tecnologa del concreto postensado ofrece ventajas econmicas y cons-tructivas, comparada con otros sistemas industrializados o tradicionales. Con frecuencia se hacen conjeturas sobre la vibracin de las estructuras postensadas y se asocia al preesfuerzo. Se revisa la vibracin de la losa postensada por la metodologa aplicada por el programa de elementos finitos usado en el anlisis estructural.

En este artculo el autor presenta el anlisis y diseo adelantados para evaluar la conveniencia constructiva y viabilidad econmica de una estructura postensada para uso comercial, de luces o vanos hasta 10 m y carga total de servicio de 13 KN/m2 (1300 Kgf/m2), de acuerdo a los estndares normativos y especificaciones derivadas del diseo arquitectnico. Al igual que otros sistemas estructurales, la alternativa postensada fue evaluada por el propietario por su costo inicial, facilidad constructiva, plazo de construccin, costo de mantenimiento y otros aspectos normativos como la seguridad al fuego, tanto de los elementos estructurales como los no estructurales.

LA REVISTA DE LA TCNICA Y LA CONSTRUCCIN



EDIFICACIONES 49

Estructura postensada - edificacin para uso comercial

Estructura tradicional proyectada El proyecto, en dos niveles, est destinado a locales comerciales. La placa o losa, conformada por vigas y viguetas, aligerada con casetones de fibra, madera o poliestireno (icopor o similar), preferiblemente recuperables. El proyecto arquitectnico contempl dividir la edificacin en mdulos estructurales de aproximadamente 1.100 m2, con juntas de construc-cin entre ellos. Con las viguetas de menor altura que las vigas y la necesidad de recuperar los casetones, se oblig a disponer de un sistema de formaleta eficiente que permitiera construir al menos 1.100 m2 de losa por semana.

Nivel placa: prticos en dos direcciones en concreto reforzado, con vanos o luces entre columnas de 10 m, 6 m y 5 m. Seccin columnas: 0,50 m x 1,00 m; seccin vigas: 0,50 m x 0,60 m.; seccin viguetas: 0,12 m x 0,40 m, separadas c/ 0,80m.; espesor de losa maciza: 0,10 m.

Nivel cubierta: entramado en vigas de concreto reforzado y elementos metlicos, para soporte de tejas livianas.

Estudio de suelos y geotecniaEl estudio de suelos y geotecnia desarrollado para el propietario por una firma consultora idnea, estableci un perfil del suelo D. La edificacin est localizada en zona de amenaza ssmica alta: Aa: 0,25; Av: 0,25.

Estructura alternativa: pre-anlisis ssmico y de car-gas verticalesSe realiz el anlisis para el mdulo tpico de 1.100 m2,

para varias alternativas estructurales con diferentes es-pesores de losas y tamao de elementos, para las cargas verticales y de sismo determinadas en el Reglamento NSR-10 y el estudio geotcnico. Se controlaron las derivas a lmites admisibles, menores al 1%. A solicitud del propietario, en esta fase del proyecto se dispuso no ubicar muros estructurales en el espacio comercial, para dejar mayor libertad de modulacin y de comercializa-cin, segn las necesidades del cliente.

La premisa de racionalizar el proceso constructivo y los recursos de encofrados, materiales, equipos, personal de obra y financieros, aunado a la necesidad de construir al menos 1.100 m2 semanales, llevaron a la decisin de especificar una estructura postensada, dadas las prestaciones que el uso del preesfuerzo ofrece. Ocupan especial inters la eliminacin de los casetones o aligeramientos en la placa, al igual que el falso cielorraso, por cuanto la solucin diseada de losa maciza no los requiere y los encofrados de metal o madera garantizan un excelente acabado superficial.

Para este caso especfico, previo el cumplimiento de las derivas por sismo y para los diversos modelos estudiados, se estableci que la mxima ganancia en el proceso constructivo se lograba con vigas postensadas en los ejes literales (vanos sucesivos de 10 m), alinea-das en la direccin corta de las columnas y losa maciza postensada entre vigas. En la direccin ortogonal, en los ejes numricos exteriores se proyectaron vigas de igual tamao. La deriva ssmica se control en Dir 1: 0,91% y Dir 2: 0,54%.

Planta estructural.

A

B

C

D

E

F

0 0` 1 2 3`` 4 54`2``

LOSA MACIZA e=0.15 m

VG-F(.30X.50)

VG-E(.50X.50)

VG-D(.50X.50)

VG-C(.50X.50)

VG-B(.50X.50)

VG-A(.30X.50) VG-A(.30X.50) VG-A(.30X.50) VG-A(.30X.50)

VG-B(.50X.50) VG-B(.50X.50) VG-B(.50X.50)

VG-C(.50X.50) VG-C(.50X.50) VG-C(.50X.50)

VG-D(.50X.50) VG-D(.50X.50) VG-D(.50X.50)

VG-E(.50X.50) VG-E(.50X.50) VG-E(.50X.50)

VG-1

(.50X

.50)

VG-1

(.50X

.50)

VG-1

(.50X

.50)

VG-1

(.50X

.50)

VG-1

(.50X

.50)

VG-5

(`.50X

.50)

VG-5

(`.50X

.50)

VG-5

(`.50X

.50)

VG-5

(`.50X

.50)

VG-5

(`.50X

.50)VG-F(.30X.50) VG-F(.30X.50) VG-F(.30X.50)






50 EDIFICACIONES

A

B

C

D

E

F0 0` 1` 2`` 3`` 4 4` 5`2

TORONES EN DIRECCIN Y

TORONES EN DIRECCIN X

Torones en banda y distribuidos.

Interseccin de vigas postensadas.

Planta de distribucin de torones en direccin X y en direccin Y.

Elementos estructurales constitutivos de la estructura alternativa: columnas: 0,50 m x 1,00 m. Vigas: 0,50 m x 0,50 m, en ejes literales interiores y 0,30 m x 0,50 m en ejes numricos exteriores. Losa maciza de espesor e = 0,15 m, con armadura activa en la direccin corta, conformada por tendones tipo monotorn no adheri-do, de bajo relajamiento, libres de esfuerzo residual, de dimetro nominal 0,5, dispuestos sobre sillas de posicionamiento con la curvatura apropiada, para ga-rantizar, adems de la fuerza de precompresin axial, la fuerza vertical de balance, equivalente a un porcentaje entre el 50% y el 80% de la carga muerta total. Se de-fini la magnitud del preesfuerzo en la transferencia, para garantizar el adecuado comportamiento de la losa en todas las etapas constructivas y la fase final de servicio. 1

2

1

2

3

3




Refuerzo de retraccin: dadas las condiciones de clima y soleamiento, se especific re-fuerzo de retraccin en la losa, distribuido en dos capas, algo mayor al 0,2% de la seccin bruta de concreto. Su finalidad era controlar las fisuras por retraccin del fraguado que pueden aparecer antes del tensionamiento inicial o transferencia. La capa inferior se espe-cific en malla de grafiles electrosoldada y la superior en un entramado de barras rectas con la separacin conveniente para permitir la circulacin del personal y la manipulacin de equipos encima de la losa durante el proceso constructivo, sin afectar la posicin del refuerzo y los torones del postensado. El refuerzo de retraccin aplic para el cmputo del refuerzo definitivo de la losa, una vez tensionados los torones y que la edificacin se encuentre en servicio.

Se analiz y dise el sistema postensado no adherido de la losa y vigas, se determinaron los refuerzos y se evaluaron las deflexiones inmediatas y a largo plazo. Se hizo una revisin detallada del cortante en la losa maciza. Se determinaron los sitios donde deba reforzarse con estribos convencionales o con pernos de cabeza ampliada o studs. Hasta hace algunos aos, la alternativa de studs era poco viable por su costo y su uso controlado por paten-te. Hoy, libre de patente, puede ser conveniente su implementacin, dada la facilidad constructiva, rapidez de colocacin y eficiencia en el control de fisuras por corte directo, punzonamiento y capacidad de confinamiento. El diseo de la estructura postensada se realiz acorde a las estipulaciones del Captulo C.18. Concreto preesforzado - NSR-10 (1).

Seccin transversal de la losa maciza.

Refuerzo de respaldo en anclajes. Vista lateral.

Diseo de las vigas: las vigas postensadas con torones no adheridos de dimetro no-minal 0,5 0,6 deban atender las solicitaciones de cargas de gravedad, ssmicas, las derivadas del uso del preesfuerzo, sus efectos hiperestticos y todas las combinaciones de carga establecidas en el Reglamento NSR-10. Dado que el sitio de emplazamiento de la edificacin es de amenaza ssmica alta y la estructura es de categora DES (Disipacin Especial), se deban observar las restricciones respecto a la cooperacin de los torones en

.15

.025

1#4 C/O.50SENTIDO Y

06.5mm C/.15C/ SENTIDO

Cable 01/2.20

.10

.20

Anclaje muerto o vivo

Esta distancia debe ser iguala 1/4 del espesor de la losa

U#3 L=0.50mSon 2 por anclaje




52 EDIFICACIONES

la capacidad de la seccin. Las vigas tienen refuerzo a flexin y estribos, como lo prescribe el Captulo C.21. Requisitos de diseo sismo-resistente del Regla-mento NSR-10 (1).

Especificaciones de materialesSe especificaron los siguientes materiales:

Concreto losa: fc, 28 d= 35 MPa (5.000 psi); fci, transfer.= 24,5 MPa (3.500 psi)

Concreto columnas: fc, 28 d= 35 MPa (5.000 psi)

Acero de preesfuerzo no adherido: fpu = 1.860 MPa (270.000 psi), tensionado al 80% fpu. Torones que cumplen la norma ASTM A 416, bajo relajamiento.

Acero convencional adherido: fy = 420 MPa (60.000 psi), NTC 2289.

Cargas de gravedad muertas Peso propio losa:

3,6 KN/m2 (360 kgf/m2). Inclusin automtica por el programa.

Peso propio vigas: 6,0 KN/m (600 kgf/m). Inclusin automtica por el programa.

Peso muerto sobre impuesto: 3,0 KN/m2 (muros y acabados: 300 kgf/m2)

Cargas de gravedad vivas Segn uso destinado a comercio:

5,0 KN/m2 (500 kgf/m2)

Cargas de servicio Distribuida en rea (muerta + viva):

11,6 KN/m2 (1.160 kgf/m2) Lineal muerta (peso propio vigas):

6,0 KN/m (600 kgf/m)

Consumo del sistema de losa y vigas descolgadas postensadas:Segn el diseo estructural y las exigencias de servicio definidas, se obtuvieron los siguientes consumos:

Concreto: 0,191 m3/m2.

Acero total en losa (barras y malla): 6,5 +/- 0,5 kg/m2 (incluido el refuerzo por retrac-cin).

Acero total en vigas : 7,5 +/- 0,5 kg/m2 (incluidos refuerzo a flexin, estribos).

Studs (refuerzo alternativo a corte): 0,8 a 1,0 studs/m2

Torones de preesfuerzo: 2,8 kg/m2

Refuerzo de respaldo en anclajes agrupados. Vista frontal.

Refuerzo de corte y punzonamiento con estribos.

Corte 1-1. Refuerzo corte y punzonamiento con estribos.

Refuerzo corte y punzonamiento con Studs.

Varilla #4 Cable 01/2

Anclaje muerto o vivo

Ues #3L=0.50m

E

B

1` 4

15 Ganchos #3 C/07Ver corte 1-1

LOSA e=0.15m

15 Ganchos #3 C/07Ver corte 1-1

15 U #3 C/07Ver corte 1-1

Columna

Viga (0.50x0.50) Viga (0.50x0.50)

15 U #3 C/07Ver corte 1-1

Ver Ref. superior

Ver Ref. inferior

Estribo U#3 C/.07L= 0.62m Estribo G#3 C/.07

L= 0.27m

U#3 C/0.07

.15

G#3 C/0.07

.25

.50Col .50x1.00

Losa.10

.10

.085

.085.085 .085

.10

EB

1` 4

LOSA e=0.15m

15 STUDS de 9.5mm C/ .07




Columna

Viga (0.50x0.50) Viga (0.50x0.50)




CONSTRUDIP

Deflexiones a largo plazoSegn las caractersticas de la estructura y las exigencias a nivel de servicio, la deflexin a largo plazo result de 21 mm, equivalente a Ld / 557, medida sobre la diagonal o Lv / 476, referida al vano. Estas deformaciones son aceptables y garantizan un nivel confortable de servicio respecto al fenmeno vibratorio y de seguridad para los elementos no estructurales.

Anlisis de la vibracinEl estudio de las vibraciones transversales (verticales) de las losas de concreto es un asunto muy complejo. Depende de la masa, la inercia y longitud de vanos (rigidez) y del amorti-guamiento de la losa, que depende a su vez de las caractersticas mismas del entrepiso y del tipo de muros o elementos no estructurales soportados. La reaccin humana a la vibracin o su percepcin del fenmeno, depende de la actividad que se realice.

Para el clculo de la frecuencia natural de vibracin se emplea a menudo el mtodo de la viga equivalente. Es un procedimiento aproximado que aborda el problema con un modelo de vano nico y apoyos simples, el cual determina:

fo=(/2)*[(Ec*Ic*G)/(wL4)]0.5= 0.18*(G ) 0.5

Detalle de Studs de doble cabeza.

Planta y alzado de trazado de torones.

.07

.09

.03

.03

.03

.03

.07

.07

.07

.03

203/8

STUDS 09.5mmL=.12m

Viga

Hd1

Hd1

Hd2

Hd2

Hi2

Hi2

Hc2

Hc2

Hd3

Hd3

Hi3

Hi3

Hi1

Hi1

Hc1

Hc1

F1 F2 F3 F4

Columna

Columna Columna Columna

VANO(n-2)

VANO(n-2)

VANO(n-1)

VANO(n-1)

VISTA EN PLANTA

VISTA EN ALZADO

VANO(n)

VANO(n)

Losa o viga Losa o viga

Losa o vigaLosa o viga

ColumnaColumna

xx

xx

Viga VigaLA REVISTA DE LA TCNICA Y LA CONSTRUCCINLA REVISTA DE LA TCNICA Y LA CONSTRUCCIN


54 EDIFICACIONES

fo = Frecuencia en Hz (ciclos /s).Ec = Mdulo elstico del concreto.Ic = Inercia de la seccin.G = Gravedad (9.81 m/s2).w = Carga distribuida.L = Luz o vano. = Deflexin debida a la carga muerta y sobreimpuesta (no al preesfuerzo).

Para losas o vigas con varias luces continuas, la ecua-cin anterior subestima la frecuencia natural de vibra-cin. En la actualidad, varios programas de elementos finitos incluyen el anlisis de vibraciones.

Algunas normas internacionales han estandarizado lmites aceptables para la aceleracin vertical (y la frecuencia natural de la vibracin) percibida de forma diferente segn las actividades que se desarrollen dentro de la edificacin. La metodologa empleada es la del Factor de Respuesta, RMS de la ISO 2631-2 (International Organization for Standarization, Standard 2631-2: Human exposure to mechanical vibration and shock)[3], acorde tambin con la norma britnica BS 6472. El parmetro RMS (Root Mean Square) se refiere al valor obtenido de multiplicar la aceleracin pico por 0,707, con base en la forma sinusoidal de la seal vibratoria.

La ISO define una lnea base por medio de una grfica en doble escala logartmica (log-log), con el eje X: Frecuencia (Hz) y el eje Y: Aceleracin (RMS) en % de gravedad G. La aceleracin de la lnea base es igual a 0,05 %*G, para el rango de frecuencias entre 4 Hz y 8 Hz. Para frecuencias menores a 4 Hz, la aceleracin es 0,1%*G a la frecuencia de 1 Hz y para frecuencias mayores a 8 Hz, la aceleracin sube hasta 0,6%*G, a la frecuencia de 100 Hz. A la lnea base se le asigna un Factor de Respuesta, RMS= 1. A partir de la lnea base se definen amplificaciones a la aceleracin, admisibles segn el uso y actividad que se ejecute dentro de la edificacin.

A continuacin, los rangos de aceleracin estipula-dos por el estndar ISO:

Espacios ocupados con equipos sensitivos: RMS vara entre 0,0625 y 1.

Espacios operativos: RMS vara entre 1 y 4. Espacios para uso residencial: RMS vara entre 4 y 8. Espacios para uso comercial y oficinas: RMS vara

entre 8 y 10.

Hecha la evaluacin del fenmeno vibracional (en un programa con base en elementos finitos), con amortiguamiento del 3%, se obtuvo que la aceleracin mxima de la vibracin era de 0,044 m/s2, equivalente a 0,45%*G y le corresponde un Factor de Respuesta RMS = 7,65 que lo ubica en un nivel aceptable de per-cepcin del usuario, respecto del uso de la edificacin.

Ventajas econmicas del postensadoEl sistema postensado no adherido ofrece ventajas econmicas respecto a sistemas tradicionales y otros sistemas constructivos, en razn a:

Menores consumos de concreto y de acero de refuerzo. Rapidez de construccin. Permite gran relacin Luz a espesor (L/e) Menor peso de la estructura, con beneficios en la

cimentacin y el diseo sismo-resistente. Utilizacin de encofrados de tipo estndar para

bandas o testeros de vigas y viguetas. Alta rotacin de encofrados: una vez tensionados los

torones se puede retirar la totalidad de la formaleta, dejando algunos soportes provisionales durante pocos das.

Con la utilizacin de concretos de mayor resis-tencia o de resistencia temprana elevada, es posible tensionar los torones entre las 48 y 72 horas, lo que se traduce en menor tiempo de uso del encofrado de los fondos de vigas y de losa por cada ciclo constructivo. Los tiempos referidos estn ntimamente ligados a la organizacin del proceso constructivo y a la cantidad de encofrado disponible en obra. En general, el siste-ma postensado requiere tener en obra entre el 50% y el 60% del encofrado necesario para la construccin de losas con el sistema denominado tradicional.

ConclusionesPor los resultados de consumos de los diferentes ma-teriales, concreto, acero y preesfuerzo, se confirma la viabilidad econmica de la solucin postensada, con ahorro estimado del 12% del valor de la estructura respecto a la solucin tradicional.

Por anlisis del ciclo constructivo, se ratifica que la cantidad de encofrado es el 60% del requerido para la estructura tradicional, mejorando la productividad y racionalizando el uso de los recursos fsicos en obra.

Igualmente, y a partir de los puntos anteriores, se confirma un menor gasto de horas/hombre en el proceso constructivo.

Por los valores obtenidos de aceleracin y del RMS, se confirma que la estructura es muy confortable en trminos de la vibracin, desvirtuando el mito segn el cual la tecnologa postensada la hace ms vulnerable en dicho sentido.

Referencias bibliogrficas

[1] Reglamento Colombiano de Construccin Sismo-resistente NSR-10. Tomos 1- 2.[2] Computers and Structures Inc, ETABS Versin 13, 2015.[3] Bentley, RAM Concept V8i Release 5.1, Manual del usuario, Octubre 2013.



Av. R. Asocreto_Expoconstruccin y Expodiseo_Corferias_480x320_28-01-15.pdf 1 29/01/15 3:22 p.m.



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