Concreto Pretensado Jonathan Romero 25576774 Y Jose Salazar 25026142.docx

Instituto Universitario Politécnico “Santiago Mariño” Maturín - Estado Monagas Extensión Valencia.

Alumno:

Romero Jonathan (42) 25.576.774 José Salazar (42) 25.026.142 Seccion (B) Tarde Profesor e Ingeniero:

Ing. José Tomás López

Maturín, 19 de Junio de 2018.

INTRODUCCIÓN

El concepto de hormigón pretensado se le ha otorgado al ingeniero francés Eugène Freyssinet, este dice que el pretensado de un elemento estructural se basa en introducir esfuerzos de un volumen tal que al armonizar con los resultantes de dichas fuerzas externas, cancelen o reduzcan los esfuerzos de tensión, manteniéndolos bajo las tensiones admisibles que puede resistir el material. A este se le tiende a introducir alambres o cables de acero, tensados, antes de llevar el hormigón a servicio, estos refuerzos se introducen mediante la utilización de torones de acero que se tensan y se anclan, estos deben de precomprimir el hormigón según la unión de estos al mismo, además de poder dejar conductos en el hormigón con la finalidad de introducir los cables de acero y pretensarlos. Explicándolo de una forma más simple, el término pretensado se usa para describir el método de pretensionado en el cual las armaduras activas de la pieza se tensan antes del vertido del Concreto. El Concreto se adhiere al acero en el proceso de fraguado, y cuando éste alcanza la resistencia requerida, se retira la tensión aplicada a los cables y es transferida al hormigón en forma de compresión. Este método produce un buen vínculo entre las armaduras y el Concreto, el cual las protege de la oxidación, y permite la transferencia directa de la tensión por medio de la adherencia del Concreto al acero. La mayoría de los elementos pretensados tienen un tamaño limitado debido a que se requieren fuertes puntos de anclaje exteriores que estarán separados de la pieza a la distancia correspondiente a la que se deberán estirar las armaduras. Éstos son usualmente prefabricados en serie dentro de plantas con instalaciones adecuadas, donde se logra la reutilización de moldes metálicos o de concreto y se pueden pretensar en una sola operación varios elementos. Las piezas comúnmente realizadas con Concreto pretensado son dinteles, paneles para cubiertas y entrepisos, vigas, viguetas y pilotes, aplicados a edificios, naves, puentes, gimnasios y estadios principalmente.

CONCRETO PRETENSADO Se denomina concreto pretensado a la tipología de construcción de elementos estructurales de concreto sometidos intencionadamente a esfuerzos de compresión previos a su puesta en servicio. Dichos esfuerzos se consiguen mediante cables de acero que son tensados y anclados al concreto, como también se puede decir que consiste en eliminar los esfuerzos de tracción del Acero 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. Esta técnica se emplea para superar la debilidad natural del concreto frente a esfuerzos de tracción, y fue patentada por Eugène Freyssineten 1920. El objetivo es el aumento de la resistencia a tracción del concreto, introduciendo un esfuerzo de compresión interno que contrarreste en parte el esfuerzo de tracción que producen las cargas de servicio en el elemento estructural. El esfuerzo de pretensado se puede transmitir al concreto de las siguientes formas:  

Mediante armaduras pretensadas (generalmente barras o alambres), métodoutilizado mayoritariamente en elementos prefabricados. Mediante armaduras postensadas, (generalmente torones, grupos de cables), utilizadas mayoritariamente en piezas de concreto.

El Hormigón pretensado utiliza la cualidad del concreto para resistir fuerzas de compresión sin embargo el concreto no resiste fuerzas de tensión muy grandes, es por ello que se le agrega el acero para que soporte este tipo de esfuerzos. Este se ha generalizado en casi todos los campos de la construcción con el mayor éxito desde el punto de vista técnico y económico se centra más detalladamente en la realización de las placas y vigas prefabricadas y su utilización para la construcción de techos, dinteles de puertas, ventanas, tejados, garajes, cerchas, postes de alumbrado público, torres para cables de alta tensión y otras aplicaciones similares. Como también suele ser utilizado en construcción de puentes, edificios, carreteras, construcciones hidráulicas, tuberías de hormigón, traviesas de ferrocarril y pilotes.

VENTAJAS.     

Eliminación de fisuras por estar sometido a esfuerzos de compresión bajo todas las hipótesis de carga. Disminución de los esfuerzos de tracción en el concreto, bajo cargas de trabajo. Aumento de la capacidad de concreto para resistir esfuerzo cortante. Notoria reducción de las fisuras bajo cargas anormales y recuperación de las mismas cuando desaparecen los factores de perturbación. Al disminuir los esfuerzos de tracción sobre el concreto, los postes pueden ser manipulados sin sufrir daños.

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Los postes de concreto pretensado son relativamente elásticos. Resisten la corrosión. Son considerablemente más resistentes y livianos. Son fabricados con amplios espacios internos para colocar cables, aparatos eléctricos y de control. Se mide el alargamiento de los tendones, así como la fuerza aplicada por los gatos:

Con la cimbra en su lugar, se vacía el concreto en torno al tendón esforzado. A menudo se usa un concreto de alta resistencia a corto tiempo, a la vez que curado con vapor de agua, para acelerar el endurecimiento del concreto. Después de haberse logrado suficiente resistencia, se alivia la presión en los gatos, los torones tienden a acortarse, pero no lo hacen por estar ligados por adherencia al concreto.

DESVENTAJAS 

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USOS.

Mayor costo de mano de obra y encofrados, materiales de mayor calidad, se requiere un control más estricto en obra o planta, existen pérdidas del esfuerzo de tesado por distintos motivos, se deben verificar más estados de diseño, se requieren dispositivos especiales de anclaje. El diseño de los elementos estructurales es más complejo y especializado. Es necesario contar con operarios especializados, tanto para la construcción de los elementos postesados como el montaje de los elementos pretensados. Si no se emplea adecuadamente y en los elementos que corresponde, se pueden incrementar los costos de la obra. Salta a la vista, la importancia que tiene el hormigón pretensado, no obstante, ofrece algunas desventajas como la aplicación del pretensado en obras de pequeña y mediana importancias, así como en la fabricación de elementos pretensados en serie donde se necesitan grandes inversiones de capital para efectuar las instalaciones.

Viguetas: Es la fabricación más importante y la que se ha desarrollado más eficazmente. Su fabricación se efectúa en serie y requiere importantes inversiones de capital. Generalmente, las fábricas más destacadas poseen instalaciones de calefacción y curado, con lo cual se reduce a un mínimo el ciclo de la fabricación. El curado de las viguetas se hace comúnmente por inmersión de las mismas en agua; para ello es necesaria la existencia de unas amplias balsas que, generalmente, se hallan al final de la nave de producción para aprovechar los movimientos de los puentes grúa. Una vez han sido curadas, pasan al parque o al almacén y de allí se procede al suministro en las obras. El curado de vapor es muy efectivo y rápido pero las instalaciones son excesivamente costosas. El movimiento de las piezas terminadas se realiza mediante puentes-grúa que se desplazan a lo largo de la nave de producción. Asimismo, la mayoría de las fábricas poseen un laboratorio en el que se llevan a cabo ensayos de granulometría de los áridos, ensayos de viguetas a la rotura y fisuración, y rotura de probetas para determinar la resistencia del hormigón. Las dimensiones de estos elementos son variadas. Para edificios destinados a viviendas con crujías normales, se emplean las alturas de 16 a 23 centímetros. Para sobrecargas mayores –almacenes, fábricas, garajes, etcétera- se emplean alturas superiores. actualmente, la mayoría de las fábricas dedicadas a la producción de viguetas pretensadas, suministran jácenas con destino a cargaderos, división de crujías, etc. alcanzándose normalmente momentos flectores entre 3.000 y 10.000 kgm (fig.6) Canales para Regadío: Hasta ahora su comportamiento ha resultado altamente satisfactorio, ya que se evita la fisuración tan frecuente en los canales construidos de hormigón armado. La sección de los canales semicircular o muy parecida a ésta, realizándose el pretensado en el sentido longitudinal.

(Figura 1) Jácena de hormigón pretensado lista para su colocación en obra.

Pistas para Carreteras y Aeropuertos: El empleo de hormigón pretensado en estas obras presenta notables ventajas técnicas. Se reduce el grosor del pavimento, se suprimen las juntas de dilatación y proporciona una economía muy importante en lo que atañe a la conservación. El empleo del hormigón pretensado en la construcción de carreteras todavía está en una fase experimental, pero sin duda alguna, se prevé una aplicación en gran escala. Tubería de Alta Presión: Se fabrican tuberías con presiones de servicio variables. El diámetro oscila entre 0,30 y 1,50 metros. Las ventajas técnicas y económicas hacen que sean aceptadas en la mayoría de obras importantes. Traviesas para Ferrocarril: Estas deben ser ligeras, manejables y lo bastante resistentes para soportar los esfuerzos de las percusiones transmitidas por los carriles al paso de los trenes. Asimismo deben resistir indefinidamente a los efectos de la intemperie. El enorme consumo de madera que tuvo lugar durante la pasada guerra, dio lugar a una serie de ensayos de traviesas de hormigón que terminaron en la fabricación industrial en gran escala. Al principio tuvieron lugar algunos fracasos, pero después de las investigaciones llevadas a cabo por Freyssenet, se dedujo que la rotura era debida al esfuerzo cortante, como consecuencia del apoyo normal del carril, o por torsión debido a la mala distribución del balasto. El alambre empleado en la fabricación de traviesas es de armadura delgada (cuerdas de piano) y el anclaje es por adherencia con el hormigón, pudiéndose tensar simultáneamente varias traviesas. Corrientemente las fábricas dedicadas a la fabricación de traviesas poseen notorias y efectivas instalaciones de curado a vapor. Estas consisten en unas cámaras con vapor a presión y con temperatura que oscila entre 70 y 80 grados centígrados. Las traviesas se encuentran en condiciones de ser expedidas al cabo de 7 u 8 días de permanecer en dichas cámaras. La fabricación de traviesas está muy extendida en Inglaterra, Francia y Alemania. Concretamente, la firma alemana Thormann und Stiefel, A G., tiene una producción anual de 200.000 traviesas pretensadas por año. Depósitos o Almacenes: La aplicación del hormigón pretensado se ha empleado ventajosamente en la construcción de grandes depósitos de agua. Como las tensiones de tracción del hormigón producidas por la presión del líquido, no deben sobrepasar de un determinado valor, a fin de evitar la fisuración, las armaduras se tensan. Mediante el pretensado se consigue una perfecta estanqueidad del depósito y, por tanto, la anulación de fisuras. Los Estados Unidos van a la vanguardia en la construcción de depósitos de hormigón pretensado, técnica que han desarrollado ampliamente, mientras que en Europa se ha dado más importancia a la fabricación de elementos pretensados sometidos a flexión. La solera

más indicada para los depósitos es la formada por una losa monolítica de gunita, con una cuantía de armadura de 5% en cada dirección. Cuando el espesor del fondo no excede de 5 centímetros puede prescindir de las juntas de dilatación.

Figura 2

Al hormigonar la pared del depósito se dejan unos huecos en el que se introducen posteriormente tirantes verticales que se fijan en sus extremos por anclajes embebidos en la masa del hormigón. El tensado de estos tirantes se realiza con gatos hidráulicos. A continuación se tensa la armadura periférica. Con el tensado de los tirantes verticales, se eliminan las grietas horizontales originadas durante el pretensado circular. Si la pared se construye de gunita se levanta un encofrado, para el paramento exterior solamente, y sobre él se lanza el hormigón con pistola (cement-gun). Seguidamente se dispone un zuncho pretensado de 5 mm. de diámetro anclado previamente a la pared. El espesor de la cubierta varía entre 5 y 15 centímetros según las dimensiones del depósito. Encima de la cimbra se coloca un mallazo metálico y a continuación se proyecta el hormigón. La figura 7 representa la sección vertical de un depósito circular con la disposición de la armadura. Cuando el depósito se construye de hormigón se forma un encofrado circular vertical y en él se vierte la masa. Antes de aplicar el pretensado a los alambres, el hormigón tiene una edad mínima de siete días. Puentes: Actualmente el hormigón pretensado está desplazando al hormigón armado en la construcción de puentes. Resaltan las ventajas de economía, canto reducido de las vigas y el aspecto agradable del conjunto. La construcción de puentes puede hacerse de dos maneras:”in situ” o mediante piezas fabricadas en taller que más tarde se acoplan en la obra. El primer

sistema ha alcanzado gran desarrollo en Alemania, mientras que en Francia y otros países se ha optado por el segundo sistema. En la construcción de puentes se emplean cables de elevada resistencia. Una vez las piezas prefabricadas han sido colocadas en sus emplazamientos correspondientes, se hacen pasar los cables por los agujeros dejados en ellas previamente. El anclaje de los cables es terminal, es decir, que no existe adherencia entre el hormigón y la armadura a lo largo de la viga. Los cables se tensan después del endurecimiento del hormigón.

Figura 3

La figura 3 muestra un dispositivo de anclaje terminal muy corriente. Después de tensar la armadura mediante el gato hidráulico, se introduce a la pieza de acero A embebida en el hormigón, el cono B. Después de su fijación se sueltan los hilos del cable enhebrados en el gato hidráulico. A continuación se maciza con hormigón todo el dispositivo de anclaje. Posteriormente al anclaje de la armadura, se inyecta en la vaina hormigón a presión, macizándose así todo el conducto a lo largo de la pieza. En algunos puentes interesa volver a tensar los cables al cabo de cierto tiempo, debido a la pérdida de tensión que han sufrido; en este caso no se realiza la inyección del hormigón. Además de la armadura longitudinal, existe otra secundaria (estribos) para absorber el esfuerzo cortante, armadura que también suele tensarse. Puede también existir una armadura horizontal tensada (figura 4). En la figura 5 puede verse la disposición de los cables en una viga apoyada. Un problema de capital importancia que se presenta en este caso, es el rozamiento que tiene lugar en las zonas de curvatura de los cables.

Figura 4

Figura 5

Otros elementos de hormigón pretensado: también se fabrican postes para la conducción de energía eléctrica, postes para vallas, pilotes, soportes de madera, placas, estructuras, etc. La figura 6 representa un techo formado con placas pretensadas en forma de U.

La figura 7 muestra una estructura de hormigón pretensado.

CLASIFICACIÓN. Tipos de pretensado, 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. ENSAYOS QUE SE REALIZAN A DICHO CONCRETO. Los alambres para cables de acero son sometidos a varios procesos de ensayo para comprobar su calidad, los ensayos a los que son sometidos son:  Ensayo de tracción.  Ensayo de torsión.  Ensayo de doblado.  Determinación de la adherencia del recubrimiento de zinc.  Ensayo de uniformidad del recubrimiento de zinc.  Determinación del peso del recubrimiento de zinc. Ensayo de tracción: Los términos ensayo de tensión y ensayo de comprensión se usan normalmente a la hora de hablar de ensayos en los cuales una probeta preparada es sometida a una carga monoaxial gradualmente creciente (estática) hasta que ocurre la falla. En un ensayo de tensión simple, la operación se realiza sujetando los extremos opuestos de la pieza de material y separándolos. Ensayo de Torsión: El ensayo de torsión consiste en aplicar un par torsor a una probeta por medio de un dispositivo de carga y medir el ángulo de torsión resultante en el extremo de la probeta. Este ensayo se realiza en el rango de comportamiento linealmente elástico del material. Los resultados del ensayo de torsión resultan útiles para el cálculo de elementos de máquina sometidos a torsión tales como ejes de transmisión, tornillos, resortes de torsión y cigüeñales. Las probetas utilizadas en el ensayo son de sección circular. El esfuerzo cortante producido en la sección transversal de la probeta (t) y el ángulo de torsión (q) están dados por las siguientes relaciones:

La figura 8

Ensayo de doblado: Este ensayo sirve para obtener una idea aproximada sobre el comportamiento del acero a la flexión o esfuerzo de doblado, necesaria para prevenir roturas frágiles durante las manipulaciones de doblado y transporte.

Se comienza el ensayo, colocando la pieza sobre dos apoyos, cuya separación está normalizada. Se aplica luego una fuerza controlada y que aumenta paulatinamente hasta que la barra se dobla completamente o comienzan a aparecer las primeras grietas. Determinación de la adherencia del recubrimiento de zinc: La verificación de la adherencia de la capa de cinc se realizará según la norma ASTM A-123, el procedimiento es determinar la adherencia del revestimiento de cinc a la superficie del metal base cortando o levantando con la punta de un cuchillo grueso, aplicado con considerable presión para lograr remover una parte del revestimiento. La adherencia será considerada inadecuada si el revestimiento se descascara en forma de una capa de revestimiento y se deja expuesto el metal base antes de usar la punta del cuchillo. No usar los ensayos realizados en bordes o esquinas (sectores de más baja adherencia) para determinar la adherencia del revestimiento. Tampoco quitar pequeñas partículas del revestimiento cortando o tallando para determinar la falla. Ensayo de uniformidad del recubrimiento de zinc: La verificación de la uniformidad de la capa de cinc se realizará según la norma ASTM A-123 A-239. El ensayo de uniformidad se emplea, especialmente, para tornillos, tuercas y otros artículos de tamaño similar. Sólo sirve para establecer cuál es la parte más delgada del revestimiento, y consiste en determinar el número de veces, descontada la última inmersión, que es necesario sumergir la muestra en una solución adecuada de sulfato cúprico, para obtener un depósito adherente de cobre después de desalojado el cinc. No debe utilizarse, por lo tanto, para determinar el espesor relativo de la capa de cinc, pues éste se disuelve con distinta velocidad, según su grado de pureza y la manera como ha sido depositado. Determinación del peso del recubrimiento de zinc: La verificación del espesor de la capa de cinc se realizará según la norma ASTM A-123, A-153 y E-376, El procedimiento que la masa del revestimiento de cinc se determinará pesando las muestras luego de su decapado y secado y nuevamente luego de cincarlas. El espesor del revestimiento de cinc estará determinado por un indicador de grosor magnético según la Práctica E 376. El espesor se medirá por lo menos en cinco sectores muy separados en una muestra. Ninguna medición de un único sector será la causa de rechazo. Se deben promediar en una muestra las cinco o más mediciones individuales de grosor de revestimiento de cinc para determinar el grosor promedio de revestimiento de cinc de la muestra. El grosor promedio de revestimiento de cinc para el lote de inspección se determina realizando un promedio de los valores de grosor promedio de revestimiento de cinc para la cantidad de muestras ensayadas. PERDIDAS. Las pérdidas de pretensado se refieren a la reducción de tensión en el tendón. Las pérdidas de pretensado pueden ser divididas en dos categorías.

Perdidas instantáneas (fricción). Por diversos motivos que vamos a ver, el esfuerzo inicial de Pretensado previsto para aplicar en un elemento, no se puede mantener. Esta pérdida no puede anularse pero sí se la puede controlar y tratar de disminuir. Ocurren en el momento de aplicación del esfuerzo de pretensado. •Según el orden de tesado (postensado con varios cables). •Por cedimientos en los anclajes (postensado). •Fricción entre acero y vaina. •Fricción en el pistón del gato y el cilindro. •Desanclaje del banco en armaduras pretensadas. VX = V0. e -μ (α X + β. l X) V0. e -μ. γ Siendo: V0: Esfuerzo de Pretensado aplicado en el extremo VX: Esfuerzo de Pretensado en la sección distante x α: Suma valores absolutos desviaciones angulares hasta x β: Variación angular no prevista x: Distancia desde el punto de aplicación de V0 μ: Coeficiente de fricción entre acero y vaina. La suma de ángulos} debe expresarse en radianes γ = π/ 180 (Σαi + βl).

La figura 9

Perdidas diferidas. Las Perdidas Diferidas, son las más difíciles de evaluar debido a la interdependencia entre ellas, ocurren a lo largo de la vida de la pieza y las mismas están sujetas a las siguientes descripciones:   

Relajación del acero. Fluencia lenta del Hormigón. Retracción o Contracción de fraguado del Hormigón.

Relajación del Acero. Depende de la calidad del material y de la tensión de trabajo. Existen aceros tratados denominados BR que significa de “baja relajación”.

Fluencia del Hormigón. Depende de:     

Condiciones higrométricas del ambiente. Dimensiones de la pieza. Composición granulométrica del H°. Grado de endurecimiento (edad). Magnitud y duración de las cargas.

Retracción o Contracción de Fraguado del Hormigón. Depende de:   

Condiciones higrométricas del ambiente. Dimensiones de la pieza. Composición del Hormigón.

CONCLUSIÓN Es necesario que el ingeniero civil comprenda características básicas con las que debe cumplir un concreto pretensado de calidad, de esta manera pueda aplicar un buen criterio en el diseño de estos elementos, así pueda tener presente en cada instante de su labor que con la combinación del concreto y el acero de presfuerzo es posible producir en un elemento estructural esfuerzos y deformaciones que se contrarresten total o parcialmente con los producidos por las cargas, lográndose así diseños muy eficientes. La aplicación del concreto pretensado es utilizada tanto como para la construcción de viviendas como para grandes obras de la ingeniería, tal como el caso de puentes sobre avenidas con transito intenso o de claros muy grandes. Un ejemplo de dicho tema es el Puente General Rafael Urdaneta diseñado por el ingeniero italiano Riccardo Morandi, fue construido en hormigón armado y pretensado. Tomando en cuenta todo lo expuesto anteriormente, se pueden plantear las siguientes consideraciones: 

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El uso de materiales de alta resistencia y calidad son necesarios en la fabricación de elementos de concreto pretensado ya que si estos no cumplen con las características requeridas podrían fallar en cualquiera de la etapas críticas. Es necesario que el acero sea de una resistencia mucho mayor que el acero ordinario ya que este se debe preforzar a altos niveles para que el elemento sea eficiente y debido a que esta fuerza de presfuerzo es disminuida con el tiempo por las pérdidas que ocurren.