Momento 3 concr. ref
- 1. MOMENTO 3 Esta fase se refiere al Concreto preeforzado, en cuanto al concepto estructural, y a las dos tecnologías básicas de producción: Concreto pretensado (prefabricados principalmente) y Concreto postensado (vigas de puentes, pilotes, muros de contención,otros) Usted leerá lo correspondiente en la NSR-10, TÍTULO C CAPÍTULO 18 y consultará la Webgrafía, además de los dos videos que se indican. A continuación usted encontrará una lectura informativo del CONCRETO PREESFORZADO
- 2. UNIVERSIDAD SANTO TOMAS VICERRECTORÍA GENERAL DE UNIVERSIDAD ABIERTA Y A DISTANCIA CONSTRUCCIÓN EN ARQUITECTURA E INGENIERÍA CPNCRETO PREESFORZADO Elaborado por: Arq. MARIJA ANA BOMHARD Docente RECOPILACION DE TEXTOS VARIOS Y APORTES DE LA DOCENTE
- 3. SECCIÓN 1 Explicación sintética y muy simplificada acerca del concreto preesforzado En el término concreto preesforzado el esfuerzo es la pre-compresión del concreto antes de aplicar las cargas programadas para la estructura. Toda la sección del concreto queda trabajando a compresión. La compresión se aplica en aquellas zonas donde la estructura quedaría solicitada a tracción (por ejemplo en una viga simplemente apoyada la tracción que normalmente corresponde al borde inferior de la viga, se pre-comprime por medio de los cables especiales del preesforzado). La tecnología constructiva, o mecánica, para lograr lo anterior, puede realizarse básicamente de dos maneras distintas: - Pre-tensado : Primero se tensa el alambrón y luego se funde el concreto alrededor del mismo; el concreto se adhiere al acero y cuando el concreto esté endurecido y con resistencia suficiente se cortan los alambrones; al perder algo de su tensión se acortan y “llevan consigo” el concreto por adherencia. Así lo comprimen. Esta tecnología se emplea básicamente en prefabricados. - Post-tensado: Primero se funde el elemento estructural en concreto, dejando dentro de éste fundas, ductos o corazas por los cuales se pasan los torones de acero. Una vez endurecido el concreto se tensan esos tendones, comprimiendo el concreto. - Concreto preesforzado Pre-tensado Post-tensado Opciones según tecnología constructiva
- 5. SECCIÓN 2 DESARROLLO Y “ESTADO DEL ARTE” DEL CONCRETO PREESFORZADO Basado en documento del 2º Simposio Nacional del Concreto Preesforzado 1991 – Asocreto. Pereira. DESARROLLO INICIAL La invención del concreto reforzado estimuló la imaginación de los ingenieros de muchos países. Por esta razón muchos de ellos cayeron en cuenta que había una ventaja inherente al aplicar una fuerza de compresión permanente al concreto, que contrarrestara los esfuerzos de tensión generados por las solicitaciones sobre la estructura. El “estado del arte” del concreto preesforzado en la actualidad es producto del trabajo de muchos ingenieros e investigadores en los últimos cien años. No obstante el concepto del preesfuerzo es casi tan antiguo como la ingeniería misma. Se sabe que los egipcios preesforzaban longitudinalmente sus barcos inclusive 2700 años antes de cristo. Otro ejemplo son las técnicas de tonelería las cuales están basadas en preesforzar los elementos del barril con el fin de que resistan las fuerzas generadas por el líquido contenido. El primer intento de introducir esfuerzos internos en un elemento de concreto reforzado, tensionando el acero de refuerzo, fue realizado aproximadamente en 1886 por el ingeniero americano P. H Jackson, quien obtuvo una patente para su procedimiento de producir elementos para losas de entrepiso. En 1888 el ingeniero alemán C.E.W. Döhring obtuvo una patente para su procedimiento de fabricación de elementos prefabricados de concreto, a los cuales les colocaba alambres tensionados con el fin de reducir el agrietamiento. Este fue tal vez el primer intento de producir elementos prefabricados con refuerzo tensionado.
- 6. Se construyeron a finales del siglo pasado varias estructuras utilizando estos conceptos. Desafortunadamente solo se disponía de refuerzo de acero dulce de baja resistencia y por lo tanto el esfuerzo de tensionamiento era relativamente bajo. Estas estructuras se comportaron inicialmente de una manera adecuada, pero con el tiempo los esfuerzos de tensionamiento fueron desapareciendo debido a los efectos de retracción de fraguado y flujo plástico en el concreto, induciendo fisuraciones. Con el fin de recobrar las pérdidas se desarrollaron técnicas para tensionar las barras de refuerzo después de que habían ocurrido parte de las contracciones del concreto. En 1908 C.R. Steiner propuso, en los Estados Unidos, que la adherencia entre el concreto y el acero se destruyera tensionando ligeramente las barras de refuerzo antes de que el concreto fraguara totalmente, y una vez endurecido tensionar el refuerzo a un nivel de esfuerzo mayor. Steiner propuso también el uso de tendones curvos con el fin de ajustar los esfuerzos de compresión a la magnitud de los momentos. En 1925 R.E. Dill, también norteamericano, utilizó una técnica por medio de la cual se anulaban totalmente los esfuerzos de tensión ene el elemento tensionando alambres de acero de alta resistencia después de que el concreto había endurecido. La adherencia del acero al concreto se impedía por medio de un recubrimiento a los alambres. Dill mencionó explícitamente las ventajas de utilizar alambres de alta resistencia en comparación de barras de acero normal. En 1928 E. Freyssinet, de Francia, quien se considera el padre del preesforzado moderno, empezó a utilizar alambres de acero de alta resistencia para obtener el preesfuerzo. A pesar de que Freyssinet realizó ensayos de pretensado, donde el acero estaba adherido al concreto y no se utilizaban anclajes en el extremo del cable, la primera utilización práctica de este método fue realizada por E. Hoyer en 1938. La utilización generalizada del preesforzado no se presento hasta que se desarrollaron técnicas confiables y económicas de tensionamiento y sistemas confiables de anclaje de los cables en los extremos de los elementos. A partir aproximadamente de 1939, E. Freyssinet en Francia, G. Magnel en Bélgica, y otros ingenieros europeos desarrollaron diferentes métodos y procedimientos para lograr el preesforzado. Puede decirse que para 1945 ya su uso era generalizado en Europa.
- 7. A partir de este punto el desarrollo en Europa fue diferente del que se presento en Norte América. En Europa la necesidad de reconstruir un sinnúmero de puentes destruidos durante la II guerra mundial, sumado al hecho de que había escasez de materiales y abundancia de mano de obra calificada, dio gran impulso al uso del preesforzado. En Norte América no se presentó esta situación y más bien, al contrario, hubo gran resistencia inicial por parte de los diseñadores y los constructores de utilizar el preesforzado. Esta resistencia inicial estuvo fundamentada en el desconocimiento de las técnicas y la oposición natural de un medio tecnológico a metodologías sobre las cuales no se dispone de experiencia . A pesar de que Francia tuvo el liderazgo inicial en el uso del preesforzado, su ejemplo fue rápidamente seguido por otros países como Bélgica, Inglaterra, Alemania, Suiza y Holanda. En 1948 Freyssinet utilizó concreto preesforzado para la construcción de cinco puentes sobre el río Marne con luces de hasta 74 m donde obtuvo estructuras excepcionalmente ligeras y agradables estéticamente. Una encuesta realizada en Alemania mostró que entre 1949 y 1953 de 500 puentes construidos, 350 eran preesforzados.
- 8. • Por las mismas épocas, el desarrollo del preesforzado en Norte América tomo un rumbo totalmente diferente. Primero hubo un gran avance del preesforzado circular en el refuerzo de tanques. El preesfuerzo en vigas y elementos lineales no se inició hasta 1949. la primera estructura de este tipo construida fue un puente relativamente menor en el estado Tennessee, seguido en 1950 por un puente 49 m de luz en Philadelphia. Para mediados de 1951 se estimó que se había construido en Europa cerca de 175 puentes y 50 edificios en los cuales se había utilizado preesforzado, mientras que en todos los Estados Unidos escasamente se habían construido 10 estructuras preesforzadas. Para 1952 la Pórtland Cement Association realizó una encuesta que demostró que había del orden de 100 estructuras preesforzadas en construcción o ya terminadas. En 1953 sólo en el estado de Pennsylvania se construyeron 75 puentes preesforzados. Lo anterior habla de un vertiginoso incremento del preesforzado en Europa de postguerra y un fenómeno similar en Norte América, aunque más tardío. • Toda una serie de factores incidió en que las diferencias entre Europa y Norte América en el uso del preesfuerzo se acentuaran. Tal vez el aspecto que más influyó fue el sistema de contratación de construcción de puentes. Mientras que en Europa es común que se adjudique el paquete de diseño más construcción a una misma firma, en Norte América es común que el diseño lo realice un consultor y se licite la construcción, evitando inclusive contacto entre los diseñadores y los constructores. Otro aspecto que jugó algún papel es el hecho de que en Estados Unidos se adoptaron diseños y formas de sección normalizadas para las vigas preesforzadas, mientras que en Europa no ocurrió este fenómeno. • El desarrollo vertiginoso del preeesforzado coincide con lo que Freyssinet llamó en 1941 “una revolución en arte de la construcción”, porque debido a esta revolución: • “fuerzas y cargas artificiales se introducen a las estructuras por un tiempo ilimitado y de una manera tal que, en colaboración con todas las cargas que actúan en la estructura, no se pueden producir esfuerzos que no puedan ser resistidos por los materiales con toda seguridad y por un tiempo ilimitado”
- 9. SECCIÓN 3 EQUIPOS Y MATERIALES UTILIZADOS • Para la construcción de una placa con sistema de monotorón no adherido se trabaja con los siguientes materiales: Cables o torones Son cables de alta resistencia de 1905 Mpa (19.05 kg/cm2), con un diámetro de 15 mm, protegidos permanentemente contra la corrosión por una grasa y envueltos por una coraza plástica, que evita el contacto del cable con el concreto y permite a la vez su movimiento durante el tensionamiento. La protección plástica es de polietileno o polipropileno, con un espesor aproximado de 1 mm. El diámetro promedio del cable con las protecciones de gras y plástico es de 18 mm (Fig. 7.20). GRASA EN NO ADHERIDOS Figura 7.20. Estructura del monotorón mostrando el cable de siete alambres, la grasa y la cubierta plástica. Anclajes Son elementos metálicos rectangulares de 3 por 6 cm de lado y espesor de 4 cm, con un orificio en el centro, que permite el paso del monotorón. Los anclajes se colocan en el borde de la placa donde se va a pensionar el cable y quedan embebidos en el concreto a una distancia de más o menos 6 cm. El anclaje sirve de soporte al gato. (Fig. 7.21).
- 10. • Conos plásticos Son elementos plásticos rectangulares de 10 por 6 cm de lado y 6 cm de espesor, que son colocados entre el anclaje y la formaleta, para ser retirados después del concreto. Los conos plásticos forman una cavidad en el borde de la placa, que permite el ingreso del extremo del gato para que se apoye en el anclaje durante el tensionamiento. (Fig. 7.21). • Mangas Son elementos plásticos de forma cilíndrica, con 33 cm de longitud, que se colocan en la zona del anclaje, envolviendo el cable al cual se la ha quitado la cubierta plástica y sirven de protección contra la corrosión • Cuñas Son elementos metálicos que se colocan a lado y lado del cable en cada uno de lso anclajes inmediatamente antes del
- 11. Sección 4 Consultar Capítulo C.18 del Reglamento Colombiano de Construcción Sismo Resistente NSR-10 _______________________________________________________________________________________ Sección 5 RECOMENDACIONES PARA LA RECEPCIÓN, ALMACENAMIENTO, MANEJO Y COLOCACIÓN DE LOS CABLES EN OBRA Para que el proceso de postensionamiento de los cables en obra se convierta en una activad sencilla y organizada se deben tener algunas recomendaciones prácticas fáciles de seguir en obra y que a continuación enumeramos. Recepción, almacenamiento y manejo de los cables Los cables son despachados de planta en dos modalidades. La primera, en el cual el tipo de torones que conforma el cable va metido dentro del ducto metálico flexible y dispuesto en rollos de aproximadamente 2.00 m de diámetro y la segunda en la cual el grupo de torones va separado del ducto metálico flexible, en este caso el grupo de torones va en rolos de aproximadamente 2.00 m de diámetro y el ducto en tramos rectos de entre 5.00 y 6.00 m. Sin importar en cual de estas modalidades reciba usted los cables, estos están marcados mediante una plaqueta metálica en donde figuran su identificación, lo cual facilita su ubicación en obra tanto para almacenamiento como para colocación.
- 12. Si usted recibe un cable con los torones dentro del ducto metálico debe tomar las siguientes precauciones: Para descargar el camión, se debe bajar cable por cable, teniendo especial cuidado en no arrojarlos desde el camión, puesto que la coraza flexible es delicada y podría abollarse o desgrafarse. Si el descargue se hace mediante puente, grúa o cargador, descargue solo un cable a la vez, y verifique que el estorbo o las paletas del cargador no abollen el ducto metálico. Para el almacenamiento escójase un lugar cubierto con piso seco, puesto que tanto el ducto como los torones son susceptibles de oxidación y esto hace variar lo coeficientes de fricción lo cual redunda en que se obtiene mayores pérdidas a lo largo del cable y por consiguiente, menores alargamientos en el momento de tensionar. Para el almacenamiento se pueden hacer pilas de cables cuidando de sobrepasar los 1.20 m de altura, con el fin de que el peso no maltrate las corazas de los cables que queden en el nivel inferior. Aunque parece conveniente para almacenamientos largos forrar las pilas de cables con polietileno quedando este como su única protección contra el sol y el agua, NO SE RECOMIENDA este procedimiento puesto que el proceso de calentamiento y enfriamiento produce una vaporación y posterior condensación de la humedad facilitando el proceso de oxidación. Si la obra no cuenta con medios fáciles para almacenamiento cubierto y los cables se verán expuesto en la intemperie, recomendamos no dejar pasar más de ocho días en lugares húmedos y quince días en lugares secos antes de su uso.
- 13. Si usted recibe el conjunto de torones que conforma el cable por separado del ducto (o coraza metálica), debe tomar las siguientes precauciones: Para la descarga del camión, los rollos de torón son menos delicados que los ductos metálicos, por lo tanto encontrará los ductos en la parte superior del camión amarrados en paquetes de 20 ductos de 0.5 a 6.00 m, inicie el descargue bajando manualmente paquete por paquete los ductos, posteriormente inicie la descarga de los rollos de torón, los cuales vienen por separado debidamente agrupados de modo que cada uno de ellos conforman un cable. Los rollos de torón se pueden descargar en grupos de acuerdo con la capacidad del equipo de levante que se tenga en obra y permiten almacenarse en pilas altas siempre y cuando se controle su estabilidad. Para el almacenamiento de los ductos y de los rollos de torón se recomienda tener en cuenta todos los puntos ya mencionados para el control de oxidación. Para almacenar los rollos de torón, puesto que se pueden hacer pilas altas, se recomienda tener presente, el orden de utilización de los cables para no incurrir en trabajos de movilización innecesarios. Para entubar los cables, usted debe extender cada rollo de torón y amarrando su punta preferiblemente mediante una bala metálica, irlos introduciendo dentro de la coraza. Si tiene coraza de diferentes diámetros, debe tener la precaución de escoger la del tamaño adecuado según el número de torones que tenga el cable. Una vez entubados los cables se deben unir todos los empates de la corza con polietileno y cinta antes de empezar a fundir el concreto. EN GENERAL PARA EL DESCARGUE Y ALMACENAMIENTO TODAS LAS PRECAUCIONES QUE SE PUEDAN TOMAR PARA PROTEGER LOS CABLES DE ROTURAS Y OXIDACIÓN SERÁN DE BENEFICIO PARA LA OBRA.
- 14. Colocación de los cables Los planos constructivos indican gráficamente y mediante coordenadas las trayectorias de los cables, la cual se debe respetar. Para garantizar que la posición de los cables se conserve durante el proceso de fundido se recomienda generar apoyos a los cables cada 0.50 m. Para los desvíos de los cables, a menos que los planos así lo indiquen, se debe buscar siempre curvaturas suaves sin quiebres bruscos. Los planos de despiece de hierro o en su defecto los planos de distribución de cables deben indicar un refuerzo de confinamiento para el concreto en la zona de anclaje, este refuerzo es diferente al refuerzo de repartición de esfuerzos que se coloca en el cabezal de anclaje. En los anclajes vivos o móviles que son las puntas por las cuales se tensiona el cable, se debe dejar los torones salidos de la platina de anclaje una longitud tal que permita que el gato de tensionamiento se pueda instalar (0.80 m para el sistema PARMA). Con el fin de evitar la entrada de lechada por la punta del cable se debe generar un sistema de sello en el anclaje. Para el caso del sistema PARMA recomendamos que al armar la viga en el anclaje móvil o vivo se coloquen las cuñas y la tablilla de protección y adicionalmente con una masilla tapar las rendijas que puedan quedar de tal manera que se evite la entrada de lechada al anclaje y al cable. A menos que los planos indiquen lo contrario, la platina de apoyo del anclaje debe quedar perpendicular a la trayectoria de los cables. Evite que al introducir los cables dentro de los flejes estos rasguen la coraza. Si el ducto presenta rotura o desgrafado se debe reparar sin que se pierda la posibilidad de circulación de lechada, para esto recomendamos envolver polietileno y sellar con cinta resistente a la humedad.
- 15. La unión entre el cono de transición del anclaje y el ducto se debe sellar con cinta. Los anclajes fijos que son los que quedan totalmente embebidos entre el concreto están provistos de un sistema de fleje en forma de resorte que ayuda a repartir los esfuerzos pero en algunas ocasiones se recomienda colocar unas U en acero A-37 para ayudar al anclaje. Al anclaje fijo se le debe colocar una manguera de salida de lechada. Antes de fundir se debe revisar: Que los anclajes estén correctamente colocados, sellados y asegurados. La colocación del refuerzo de anclajes. La unión anclaje – coraza. La trayectoria de los cables. La fijación de los cables para evitar desplazamientos horizontales y verticales. Que en todos los puntos donde se presente rotura el ducto esté reparado. Que los anclajes fijos tengan la manguera de salida de lechada. Durante el vaciado del concreto debe tenerse especial cuidado en no romper el ducto, ni desplazar el cable en la operación de vibrado, sin embargo debe cuidarse de los hormigueros que pueden producir corrimiento de los anclajes. Es conveniente una vez que esté fundido el concreto aplicar aire a presión en cada ducto, para garantizar que los torones se encuentren libres dentro del ducto. Al día siguiente en la fundida se deben retirar las tablillas de los anclajes móviles, puesto que dicha labor es más difícil cuando más fraguado esté el concreto. DE LA BUENA COLOCACIÓN DE LOS CABLES EN OBRA DEPENDE QUE LA LABOR DE TENSIONAMIENTO SEA FÁCIL, RÁPIDA Y SEGURA.
- 16. EJEMPLO ESQUEMÁTICO DE PLACA POSTTENSADA El dibujo hace referencia al postensado con monotorones no adheridos de una placa; en ésta habrá muchos torones, y por ende muchos anclajes que se colocan en el borde de la aplaca, donde se van a tensionar los cables; sirven de soporte a los gatos de tensionamiento. Estos anclajes quedan después embebidos en el concreto. _________________________________________________________________________
- 17. CARACTERÍSTICAS COMPARATIVAS CONCRETO REFORZADO (corriente) CONCRETO PRE-ESFORZADO Luces entre 3m, 7m, 12m (excepcionalmente hasta unos 25m) Generalmente se emplea en luces de 15m en adelante (30m.40m…) (en pre-tensado aplicable también en luces pequeñas, viguetas prefabricadas: 4m, 6m,..) Eficiente en casos de cagas normales Eficiente para cargas mayores (puentes) Requiere mayor cantidad de concreto Menor cantidad de concreto Requiere acero y concreto de menores especificaciones Acero y concreto de mayores resistencias (tendones de alto P.S.I) El concreto trabaja a compresión solo en aproximadamente la ½ de la sección (tracción despreciable) El concreto trabaja a compresión en toda la sección Mayores deformaciones por deflexión (Mayores flechas) Menores flechas por deflexión Microfisuración del concreto en la zona donde el acero trabaja a la tracción Eliminación de fisuras y por consiguiente mayor protección del acero de refuerzo Secciones transversales mayores Secciones transversales menores Entrepisos de mayor espesor, por consiguiente mayor altura total de edificios Reducción de altura total en edificios, al reducir altura de vigas en entrepisos Mayor peso Menor peso Carga sobre cimientos mayor Carga sobre cimientos menor, por lo tanto economía en las cimentaciones Resulta costoso y hasta inaplicable en obras de grandes luces Economía en obras grandes o elementos prefabricados Menor exigencia tecnológica Mayor exigencia tecnológica y requiere equipo especializado SECCIÓN 8