elementos pretensados en vigas

ELEMENTOS PRETENSADOS EN VIGAS INTEGRANTES: AGUIRRE CORDOVA GERSON LEON GOICOCHEA EDUARDO MEJIA CADILLO BRAYHAN SOLORZANO VENTURA ANDERSON

FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL

TEMA “ELEMENTOS PRETENSADOS EN VIGAS”

ALUMNOS AGUIRRE CORDOVA GERSON LEON GOICOCHEA EDUARDO MEJIA CADILLO BRAYHAN SOLORZANO VENTURA ANDERSON

DOCENTE ING. ESPINOZA FLORES, CARLOS ANTONIO

CURSO PUENTES Y OBRAS DE ARTE

NUEVO CHIMBOTE- PERÚ 2015

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INDICE:

INDICE: .............................................................................................................................. 2 I.

INTRODUCCION: ....................................................................................................... 4

II.

OBJETIVOS:................................................................................................................ 6 2.1.

OBJETIVO GENERAL: .......................................................................................... 6

2.2.

OBJETIVOS ESPECIFICOS:................................................................................... 6

III.

DESARROLLO: ........................................................................................................ 8

3.1.

RESUMEN HISTÓRICO: ...................................................................................... 8

3.2.

DEFINICIÓN DE ESTRUCTURAS:......................................................................... 9

3.2.1.

SISTEMA ESTRUCTURAL: ...................................................................... 10

3.3.

DEFINICION DE VIGA: ...................................................................................... 10

3.4.

TIPOS DE VIGA: ................................................................................................ 11

3.4.1.

POR GEOMETRÍA .................................................................................. 11

3.4.2.

POR SU FUNCIÓN ................................................................................. 11

3.5.

CONCEPTO DE PRETENSADO: ......................................................................... 12

3.6.

CARACTERÍSTICAS: .......................................................................................... 12

3.7.

PROPIEDADES: ................................................................................................. 13 AUTORRESISTENCIA: ............................................................................ 13 SEMIRRESISTENCIA: ............................................................................. 13

3.8.

VENTAJAS. ....................................................................................................... 13

3.9.

DESVENTAJAS. ................................................................................................. 13

3.10.

VIGA PRETENSADA: ..................................................................................... 14

3.10.1.

PROCESO CONSTRUCTIVO: .................................................................. 14 ETAPA DE TRANSFERENCIA: ................................................................. 14 ESTADO INTERMEDIO: ......................................................................... 15 2

ETAPA FINAL: ........................................................................................ 15 3.10.1.1. RECUBRIMIENTO: ................................................................................. 16 3.10.1.2. SEPARACIÓN ENTRE TENDONES: ......................................................... 16 3.10.1.3. ENCAMISADOS EN ELEMENTOS PRETENSIONADOS: .......................... 16 3.10.1.4. PROTECCIÓN DE TENDONES DE PRESFUERZO: ................................... 16 3.10.2.

LA TEORÍA DE LA ELASTICIDAD: ........................................................... 17

3.10.2.1. ETAPAS DE VERIFICACION: ................................................................... 17 3.10.3. 3.11.

APLICACIONES:............................................................................................. 19

3.11.1. IV.

REGLAMENTO: ...................................................................................... 18

PUENTES, VIADUCTOS Y PASOS INFERIORES: ..................................... 19

CONCLUSIONES: .................................................................................................. 21

V. RECOMENDACIONES: ............................................................................................. 22 VI.

BIBLIOGRAFIA: .................................................................................................... 23

VII.

ANEXOS: .............................................................................................................. 24

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I.

INTRODUCCION:

En el presente informe el término pretensado se usa para describir el método de pre tensionado en el cual las armaduras activas de la pieza se tensan antes del vertido del Concreto. Las primeras obras que aplicaron este procedimiento de pretensado ya cumplieron en el Perú más de 50 años.

Su utilización en la construcción de puentes, en vigas grandes luces, en recipientes sujetos a presión interna y en multitud de elementos prefabricados es no solamente usual sino generalmente preferida, tanto por la economía que se logra como por un mejor comportamiento, no solo al empleo del concreto armado sino también del acero. En el informe pretendemos tratar temas conceptuales vitales para el correcto entendimiento de la “idea” que es el concreto pretensado en vigas.

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OBJETIVOS

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II.

OBJETIVOS:

2.1. OBJETIVO GENERAL: 

Conceptualizar el concreto pretensado para vigas.

2.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS:



Dar a conocer las ventajas de construcción con concreto pretensado en vigas.



Dar a conocer que reglamento hace posible la construcción con concreto pretensado.



Describir las propiedades que ofrece las vigas pretensadas.

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DESARROLLO DE CONTENIDO

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III.

DESARROLLO DE CONTENIDO:

3.1. RESUMEN HISTÓRICO:

La idea relativa al hormigón pretensado es ya antigua. Doehring fue el que, en 1888, expuso claramente por primera vez el concepto de la precompresión. La aplicación práctica de estos conocimientos no tuvo éxito ya que no se disponían de materiales adecuados. Posteriormente, en 1907, Koenen volvió sobre el principio de precompresión, asentado anteriormente por Doehring y estudió su aplicación en obras de ingeniería para sustituir el hormigón armado. Un sector de aplicación fue en los ferrocarriles para evitar la fisuración y, consecuentemente, la oxidación, pero debido a la baja tensión dada al acero no se pudo compensar la pérdida de tensión dada al acero no se pudo compensar la pérdida de tensión causada por la tracción y la deformación plástica del hormigón. Como consecuencia de estos fracasos, fue abandonada la investigación sobre el hormigón pretensado y no fue hasta en el año 1928 que Freyssinet (ingeniero francés) diera a conocer la necesidad de emplear materiales de alta calidad. Los aceros empleados hasta entonces tenían un límite elástico muy bajo y la tensión quedaba anulada por los fenómenos antes citados. Los hormigones no tenían compacidad y se desconocían algunos principios básicos sobre la granulometría, relación agua-cemento, vibración, etc. Fue este gran ingeniero francés que dio las directrices a seguir para la nueva forma de construcción, y que dimanaron de los profundos estudios y experiencias llevados a término por él mismo. Freyssinet aclaró, ante todo, el comportamiento plástico del hormigón bajo el esfuerzo de pretensado. También hizo importantes declaraciones sobre las deformaciones por contracción y estudió ampliamente la deformación diferida.

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Aconsejó el empleo de hormigones de alta calidad y aceros de elevado límite elástico. Después de Freyssinet aparecieron importantes investigadores, destacándose entre ellos Finsterwalder, Hoyer, Magnel, etc. Fue Hoyer el que introdujo el anclaje del acero en el hormigón por adherencia mediante el empleo de alambres de “cuerda de piano’ con lo que se consigue una mayor regularidad en la transmisión del esfuerzo terminal de la armadura. Los alambres empleados (cuerdas de piano) son de acero de alta resistencia de 0’50 a 2 mm. de diámetro y una resistencia a la rotura que oscila entre 12.000 y 22.000 kg/cm2. Los dispositivos tensores se sueltan una vez el hormigón está suficientemente endurecido. El hormigón pretensado con cuerdas de piano “Hoyer” resulta ideal para la fabricación de vigas de cualquier longitud y forma, tuberías de agua a presión, depósitos para líquidos, postes eléctricos, placas, traviesas de ferrocarril, y otras muchas más aplicaciones. 3.2. DEFINICIÓN DE ESTRUCTURAS: Entidad física de carácter unitario, concebida como una organización de cuerpos dispuestos en el espacio de modo que el concepto del todo domina la relación entre las partes. Según esta definición vemos que una estructura en un ensamblaje de elementos que mantiene su forma y su unidad. Sus objetivos son: resistir cargas resultantes de su uso y de su peso propio y darle forma a un cuerpo, obra civil o máquina. Ejemplos de estructuras son: puentes, torres, edificios, estadios, techos, barcos, aviones, maquinarias, presas y hasta el cuerpo humano.

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3.2.1. SISTEMA ESTRUCTURAL: Es un ensamblaje de miembros o elementos independientes para conformar un cuerpo único y cuyo objetivo es darle solución (cargas y forma) a un problema civil determinado. La manera de ensamblaje y el tipo de miembro ensamblado definen el comportamiento final de la estructura y constituyen diferentes sistemas estructurales. En algunos casos los elementos no se distinguen como individuales sino que la estructura constituye en sí un sistema continuo como es el caso de domos, losas continuas o macizas y muros, y se analizan siguiendo los conceptos y principios básicos de la mecánica. El sistema estructural constituye el soporte básico, el armazón o esqueleto de la estructura total y él transmite las fuerzas actuantes a sus apoyos de tal manera que se garantice seguridad, funcionalidad y economía. En una estructura se combinan y se juega con tres aspectos: -

forma

-

materiales y dimensiones de elementos

-

cargas

Los cuales determinan la funcionalidad, economía y estética de la solución propuesta. 3.3. DEFINICION DE VIGA:

Las vigas son elementos horizontales estructurales que sirven para transmitir las cargas de las losas a las columnas. La viga es un elemento que funciona a flexión, cuya resistencia provoca tensiones de tracción y compresión.

Cuando las vigas se ubican en el perímetro exterior de un forjado, es posible que también se adviertan tensiones por torsión.

Diversos son los materiales que se utilizan a la hora de elaborar las vigas y entre todos ellos ha destacado la madera ya que tiene la ventaja de que cuenta con 10

una gran capacidad de tracción. No obstante, además de ella, y centrándonos más en la actualidad, tenemos que subrayar que lo más habitual es que dichas estructuras sean realizadas con hormigón, ya sea pretensado, postensado o armado.

3.4. TIPOS DE VIGA: a) Vigas VP: Capriata o Sección I b) Vigas VC: Sección U c) Vigas VR: Sección rectangular

3.4.1. POR GEOMETRÍA: - Rectangular - En T - Doble T - T Invertida - Trapezoidal - L para puentes (lo que son las AASHTO) - De Cajón

3.4.2. POR SU FUNCIÓN: - Viga (de soporte, como comúnmente se ven, en claros largos o para soportar elementos secundarios) - Contraviga en cimentaciones - Viga de liga en cimentaciones - Viga puntal (en marcos de concreto que requieran arriostramiento lateral)

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3.5. CONCEPTO DE PRETENSADO: El hormigón pretensado es un sistema estructural en el cual se introducen esfuerzos internos de tal magnitud y distribución, que los esfuerzos resultantes de las cargas externas se equilibran hasta un grado deseado. Gracias a la combinación del concreto y el acero traccionado es posible producir, en un elemento estructural, esfuerzos y deformaciones que contrarresten total o parcialmente a los producidos por las cargas gravitacionales que actúan en el elemento, lográndose así diseños más eficientes. Se trata de someter al hormigón a unas compresiones superiores a las tracciones que va a soportar en las secciones más desfavorables de la pieza, con el objetivo de que trabaje exclusivamente a compresión. Para lograr esto se otorga a las armaduras una tracción previa a la puesta en servicio de la pieza estructural. Una vez liberadas las armaduras que fueron estiradas, tenderán a recuperar su dimensión original, provocando en el volumen del hormigón un esfuerzo de compresión contrario al esfuerzo de tracción al que será sometido por las cargas externas luego de su puesta en servicio.

3.6. CARACTERÍSTICAS: 1) Se tensan los tendones “antes” del colado. 2) Se requieren de muertos de anclaje o moldes autotensables. 3) Se aplica a producción en serie en plantas prefabricadoras. 12

4) Se reutilizan moldes e instalaciones. 5) El anclaje se da por adherencia. 6) Se requiere enductar los tendones para controlar los esfuerzos durante la transferencia.

3.7. PROPIEDADES: 

AUTORRESISTENCIA: Viga capaz de resistir por sí sola, en un forjado, sin la colaboración del hormigón vertido en obra, la totalidad de los esfuerzos a los que habrá de estar sometido el forjado.



SEMIRRESISTENCIA: Viga en la que para ejecutar el forjado es necesario el apuntalamiento. La fabricación industrial de las vigas producidas en serie se lleva a cabo con hormigones de gran resistencia, dosificados en peso y controlados en laboratorios. Las series de vigas se diferencian entre sí por la cuantía de acero utilizado y por la excentricidad de las cargas de pretensado, adecuándose cada una de ellas a los diferentes requerimientos del cálculo estructural.

3.8. VENTAJAS: - Aumenta la altura útil de la viga. - Aprovecha la alta resistencia a compresión del hormigón. - Se utiliza acero de alta resistencia para hormigones de alta resistencia. - Puede eliminarse la fisuración por tracción al disminuir al mínimo su valor - Permite abordar grandes luces con elementos más esbeltos.

3.9. DESVENTAJAS: - Requiere de una ejecución cuidadosa y de mayor costo. - Es vital la calidad de ejecución. - Mayor tendencia a la corrosión del acero - Requiere de mayor control durante su fabricación y vida útil en obra, cortar 13

un cable puede producir serios problemas al eliminar parte del pre-esfuerzo: - Mayor dificultad de diseño ya que debe considerar: Esfuerzo de trabajo, esfuerzo de transporte y esfuerzo al transmitir la tensión del cable al hormigón, contra flecha.

3.10.

VIGA PRETENSADA:

La Viga Pretensada es un elemento prismático de concreto sometido a tensiones de pre-compresión aplicadas por medio de su armadura de acero para pretensado, tensada antes de vaciar el concreto y que posteriormente al destensarla queda anclada al concreto que previamente ha alcanzado la resistencia adecuada. En una viga los esfuerzos podrán ser deducidos a partir de una familia de fórmulas. 3.10.1. SISTEMA CONSTRUCTIVO: En los sistemas de hormigón pretensado resulta de extrema importancia la correcta elección y diseño de los aceros de pre-esfuerzo y de refuerzo para que la pieza obtenga un comportamiento adecuado durante todas sus etapas dentro del marco de un reglamento vigente. Existen dos instancias en las que las condiciones de servicio y seguridad del elemento deben revisarse: la etapa de transferencia y la etapa final; no descartándose para muchos elementos la existencia de otras etapas intermedias que resultan igualmente críticas. 

ETAPA DE TRANSFERENCIA: Esta tiene lugar cuando se cortan los tendones en elementos pretensados; es decir, cuando se transfieren las fuerzas al hormigón que comúnmente ha alcanzado el 80% de su resistencia. Aquí ocurren las pérdidas instantáneas, y las acciones a considerar son: el pre-esfuerzo que actúa en ese instante y el peso propio del elemento. 14

Dado que la acción del pre-esfuerzo solo es contrarrestada por la del peso propio del elemento, en esta etapa se presentará la contraflecha máxima.



ESTADO INTERMEDIO: Dentro de esta etapa se presenta el transporte y montaje del elemento prefabricado. Se debe tener especial cuidado en la colocación de apoyos temporales y ganchos y dispositivos de montaje para no alterar la condición estática para la que fue diseñado el elemento prefabricado. En general, los ganchos para izaje estarán hechos de acero de presfuerzo de desperdicio, y el área de acero será la necesaria para cargar el peso propio del elemento con un factor de seguridad mayor o igual a 4. En los planos debe quedar perfectamente indicada la posición de estos ganchos.



ETAPA FINAL: El diseñador debe considerar las distintas combinaciones de cargas en la estructura en general, y en cada elemento en particular, para garantizar el comportamiento adecuado de los elementos. En la etapa final se considerarán las condiciones de servicio tomando en cuenta esfuerzos permisibles, deformaciones y agrietamientos, y las condiciones de resistencia última, de tal manera de alcanzar la resistencia adecuada. En esta etapa ya han ocurrido todas las pérdidas de presfuerzo y en la mayoría de los casos el elemento pretensionado se encuentra trabajando en conjunto con el hormigón, lo que incrementa notablemente su inercia y resistencia.

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3.10.1.1.

RECUBRIMIENTO:

El recubrimiento libre de toda barra de refuerzo, tendón de pre-esfuerzo, ductos o conexiones en los extremos no será menor que su diámetro, ф, ni menor que los valores que se detallan a continuación: - En elementos no expuestos al clima ni en contacto con el terreno: 2 cm para vigas y pilares, y 1.5 cm para losas. - En elementos expuestos al clima o en contacto con el terreno: 4 cm para vigas, pilares y losas. - En localidades donde los miembros están expuestos a agua salada, rocío o vapor químico, se deberá proveer a juicio del diseñador un recubrimiento adicional de al menos un 50 %. 3.10.1.2.

SEPARACIÓN ENTRE TENDONES:

La separación libre entre tendones de pre-esfuerzo en los extremos de los elementos no debe ser menor que 4 ф b o 1.5 veces el Tamaño Máximo del Agregado (TMA) para alambres, ni que 3 фb ó 1.5 veces TMA para torones (siendo ф b el diámetro de la barra más gruesa del conjunto). En la zona central del claro, se permite una separación menor y hacer grupos de tendones, conservando una separación libre entre grupos de 2.5 cm ó 1.33 TMA. 3.10.1.3.

ENCAMISADOS EN ELEMENTOS PRETENSIONADOS:

La cantidad de acero de presfuerzo en un elemento pretensionado está regida por las condiciones de flexión más críticas, tanto en niveles de servicio como finales. En el caso de elementos isostáticos, la sección que rige el diseño es la del centro del claro por lo que en los extremos del elemento, si no se desviaron los torones, el pre-esfuerzo es excesivo y en la mayoría de los casos se sobrepasen los esfuerzos permisibles. 3.10.1.4.

PROTECCIÓN DE TENDONES DE PRESFUERZO: 16

Las operaciones con soplete y las de soldadura en la proximidad del acero de pre-esfuerzo deben realizarse de modo que éste no quede sujeto a altas temperaturas, chispas de soldadura, o corrientes eléctricas a tierra. Los tendones no adheridos deberán estar completamente cubiertos con material adecuado para asegurar la protección contra la corrosión. El recubrimiento de los tendones deberá ser continuo en toda su longitud no adherida, y se deberá prevenir que se introduzca lechada o se pierda el material de recubrimiento durante la colocación del hormigón 3.10.2. LA TEORÍA DE LA ELASTICIDAD: Los esfuerzos serán deducidos con la siguiente formula: ESFUERZO = (MOMENTO * (DISTANCIA AL EJE NEUTRO DE LA SECCIÓN) / (MOMENTO DE INERCIA DE LA SECCIÓN) Si bien este método del análisis es necesario para asegurar que en las diferentes etapas de carga de servicio no se excedan determinados esfuerzos admisibles, él es también insuficiente para asegurar la seguridad del elemento estructural. Ocurre que cuando las tracciones comienza a aparecer en el concreto este se fisura y el elemento abandona el comportamiento elástico lineal pasando a comportarse como si se tratara de un elemento de concreto armado convencional y, es posible-sobre todo porque el acero ya ha sido previamente estirado y porque el acero de alta resistencia no presenta una plataforma de fluencia con una gran deformación en la rotura- que los márgenes de seguridad para llegar al colapso sean- a pesar del correcto comportamiento elástico del elemento-insuficientes.

3.10.2.1. ETAPAS DE VERIFICACION: Como consecuencia es usual que los reglamentos exijan tres etapas de verificación.

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

PRIMERO: la correspondiente a la etapa elástica de transferencia cuando la carga sobre el elemento es la mínima, la resistencia del concreto no es la que tendrá finalmente –a los 28 días- y la acción de pretensado máxima, en esa etapa se asignan esfuerzos que no deben ser excedidos. Es normal que en esta etapa la viga tenga un contra flecha – es decir este trabajando al revés de una viga convencional: Tracción arriba y compresión abajo al centro de su luz.



SEGUNDO: la correspondiente a la etapa elástica de servicio en la que las cargas son las máximas, el concreto tiene la resistencia de diseño y el pretensado ha sufrido todas reducciones causadas por las diferentes pérdidas, para esta etapa se asignan igualmente esfuerzos límites. Es normal que en esta etapa la viga ya tenga una flecha convencional hacia abajo.



TERCERO: Luego, finalmente, la correspondiente a la etapa de resistencia última, para la cual se asignan factores de carga que definen el valor mínimo de la carga última. Esta etapa de la verificación. Con muy pequeñas variantes, es igual a las que se emplea en el diseño por resistencia de elementos de concreto armado.

3.10.3. REGLAMENTO: El Reglamento Peruano de Concreto Armado (Norma Técnica de Edificaciones E060), que está basado en el conocido reglamento ACI 318, considera al concreto pretensado como una forma de concreto armado, lo llama concreto preesforzado y dedica un capítulo en que se precisa las condiciones que se han de cumplir en las mencionadas verificaciones de las fases elásticas de transferencia y de servicio y en la fase ultima en la verificación del elemento casi exclusivamente vigas de concreto pretensado. Lamentablemente este tratamiento reglamentario de considerar al concreto pretensado como una “forma” de concreto armado hace perder de vista al ingeniero el hecho fundamental de que a pesar de usar los mismos ingredientes concreto y acero, y aunque el concreto armado y el concreto pretensado pueden ser considerados materiales estructurales con comportamientos semejantes en la vecindad del colapso, ellos, son efectivamente, en su enfoque esencial de diseño y en su comportamiento, radicalmente distintos. 18

3.11.

APLICACIONES:

3.11.1. PUENTES, VIADUCTOS Y PASOS INFERIORES: El sistema estructural básico de esta solución prefabricada para puentes, viaductos y pasos inferiores está formado por un tablero de vigas pretensadas apoyadas en ambos extremos mediante neoprenos sobre estribos prefabricados. Sobre las vigas se disponen unas prelosas de encofrado perdido sobre las que se hormigona una losa de hormigón in situ que completa el conjunto. Esta tipología se adapta muy bien a grandes requerimientos de tráfico, alcanzándose luces elevadas en función del canto y la separación de las vigas.

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CONCLUSIONES, RECOMENDACIONES, BIBLIOGRAFIA Y ANEXOS

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IV.



CONCLUSIONES:

Se llegó a la conclusión que la viga pretensada es un elemento prismático de concreto sometido a tensiones de pre-compresión aplicadas por medio de su armadura de acero para pretensado, tensada antes de vaciar el concreto y que posteriormente al destensarla queda anclada al concreto que previamente ha alcanzado la resistencia adecuada.



Se concluyó que la construcción con una viga pretensada aumenta la altura útil de la viga, aprovecha la alta resistencia a compresión del hormigón, se utiliza acero de alta resistencia para hormigones de alta resistencia, puede eliminarse la fisuración por tracción al disminuir al mínimo su valor y permite abordar grandes luces con elementos más esbeltos.



Se llegó a la conclusión que el reglamento que permite la construcción con concreto pretensado en especial para vigas es el Reglamento Peruano de Concreto Armado (Norma Técnica de Edificaciones E-060), que está basado en el conocido reglamento ACI 318.



Por último se concluyó que las propiedades que ofrecen la construcción con vigas pretensada a una edificación son la autorresistencia y semirresistencia.

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V.

RECOMENDACIONES:

o Se recomienda utilizar el concreto pretensado para vigas por las grandes ventajas que ofrece este tipo de tensado post vaciado de concreto.

o Se recomienda aplicar el concreto pretensado para las vigas de acuerdo a la función que se le dará a estas, teniendo en cuenta la forma en que se construirá y el dimensionamiento que se dará. o Es recomendable tener en cuenta el Reglamento, para evitar a futuros posibles modificaciones.

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VI.



BIBLIOGRAFIA:

FORTE HORMIGONES TECNOLOGICOS. Empresa constructora. [en línea]. España: Tecnología, 2010 [Fecha de consulta: 20 octubre 2015]. Disponible en: http://www.forte.es/documentos/105/Manual%20Comercial%20%20Vigas%20para%20puentes%20vd.pdf



Anahí Torres Pardo. HORMIGON PRETENSADO Y POSTENSADO. Facultad de Arquitectura, 2011 [en línea] [Fecha de consulta: 20 octubre 2015]. Disponible en: http://www.farq.edu.uy/tesinas/wpcontent/blogs.dir/220/files/2012/08/TESINA_FernandaMorales_Anah%C3%AD-Torres-Pardo_Hormig%C3%B3n-Pretesado-yPostesado.pdf



CONSTRUMATICA. Empresa Constructora. [en línea]. México: Tecnología, 2008. [Fecha de consulta: 20 octubre 2015]. Disponible en: http://www.construmatica.com/construpedia/Vigueta_Pretensada

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VII.

ANEXOS:

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

Vigas “I”: Tanto la cabeza inferior como la superior tienen un ancho de 50cm.



Vigas “T”: Donde la cabeza superior es de 120cm y la inferior es de 60cm

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

Vigas “T invertida”: Donde la cabeza superior es de 28cm y la inferior es de 119cm.

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