hormigon pretensado

Escuela Superior Politécnica del Litoral F.I.C.T.

Hormigones Especiales

HORMIGÓN PRETENSADO Integrantes:  Alexandra Terán  Dazlyn Solano  Johnny Sánchez  Eduardo Jalón  Henry Andrade

Ms.c Natividad García Paralelo 1 Junio 20 de 2015

INDICE 1) Objetivos:...........................................................................................1 2) Introducción:.......................................................................................1 3) Resumen histórico:.............................................................................1 4) Lo de Alexa…......................................................................................2 5) Tipos de estructuras realizadas con hormigón pretensado o postensado...............................................................................................3 Losa postensada en una edificación......................................................3 Puentes de vigas prefabricadas.............................................................4 Tensado de un tablero de puente..........................................................5 Sistema “lift-slab”, precursor de los forjados postesados......................5 Bibliografía................................................................................................6

1) Objetivos:

Objetivo general 

Realizar un análisis completo del hormigón pretensado.

Objetivos específicos   

Analizar ventajas y desventajas del hormigón pretensado. Conocer los ensayos pertinentes a este tipo de concreto. Conocer en que tipo de obras se usa este hormigón.

2) Introducción: Los hormigones pretensados o pre esforzados son concretos que en la actualidad se usan comúnmente en obras civiles de gran importancia, ya que estos favorecen en muchos aspectos como económicos, estéticos, utilidad, resistencia, etc., lo que hace que este concreto sea útil en mega construcciones a nivel mundial. Con este tipo de hormigón se puede ganar espacios en las construcciones ya que se pueden tener vigas de mayor vano lo que concluye en tener menos columnas. Este tipo de hormigón se lo usa en estructuras pequeñas, medianas y grandes, como puentes, edificios, parqueos, etc. El hormigón pretensado es un tipo de concreto que de manera general se define como un hormigón que ha sido expuesto a tensiones artificiales previamente a aplicar cargas externas, para con esto eliminar los esfuerzos de tracción del mismo.

3) Resumen histórico:

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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 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 esta 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. 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 2

presión, depósitos para líquidos, postes eléctricos, placas, traviesas de ferrocarril, y otras muchas más aplicaciones. 4) ¿Qué es el hormigón pretensado? Se denomina hormigón pretensado a la tecnología de construcción de elementos estructurales de hormigón sometidos a esfuerzos de compresión previos a su puesta en servicio. Dichos esfuerzos se consiguen mediante barras, alambres o cables de alambres de acero que son tensados y anclados al hormigón.

Esta técnica se emplea para superar la debilidad natural del hormigón frente a esfuerzos de tracción,1 2 y fue patentada por Eugène Freyssinet en 1920. El objetivo es el aumento de la resistencia a tracción del hormigón, introduciendo un esfuerzo de compresión interno que contrarreste en parte el esfuerzo de tracción que producen las cargas de servicio en el elemento estructural. La resistencia a la tracción del hormigón convencional es muy inferior a su resistencia a la compresión, del orden de 10 veces menor. Teniendo esto presente, es fácil notar que si deseamos emplear el hormigón en elementos, que bajo cargas de servicio, deban resistir tracciones, es necesario encontrar una forma de suplir esta falta de resistencia a la tracción.

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Ilustración 1. Elementos pretensados

En el hormigón armado convencional se proporciona resistencia a la tracción a los elementos estructurales colocando acero de refuerzo(pasivo) en las zonas de los elementos estructurales donde pueden aparecer tracciones. Esta forma de proporcionar resistencia a la tracción puede garantizar una resistencia poco adecuada al elemento y presenta el inconveniente de no impedir el agrietamiento del hormigón para ciertos niveles de carga. En el hormigón pretensado se coloca acero tensado que pre-comprime el hormigón, permitiendo así que los elementos estructurales tengan una gran resistencia a la tracción con la ventaja de impedir en agrietamiento del hormigón. El hormigón se vierte alrededor de tendones tensados. Este método produce un buen vínculo entre el tendón y el hormigón, el cual protege al tendón de la oxidación, y permite la transferencia directa de tensión. El hormigón o concreto fraguado se adhiere a las barras, y cuando la tensión se libera, es transferida hacia el hormigón en forma de compresión por medio de la fricción. Sin embargo, se requieren fuertes puntos de anclaje exteriores entre los que el tendón se estira y los tendones están generalmente en una línea recta. Por lo tanto, la mayoría de elementos pretesados de esta forma son prefabricados en taller y deben ser transportados al lugar de construcción, lo que limita su 4

tamaño. Elementos pretesados pueden ser elementos balcón, dinteles, losas de piso, vigas de fundación o pilotes.

Ilustración 2. Sistema de elaboración de elementos pretensados.

4.1) Materiales 4.1.1) Hormigón de alta resistencia. La calidad del concreto no debe ser menor de f’c= 280 Kg./cm2 , en el hormigón la mayor resistencia a la compresión contribuye a menores perdidas por deformación del mismo. Las deformaciones que sufre un concreto que es pre-comprimido son las siguientes:   

Deformación instantánea o elástica. La debida a la retracción del concreto La que se produce a través del tiempo por estar sometida la estructura a una compresión permanente.

El uso de concreto de alta resistencia permite la reducción de las dimensiones de la sección de los miembros a un mínimo, lográndose ahorros significativos en carga muerta siendo posible que grandes luces resulten técnica y económicamente posibles. 5

Se debe mencionar que en el concreto presforzadose requiere de altas resistencias debido principalmente a que: 

Primero, para minimizar el costo. Los anclajes comerciales para el acero de pretensado son siempre diseñados con base de concreto de alta resistencia. De aquí que el concreto de menor resistencia requiere anclajes especiales o puede fallar mediante la aplicación del pretensado. Tales fallas pueden tomar lugar en los apoyos o en la adherencia entre el acero y el concreto, o en la tensión cerca de los anclajes.

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Segundo, el concreto de alta resistencia a la compresión ofrece una mayor resistencia a tensión y cortante, así como a la adherencia y al empuje, y es deseable para las estructuras de hormigón pretensado ordinario.

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Tercero, el concreto de alta resistencia está menos expuesto a las grietas por contracción que aparecen frecuentemente en el concreto de baja resistencia antes de la aplicación del presfuerzo.

4.1.2) Acero de alta resistencia En lo que se refiere al acero que se emplea en el hormigón pretensado, existen diferentes tipos de tendones, alambres redondos estirados en frío, cables trenzados y varillas de acero de aleación. La alta resistencia del acero se debe a las fuertes fuerzas de pretensado. A continuación se presenta una tabla de las propiedades de cables más usados en elementos pretensados (H. Nilson 1990) :

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Ilustración 3. Tabla del Nilson 1990

4.2) Usos El hormigón pretensado es usado con la finalidad de darle más resistencia al hormigón alargando de esta manera las luces. Como por ejemplo, las losas alveolares pretensadas que es un elemento prefabricado de hormigón pretensado, alcanzando luces importantes y pueden auto soportarse. Otro ejemplo son las vigas de puentes, entre otros.

Ilustración 4. Losa Alveolar

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5) Tipos de estructuras realizadas con hormigón pretensado o postensado.

Losa postensada en una edificación Los forjados postensados son forjados que han sido elaborados mediante la técnica de tesar cables de acero (armadura activa), después del fraguado del hormigón y cuando éste ha alcanzado una resistencia suficiente para soportar las tensiones provocadas por dicho tesado. Se requieren hormigones y aceros de alta resistencia. Como consecuencia del trazado curvo de los tendones también aparecen fuerzas de desviación que pueden llegar a equilibrar el peso propio de la estructura, las cargas muertas e incluso parte de las sobrecargas. Existen dos variantes de la técnica: armadura postesa adherente y armadura postesa no adherente. Para forjados de edificación se suelen emplear armadura no adherente, por lo estricto de los cantos y por la facilidad de montaje. Este tipo de losas se utilizan en estructuras de edificios en altura, estructuras por debajo de la cota de rasante, cimentaciones por losa, parkings, puentes, depósitos, estructuras de edificaciones industriales, etc.

http://www.edingaps.com Algunas de las ventajas del uso de estos sistemas son las siguientes: 

Reducción de los materiales de construcción ( hasta un 40% de hormigón y un 75% de acero).

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La reducción de peso de la estructura permite reducir el espesor y el armado de la losa de cimentación.

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Aumento de altura libre entre plantas al reducir a la mitad el canto de la losa comparado con un forjado tradicional.

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Continuidad estructural que permite un menor número de juntas de hormigonado y dilatación, así como una mayor integridad estructural.

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Reducción considerable del número de pilares y aumento de los vanos.

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Evita la aparición de fisuras y es impermeable al estar el hormigón comprimido.

 

Puentes de vigas prefabricadas La industrialización en la fabricación de vigas de hormigón pretensado permite la construcción de puentes de tramos simples. Son vigas de sección normalmente en T, en I o incluso en cajón que permiten un intervalo amplio de luces. Los cantos de estas secciones varían según la luz y la disponibilidad de elementos prefabricados en el mercado, entre L/18 y L/23. La luz óptima se sitúa entre los 30 y 40 metros, puesto que por encima de 50 metros los medios auxiliares de colocación deben estar ampliamente sobredimensionados. De forma excepcional podría llegarse a los 70 metros de luz. Esta tipología resulta de gran interés cuando el número de vigas a colocar es elevado (40 como mínimo).

Puente de vigas prefabricadas Sobre las vigas prefabricadas se coloca una losa de unos 15 a 20 cm de espesor. Dicho elemento, además de aumentar la capacidad de la sección, cumple la función de rigidizar a la superestructura tanto en el 9

sentido vertical, para repartir las cargas, como en el horizontal, para evitar movimientos relativos entre las vigas y hacer las funciones de un diafragma rígido. Estas losas se construyen normalmente “in situ”, aunque también pueden ser prefabricadas (ver Burón et al., 2000). También se hace necesario, en ocasiones, un diafragma que proporcione rigidez lateral a las vigas y a la superestructura en general. Éstos se colocan en los extremos del puente y en puntos intermedios. Los diafragmas intermedios tienen como función primordial restringir el pandeo lateral de las vigas principales garantizando el trabajo en conjunto y un adecuado funcionamiento a flexión. Para luces muy pequeñas (menores a 8 metros) pueden emplearse vigas prefabricadas de sección rectangular aligerada. Con luces entre 6 y 20 metros, son el campo óptimo para las vigas de sección en “pi”. Cuando las luces están comprendidas entre los 10 y 25 metros, la sección T es muy efectiva. Para luces mayores, son más eficientes las secciones en I (rango útil entre 15 y 35 metros) o en cajón con aletas (entre 20 y 40 metros). En particular, las vigas en cajón con alas o voladizos laterales deben su gran eficiencia a los siguientes factores: (1) mayor rigidez torsional que evita, en la mayoría de los casos, el uso de diafragmas intermedios; (2) ancho inferior para albergar más torones y así proporcionar mayor excentricidad al pretensado aumentando los esfuerzos y el momento resistente de la sección; (3) la presencia de las alas elimina el uso de la cimbra para hormigonar la losa, permitiendo un menor canto (unos 15 cm) frente al requerido por una viga I (unos 18 cm). Las secciones prefabricadas tipo cajón de grandes dimensiones de una sola pieza o en dovelas, son muy eficientes debido a su bajo peso y a su rigidez. Estas secciones se emplean en puentes atirantados y empujados. En ocasiones, presentan un doble pretensado, uno longitudinal y otro transversal, éste último para resistir la flexión de las alas. Las vigas prefabricadas también pueden dar lugar a tipologías hiperestáticas si se da continuidad mediante un postesado posterior que las cosa al resto de la estructura. Un ejemplo es un tramo hiperestático de 58 metros de luz ejecutado con vigas prefabricadas en cajón para un tramo de tren de alta velocidad (Millanes et al., 2002).

Tensado de un tablero de puente El tesado del tablero de un puente se realiza mediante la técnica del postesado o postensado, siendo prácticamente imprescindible en los 10

sistemas constructivos por voladizos sucesivos y dovelas. Se denomina hormigón pretensado a la tipología de construcción de elementos estructurales de hormigón 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 hormigón. Esta técnica se emplea para superar la debilidad natural del hormigón frente a esfuerzos de tracción y fue patentada por Eugène Freyssinet en 1920. El objetivo es el aumento de la resistencia a tracción del hormigón, introduciendo un esfuerzo de compresión interno que contrarreste en parte el esfuerzo de tracción que producen las cargas de servicio en el elemento estructural. Con la técnica del postesado se trata de aplicar la compresión tras el vertido y posterior proceso de secado in situ del hormigón. En el interior del encofrado se coloca una vaina de plástico, acero o aluminio, para seguir el trazado más conveniente en el interior de la pieza, siguiendo la franja donde, de otra manera, se registrarían tracciones en el elemento. Una vez que el hormigón se ha endurecido, los tendones se pasan a través de los conductos. Después dichos tendones son tensados mediante gatos hidráulicos que reaccionan contra la propia pieza de hormigón. Cuando los tendones se han estirado lo suficiente, de acuerdo con las especificaciones de diseño, estos quedan atrapados en su posición mediante cuñas u otros sistemas de anclaje y mantienen la tensión después de que los gatos hidráulicos se retiren, transfiriendo así la presión hacia el hormigón. El conducto es rellenado con grasa o lechada de cemento para proteger los tendones de la corrosión.

Sistema “lift-slab”, precursor de los forjados postesados

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Las losas de hormigón postesado en edificación pueden encontrarse ya en el año 1955   en   los   Estados   Unidos   cuando   apareció   un   sistema   de   construcción denominado “lift­slab”, patentado por Tom Slick, que consistía en hormigonar las losas en la planta baja de forma que sirvieran de encofrado para las otras, y elevarlas hasta  su  posición definitiva   tras  sucesivas  operaciones  de  izado.  En  pocos  años, entre los años 50 y 60, los constructores emplearon este método constructivo, que se hizo con una parte muy importante del mercado de la edificación americano. En estas primeras realizaciones el postesado empezó a solucionar los problemas del aligeramiento del peso para reducir flechas y la fisuración. La técnica del postesado ya   se   utilizaba   por   aquellos   años   en   Europa   en   puentes   y   otras   tipologías constructivas. Los sistemas más conocidos de izado de forjados son el Jack Block en el que los gatos están situados en la parte inferior y el Lift­Slab en el que los gatos se colocan sobre   los   pilares. En   el   caso   del Lift­Slab los   forjados   se   construyen   unos   sobre otros, eliminándose así todo encofrado, interponiéndose entre dos consecutivos unas láminas de separación. Este procedimiento permite ejecutar los forjados en óptimas condiciones, sobre un plano horizontal sin puntales ni encofrados, a cambio de una elevación cuidadosa de cada una de  las  placas y la ejecución de las uniones de elementos ya terminados, donde a veces es difícil establecer la continuidad.

Bibliografía 12

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AGUILÓ, M. (2003). Cien años de diseño de puentes. Revista de Obras Públicas, 3438: 27-32. ASENCIO, J. (1990). Algunas artes o técnicas en la construcción de puentes. Primera parte. Sigma. Revista editada por la Dirección Técnica de Dragados y Construcciones, 1:7-34. ASENCIO, J. (1990). Algunas artes o técnicas en la construcción de puentes. Segunda parte. Sigma. Revista editada por la Dirección Técnica de Dragados y Construcciones, 2:9-42.BURÓN, M.; FERNÁNDEZ-ORDOÑEZ, D.; PELÁEZ, M. (2000). Tableros prefabricados para puentes de ferrocarril. Revista Técnica Cemento Hormigón, 813: 802-810. FERNÁNDEZ-CASADO, C. (1965). Puentes de hormigón armado pretensado. Editorial Dossat. Madrid Concreto Pretensado “ Civil Geeks” . 2013 http://civilgeeks.com/2011/12/24/concreto-pretensado/

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