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DIPLOMADO DE PUENTES CAJAMARCA CCACTE CONSULTING

Concreto Presforzado Introducción Ing. Mario Mamani León

GENERALIDADES

El Concreto Presforzado consiste en crear deliberadamente esfuerzos permanentes en un elemento estructural para mejorar su comportamiento de servicio y aumentar su resistencia. Los elementos que se utilizan van desde una vigueta para casa hasta vigas para puentes de grandes luces. El presfuerzo se puede dividir en 2 grandes grupos de acuerdo al instante y método de aplicar la fuerza de presfuerzo al elemento: el Pretensado y el Postensado.

POR QUÉ CONCRETO PRESFORZADO? Gracias a la combinación del concreto y el acero de presfuerzo es posible producir 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. De acuerdo con lo anterior, la deformación y el agrietamiento de elementos presforzados disminuyen por la compresión y el momento producidos por los tendones, lo que se traduce en elementos más eficientes.

a) Simplemente reforzado - grietas y deflexiones excesivas b) Presforzado – sin grietas y con pequeñas deflexiones

VENTAJAS Y DESVENTAJAS DEL CONCRETO PRESFORZADO. Ventajas · Mejor comportamiento ante cargas de servicio por el control del agrietamiento y la deflexión. · Uso óptimo de materiales de alta resistencia. · Elementos más eficientes y esbeltos, con menos empleo de material. · La producción en serie en plantas permite mayor control de calidad y abatimiento de costos. · Mayor rapidez de construcción al atacarse al mismo tiempo varios frentes o construirse simultáneamente distintas partes de la estructura; esto en general conlleva importantes ventajas económicas.

Desventajas · La falta de coordinación en el transporte de los elementos presforzados puede encarecer el montaje. · En general, la inversión inicial es mayor por la disminución en los tiempos de construcción. · Se requiere también de un diseño relativamente especializado de conexiones, uniones y apoyos. · Se debe planear y ejecutar cuidadosamente el proceso constructivo, sobre todo en las etapas de montaje y vaciados in situ.

CONCRETO PRETENSADO El término pretensado se usa para describir el método de presfuerzo en el cual los tendones se tensan antes de vaciar el concreto.

Fabricación de elemento pretensado: (a) Trayectoria horizontal (b) Desvío de torones (c) Producción en serie

CONCRETO POSTENSADO El postensado es el método de presfuerzo que consiste en tensar los tendones y anclarlos en los extremos de los elementos después de que el concreto ha fraguado y alcanzado su resistencia necesaria.

DEFINICION DE PRESFUERZO Pretensar, o mejor aún, presforzar una estructura es introducirle, artificial y previamente a su puesta en servicio, esfuerzos: a) permanentes; b) de sentido contrario a los que causarán las cargas de servicio; y, c) de magnitud controlada, de modo que los esfuerzos resultantes no excedan los que la estructura es capaz de resistir indefinidamente y en forma tal que mejore su comportamiento general.

COMPORTAMIENTO DE UNA VIGA DE CONCRETO PRESFORZADO 1. Viga simplemente apoyada con su propio peso.

2. Tensado del tendón de presfuerzo.

3. Transferencia del presfuerzo por medio de los anclajes

4. Viga Presforzada. 5

5. Aplicación de cargas actuantes

TIPOS DE REALIZACIÓN DE PRESFUERZO

•PRESFORZADO POR PRETENSADO Consiste en tensar los tendones (torones o alambres) “antes” de la colocación del concreto, anclándolos en macizos exteriores y una vez que el concreto haya alcanza la resistencia adecuada, se sueltan dichos tendones transfiéndole así el presfuerzo al miembro del concreto por adherencia.

MATERIALES  Concreto.- Alta resistencia, entre 350 Kg/cm2 y 800 kg/cm2  Acero de Presfuerzo.- Alambres, torones o varillas de acero.  Acero de Refuerzo.- Aumentar ductilidad, resistir corte y torsión.  Acero Estructural.- para conexiones, apoyos y como protección.

MATERIALES

MATERIALES

CURVAS: ESFUERZO DEFORMACION

MATERIALES

ANCLAJES DE POSTENSADO

DUCTOS METALICOS CORRUGADOS

EQUIPOS DE POSTENSADO

EQUIPOS DE INYECCION

DIPLOMADO DE PUENTES CAJAMARCA CCACTE CONSULTING

Concreto Presforzado Conceptos Generales Ing. Mario Mamani León

PROPIEDADES DE LA SECCIÓN Donde: H = Peralte de la Viga. Eje Neutro = Centro de Gravedad de la Sección. Exc. = Distancia del C.G. del Tendón al E.N. yt = Distancia del E.N. a la Fibra Superior. yb = Distancia del E.N. a la Fibra Inferior. Propiedades: A: Area Total de la Sección de Concreto. I = Inercia de la Sección alrededor del E.N. r = (I/A)^0.5 : Radio de Giro St = I/yt :Módulo de Sección con respecto a la fibra Superior. Sb = I/yb :Módulo de Sección con respecto a la fibra Inferior.

ANALISIS ELASTICOS DE ESFUERZOS

Convención de signos: (-) Esfuerzo de Compresión. (+) Esfuerzo de Tracción. • Esfuerzos de compresión por carga axial : • Esfuerzos de Flexión :

Donde : y = Distancia del Eje Neutro a la Fibra en estudio Cuando y = yt Entonces I/yt=St Cuando y = yb Entonces I/yb=Sb

ANALISIS ELASTICOS DE ESFUERZOS 1. - METODO CONVENCIONAL Se consideran los esfuerzos axiales y de flexión producidos por la fuerza de presfuerzo y por los momentos externos.

ANALISIS ELASTICOS DE ESFUERZOS 2. – METODO DE LA CARGA EQUIVALENTE Es un sistema de cargas externas aplicado sobre el elemento, el cual produce un efecto equivalente al del tendón de presfuerzo.

Caso más genérico:

ANALISIS ELASTICOS DE ESFUERZOS 2. – METODO DE LA CARGA EQUIVALENTE Este sistema de cargas externas equivalentes es mayormente usado para el análisis de elementos hiperestáticos

Parábola Simple

Parábola Invertida o Reversa

Parábola Parcial

Parábola Arpeada

CÁLCULO DE LA FUERZA FINAL PRETENSORA Y VERIFICACIÓN DE LOS ESFUERZOS ADMISIBLES

ESTADOS DE CARGA EN UN ELEMENTO PRESFORZADO 1. ESTADO INICIAL El elemento está bajo presfuerzo pero no está sujeto a ninguna carga externa superpuesta. Este estado puede dividirse en los siguientes periodos: Durante el tensado. Esta es una prueba crítica para la resistencia de los tendones. Generalmente, el máximo esfuerzo de los tendones a través de su vida ocurre en éste periodo. Para el concreto la prueba será en la zona de anclajes donde es posible la trituración del concreto si su resistencia no es adecuada. En la transferencia del presfuerzo. Para elementos pretensados, la transferencia del presfuerzo se hace en una operación y en un periodo muy corto. Para elementos postensados, la transferencia es generalmente gradual, y el presfuerzo en los tendones puede ser transferido al concreto uno por uno. En ambos casos no hay carga externa en el elemento excepto su propio peso.

2. ESTADO INTERMEDIO Este es el estado durante el transporte y montaje. Ocurre sólo para elementos prefabricados cuando son transportados al sitio y montados es su lugar. También se puede considerar en el caso de que la estructura está bajo cargas permanentes sin sobrecarga. 3. ESTADO DE SERVICIO (FINAL) Para estructuras presforzadas de concreto, especialmente los tipos no convencionales, es usualmente necesario investigar sus su comportamiento bajo cargas permanentes y carga de trabajo, es así que, se debe considerar varias combinaciones de cargas vivas en diferentes partes de la estructura con cargas laterales tales como fuerzas de viento, empuje y sismo, y cargas por esfuerzos tal como aquellas producidas por asentamientos de apoyos y efectos de temperatura. Todas las cargas a considerar serán sin factorar. 4. ESTADO DE RESISTENCIA ULTIMA (ROTURA) En este caso se deberán considerar todas las combinaciones de cargas factoradas según el reglamento, para verificar su comportamiento bajo cargas de agrietamiento y carga última.

CAMBIOS EN LA FUERZA PRETENSORA La magnitud de la fuerza de presforzado en un miembro de concreto no es constante, sino que toma diferentes valores durante la vida del elemento. La Fuerza del gato Pj inmediatamente después del tensado se convierte en la Fuerza de Presfuerzo Inicial Pi, debido a: • La Fricción entre el ducto y los tendones. • Deslizamiento o embutimiento de las cuñas de anclaje. • Acortamiento Elástico del concreto. Luego existe una reducción adicional de la fuerza desde Pi hasta el Presfuerzo Efectivo Pe, el cual ocurre en un período largo de tiempo, debido a los siguiente efectos: • El Flujo Plástico del Concreto debido a la acción de la fuerza sostenida en el tiempo. • La Contracción de fragua del concreto • La Relajación del Acero. La Relación R = Pi / Pe es la proporción entre la fuerza Inicial con respecto a la Final, donde R varía aproximadamente desde 1.10 hasta 1.35

ESTADO INICIAL Cuando el elemento está bajo presfuerzo inicial y peso propio pero no está sujeto a ninguna carga externa superpuesta.

•ESTADO FINAL Cuando la estructura está sometida a todas las cargas permanentes y vivas pero en condiciones de Servicio

ESFUERZOS ADMISIBLES EN EL CONCRETO SEGÚN ASSHTO LRFD ESTADO INICIAL

ESFUERZOS ADMISIBLES EN EL CONCRETO SEGÚN ASSHTO LRFD ESTADO FINAL