soluciones exigentes para grandes luces

Tecnología
LOSAS POSTENSADAS
SOLUCIONES
EXIGENTES PARA
GRANDES LUCES
L
a entrada de este sistema en nuestro país tuvo
lugar en 1995 y, pese a
cierta reticencia, con
el paso del tiempo se ha sabido
ganar la confianza de los ingenieros estructurales. Actualmente, la
capacidad técnica y la calidad del
concreto están a la altura de las
tecnologías modernas que incluye
este sistema.
Hace varios años se introdujo con éxito el sistema de losas
postensadas en varios países de América Latina, especialmente
en la ejecución de establecimientos comerciales y edificios de
oficinas. Los buenos resultados de este método constructivo incluyen el haber soportado el terremoto que azotó algunas zonas
de Chile, así como satisfacer la necesidad de todo arquitecto:
ganar espacios sin vigas para luego distribuirlos en el diseño.
Las losas postensadas son efectivas para
ser usadas en grandes luces y son ideales en
sótanos, estacionamientos, centros comerciales, edificios de oficinas y losas de tableros
de puentes. Su ventaja no solo radica en que
ganan espacio, sino que permiten reducir el
presupuesto y el ahorro de materiales, lo que
demuestra su alta rentabilidad en el tiempo.
Grandes luces
El postensado es quizá la alternativa más viable
cuando se quiere techar o cubrir luces muy grandes. “El concreto armado tiene limitaciones en
cuanto a las dimensiones que cubre. Para luces
superiores a los 7 m es recomendable el postensado, que equivale a darle una ayuda adicional.
Estas losas poseen cables o barras a las que se les
aplica un esfuerzo de tracción para incrementar la
capacidad portante”, afirmó el ingeniero Enrique
Pasquel, gerente general de Pasquel Consultores.
“Podemos llegar a luces de 10 m, 11 m y 12 m y
con esas dimensiones, en las que antes teníamos
que poner vigas peraltadas, ahora con el postensado también podemos disminuir el espesor
de las losas a 50 cm, 45 cm y 40 cm”, agregó el
ingeniero Antonio Blanco, gerente general de
Antonio Blanco Blasco Ingenieros.
Funcionalidad
Las losas postensadas de edificaciones son
elementos estructurales planos pre esforzados
que trabajan principalmente para resistir cargas gravitacionales a flexión. El pre esfuerzo es
logrado mediante el postensado de tendones
de acero de alta resistencia colocados en la
losa de concreto. Dichos tendones presentan
trayectorias parabólicas generando cargas
verticales en la losa que equilibran las resistencias actuantes. Asimismo, estos tendones
originan cargas axiales de compresión a través
de los anclajes ubicados en los extremos de la
losa, de tal manera que mantienen a la misma
dentro de un rango de esfuerzo admisible del
concreto.
“Desde un punto de vista funcional, con las
losas postensadas es posible obtener mayores
luces en comparación con las losas de concreto
armado, sin necesidad de utilizar vigas en muchos
casos. Esto permite mayores espaciamientos
de columnas, lo cual da más flexibilidad en las
modulaciones de los pisos terminados y mayor
posibilidad de espacios en los estacionamientos”,
puntualizó la ingeniera Dina Carrillo, gerente de
Samayca Ingenieros.
Entre las principales ventajas de este sistema
se encuentra una reducción significativa de los
plazos de ejecución de la obra, gracias a rápidos
y eficientes programas de construcción que se
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pueden lograr. Además permite la
optimización de los materiales básicos de construcción, logrando un
ahorro en el concreto, acero de refuerzo, mano de obra y encofrado.
En la losas de entrepiso se
pueden obtener estructuras esbeltas que disminuyen la altura del
edificio, acortan las cargas en la
cimentación y aumentan las luces.
En sótanos se puede reducir la profundidad de la excavación, ahorrar
en la altura de las columnas, placas y los muros perimetrales del
sótano y aminorar el costo de los
muros anclados de estabilización.
El sistema ofrece una mayor
integridad estructural, proporcionada por la continuidad de la
losa y los tendones. Se obtienen
uniones sencillas y eficientes
entre losas, vigas, muros y columnas que eliminan problemas
de juntas entre dichos elementos. Se generan
soluciones estructurales con
mínimos requerimientos de
mantenimiento;
3 y 4. El desarrollo del
postensado debe ser
realizado y dirigido por
personal capacitado.
Los puntos sobre
los que van a estar
colocados los anclajes
deben ser de forma
topográfica.
Tecnología
1. Ingeniero Enrique Pasquel, gerente
general de Pasquel Consultores.
2. Ingeniero Antonio Blanco, gerente general
de Antonio Blanco Blasco Ingenieros.
además presentan mayor firmeza,
durabilidad y resistencia al fuego.
Las losas pueden ejecutarse
siguiendo los requerimientos técnicos del sistema adherido o el no
adherido, cada uno de los cuales
presenta múltiples ventajas. En
ambos, el elemento principal es el
acero de pre esfuerzo el cual debe
cumplir las especificaciones de
la ASTM A-416, de grado 270KSI
de baja relajación. Los diámetros
comerciales con que se trabajan
son de 0.5 y 0.6 pulg.
Sistema adherido
Es aquel en el cual el torón o grupo
de torones de acero de pre esfuerzo
va dentro de un ducto corrugado
metálico o de plástico el cual, luego
3.
4.
144
5.
6.
1.
2.
7.
de realizado el tensado, requiere de
una inyección de grout de lechada
de cemento especialmente dosificado ya que al fraguarse protege a
los torones de la corrosión y genera
la adherencia con el concreto. “El
sistema adherido es el más antiguo;
incluso en el Perú empezó a usarse
desde la década de los cincuenta,
sobre todo para el caso de las vigas
y algunas losas de tableros de los
puentes. El uso de este sistema en
losas postensadas por el momento
es limitado debido al incremento
en el costo de los materiales y de
la mano de obra, material que es el
preferido en Europa y Australia; no
obstante, en nuestro medio ya se
cuenta con los materiales y equipos
para desarrollarlo ya sea con ductos
corrugados metálicos ovalados o
con ductos corrugados de polietileno”, acotó la ingeniera Carrillo.
Las características técnicas de
los materiales del sistema adherido
para losas incluyen a los tendones,
que son torones desnudos(cables
de acero). Como ductos se usan
corrugados-metálicos galvanizadosovalados; lo recomendable es usar
hasta 6 torones de 0.5 pulg cada uno
y ductos corrugados de polietileno
para un solo torón o grupo. Para un
torón se usa el anclaje estándar y
para grupos se usan los anclajes
multitorón. En el caso de la inyección, se recomienda una mezcla con
dosificación de agua/cemento igual
CONSTRUCTIVO
a 0.45 más aditivo expansivo al 2%
del peso de volumen.
Es más rápido tanto en el transporte horizontal, vertical y la instalación, además de no requerir de inyección de lechada de cemento. En
el caso de perforaciones con rotura
accidental de un torón, la ventaja es
el fuerte sonido que se produce, el
cual da una alerta para su reparación mediante empalmadores, los
cuales pueden ser pretensados en
cualquier momento.
“La desventaja es que al romperse
un cable de acero se pierde momentáneamente la fuerza en toda la
longitud del tendón; sin embargo, un
paño de losa típico tiene no menos
de 10 torones de 0.5 pulg de diámetro
y la rotura de uno de ellos no afecta
la integridad de la losa hasta que se
haga la reparación. En el caso de
CONSTRUCTIVO
5. Ingeniera Dina Carrillo, gerente de Samayca
Ingenieros.
6. Ingeniero Enzo Santos, gerente de CCL.
7. Ingeniero Manuel Freyre, gerente comercial
de VSL en Perú.
demoliciones o aberturas de paños
grandes, antes de hacer el corte
de los torones se deberán colocar
puntales en los paños adyacentes
por donde pasan hasta después de
reubicar los anclajes en el borde de
las nuevas aberturas y retensarlos
para restituirles la fuerza original
requerida”, expuso la ingeniera Dina
Carrillo.
Desde el punto de vista de diseño
para condiciones de servicio, las
normas exigen una cantidad mínima
de acero de refuerzo pasivo adherido, según el nivel de esfuerzos al
que está sometida la losa.
Para situaciones excepcionales
en que se verifica la falla por rotura
de la losa, ante cargas factoradas,
la misma requiere la contribución
del refuerzo adherido pasivo debido a que, al no haber adherencia
del torón con el concreto, no hay
compatibilidad de deformaciones,
ni gran incremento de esfuerzo en
el acero de pre esfuerzo pues éste
se estira en toda su longitud. Sin
embargo, la losa es capaz de resistir
mayores cargas que las requeridas
sin colapsar pues puede comportarse como una membrana.
Los tendones no adheridos tienen
un diámetro con el forro incluido,
menor que los adheridos con ductos, lo cual hace que se puedan
colocar bien pegados al fondo de
la losa en los tramos centrales y
a la parte superior de ésta (en la
zona de columnas). De este modo,
se logra más excentricidad o brazo
de palanca y, por consiguiente, un
mayor momento de postensado que
contrarreste los momentos actuantes y un ahorro de aproximadamente
un 5% a 10% de fuerza postensora
según el espesor de la losa.
Sistema no adherido
Es aquel en el cual cada torón o
strand de acero de pre esfuerzo no
tiene contacto directo con el concreto ya que está cubierto por una
grasa anticorrosiva especial y completamente forrado con una funda de
polietileno especial. “Este sistema se
empezó a usar en Estados Unidos en
la década de los sesenta y su crecimiento ha sido muy grande desde
entonces; hoy en día es prácticamente el estándar en casi toda América.
En el Perú se empezó a usar desde
finales de la década de los noventa”,
sostuvo la ingeniera Carrillo.
Las características técnicas de los
materiales del sistema no adherido
para losas incluyen a los tendones,
que son cables de acero engrasados
y forrados con polietileno desde
fábrica. Asimismo se encuentran
145
Tecnología
8 y 9. La
instalación
de una losa
postensada
debe ser
precisa. Tiene
que ser muy
exacta porque
hay ciertos
parámetros
que respetar,
pues cualquier
desviación en
las medidas
puede ser
perjudicial.
Tecnología
Los tendones adheridos, si bien
van en ductos corrugados circulares individuales u ovalados para
los grupales, el diámetro exterior
de los ductos es mayor que los
del sistema no adherido, logrando
menor excentricidad.
9.
8.
los anclajes del tipo monotorón encapsulados para zonas de ambientes
corrosivos o cercanos al mar, y del
tipo monotorón estándar para otros
lugares menos severos.
Este sistema requiere un mayor
cuidado en la construcción para
evitar dañar, abollar o perforar los
ductos. Además necesita la inyección de lechada de cemento y su
uso requiere una evaluación técnicoeconómica más elaborada.
En el caso de rotura accidental de
un torón, no se produce un sonido
que advierta dicho quiebre. Además, luego de la inyección, ya no
es práctico empalmar los torones ni
retensarlos.
La ventaja es que al romperse un
elemento no se pierde la fuerza en
toda la longitud del tendón debido a
la adherencia que posee; no obstante, se debe realizar la reparación en
el punto de rotura.
146
En el caso de demoliciones o
aberturas de paños grandes, no
será necesario el apuntalamiento de los paños adyacentes ya
que los tendones se encuentran
adheridos. Sin embargo, se recomienda que el cliente sepa las
probabilidades de dichas demoliciones futuras y pueda preveer algunas soluciones. En condiciones
de servicio, la fuerza requerida
es la misma que el sistema no
adherido.
Desde el punto de vista de diseño para condiciones de servicio,
no se exige de reforzamiento pasivo mínimo. Para verificar el estado
de resistencia último, el acero de
refuerzo logra mayor capacidad
de acción en los puntos más solicitados debido a la adherencia
que existe con el concreto, lo cual
puede bajar ligeramente las cuantías de acero de refuerzo pasivo.
Pasos para su colocación
La instalación del postensado debe
ser realizada y dirigida por personal capacitado y experimentado y
consta, por lo general, de varias
operaciones. La primera de ellas es
el acopio de materiales, colocación
de encofrados y la instalación de
mallas o armadura pasiva inferior.
Luego se instalan los anclajes activos y los separadores o soportes
(sillas) de acero o plástico para los
tendones.
Una vez realizados los pasos anteriores, se colocan los tendones;
en el caso del sistema adherido se
instalan dentro de los ductos y se
coloca la armadura pasiva superior
y en anclajes. Luego se protegen
estos últimos y los acopladores
frente a la entrada de concreto.
Una vez realizado el vaciado y el
curado se procede al tensado de
tendones y el corte de sobrantes.
Finalmente, se realiza el sellado
y protección de anclajes móviles
según el sistema. En el caso del
adherido, se realiza la inyección
de lechada de cemento.
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Recomendaciones adicionales
Los puntos sobre los que van a
estar colocados los anclajes deben
ser instalados preferentemente de
forma topográfica. “Estos cables
viajan o se desarrollan a lo largo
de la losa en función de la catenaria de los momentos del diseño
estructural; esa es la razón por la
que los puntos altos y bajos deben
ser correctamente marcados antes
de colocar la malla de dilatación o
contracción. Enseguida, se coloca la
malla descrita encima. Los anclajes
se fijarán en el borde lateral de la
losa, de tal manera que se asegure
que están en su posición y no se
puedan mover. Durante el vaciado se
tiene que garantizar que el vibrado
cerca de los anclajes se ejecute co-
CONSTRUCTIVO
CONSTRUCTIVO
147
Tecnología
10 y 11. En la losas de entrepiso se pueden
obtener estructuras esbeltas que permiten
disminuir la altura del edificio y reducir las
cargas en la cimentación.
rrectamente para evitar la formación
de cangrejeras. Las elongaciones de
los cables se deben medir una por
una para verificar que se encuentran
dentro de los márgenes previsibles”,
recomendó el ingeniero Enzo Santos, gerente de CCL.
Precisión y calidad del concreto
En la instalación de una losa postensada hay ciertos parámetros
que hay que respetar. Debe ser
muy precisa pues tener cierta
desviación en las medidas puede
ser perjudicial. “Por ello, se debe
seguir detalladamente el plano
para lograr una curva bien trazada, porque un par de centímetros
más o menos en altura cambia
el comportamiento y el cálculo.
Además, para que se ajuste a los
requerimientos de este sistema, se
suele trabajar con un concreto de
280 kg/cm2 como mínimo; puede
ser de más pero casi nunca de
menos resistencia.
En general, para cualquier postensado no se recomienda usar
concretos que se encuentren por
debajo de los 210 kg/cm2, ni siquiera en pavimentos. Esto debido a
que se tensan usualmente al tercer
día, alcanzando cierta resistencia
mínima. Esta es otra ventaja de las
losas postensadas porque luego
del tensado, la losa se está sosteniendo sola y ya no se necesita de
apuntalamiento, salvo para transmitir el peso del vaciado de la losa
inmediatamente superior. Esto
acelera el proceso constructivo y
reduce notablemente los tiempos
de alquiler de encofrado.”, detalló
el ingeniero Manuel Freyre, gerente comercial de VSL en Perú.
Franjas de dilatación en sótanos
Además de realizar un control de
deflexiones y esfuerzos, en los
sótanos es mandatorio contar con
franjas de dilatación cuya ubicación obedece al diseño estructural.
“En el caso puntual de los sótanos,
148
10.
11.
se usan para que los esfuerzos
de compresión que se aplican
a la losa durante el postensado
realmente vayan a ésta. Esto se
debe a la gran rigidez de los muros
anclados los cuales no permitirían que la losa se comprima de
acuerdo al diseño; sino se tuvieran
estas franjas de dilatación, la losa
podría presentar fisuras, detalló el
ingeniero Enzo Santos.
Fluencia del acero
En los dos sistemas, adherido y
no adherido, es importante tener
cuidado en el diseño. Éste debe
estar bien hecho porque en ambos,
a lo largo del tiempo, el acero tiene
una propiedad: cuando está sujeto
a una presión llega un momento
en el que se estira por sí solo, sin
aumentar la carga, fenómeno que
recibe el nombre de fluencia del
acero o flujo plástico. “Entonces
pasa el tiempo, el acero se estira
solo y pierde carga; es lo que se
llama la relajación. Ese factor debe
estar incluido en el cálculo estructural pues cuando eso se calcula
mal hay problemas. Imagínate, si
eso está comprimido, se calculó
mal y se suelta, de hecho que va
a deformar la losa”, describió el
ingeniero Enrique Pasquel.
Mantenimiento y vida útil
En principio los tendones de pre
esfuerzo, incluyendo anclajes,
sea el adherido o no, siempre y
cuando se use correctamente el
CONSTRUCTIVO
sistema y sean instalados por mano de obra
especializada y de acuerdo a las normas, no
requieren mantenimiento. Esto ocurre mientras estén protegidos contra el intemperismo
y el fuego, ya que están dentro de la losa de
concreto al igual que una común de concreto
armado. El mantenimiento que se le debe dar
a una losa postensada es el mismo que al de
una losa armada convencionalmente”, advirtió
la ingeniera Dina Carrillo.
El hecho de usar concretos de mayor resistencia para las losas postensadas en comparación a las losas de concreto armado hace que
estas últimas tengan mucha más durabilidad.
Adicionalmente a ello, mientras las losas de
concreto se desempeñan en estados elásticos
y fisurados, las losas postensadas trabajan
comprimidas, lo cual hace que se generen menos fisuras y menos exposición a la corrosión.
Sin embargo, hay un fenómeno propio del
material de concreto que es, básicamente, la
contracción de fragua y, en menor proporción,
el flujo plástico del concreto, que hace que este
último -sea postensado o no- tienda a acortarse
con el tiempo.
Asimismo, si la losa tiene muchos elementos que restrinjan dicho acortamiento se pueden producir fisuras, que si bien no afectan la
integridad estructural de ésta, pueden originar
puntos de inicio de corrosión que afectan en
mayor proporción a los fierros de refuerzo y a
los tendones adheridos, mientras que en menor
grado a los tendones no adheridos ya que están
cubiertos por el forro plástico. En todo caso
un buen sellado de estas fisuras con sellantes
plásticos es una excelente solución.
Para minimizar el efecto de contracción
de fragua en cualquier tipo de construcción y
aprovechar esto de mejor manera en el caso
de las losas postensadas, la compresión axial
del elemento se debe prever desde su concepción estructural, además de lograr que los
elementos restrictivos al acortamiento estén
situados en las partes centrales de cada planta.
También se deben prever detalles especiales
en la etapa constructiva, pues allí es donde se
producen los mayores acortamientos. Estos
detalles debieran contemplar también juntas
de construcción con tensados intermedios y
franjas temporales de contracción.
La vida útil de las losas y los dispositivos o
componentes de los tendones, sea cual fuera
el sistema, es tan igual como el de toda la
estructura global. Para garantizar ello es necesario que se sigan las recomendaciones de las
normas, y se construyan con los estándares y
controles de calidad exigidos, con materiales
certificados y por especialistas reconocidos.
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Tecnología
12.
13.
12 y 13. El postensado es una alternativa disponible en nuestro país
hace muchos años y es quizá la más viable cuando se quiere techar o
cubrir luces muy grandes.
Condiciones adversas
Cualquier componente de los tendones de pre esfuerzo en general
están diseñados para soportar toda
condición adversa dentro de los
rangos y propósitos planteados
por el constructor. Con respecto a
las losas postensadas, en general
se debe entender que su función
principal es resistir cargas gravitacionales. “Sin embargo en zonas
sísmicas como la nuestra se debe
prever, desde la concepción estructural y arquitectónica, los elementos resistentes a las fuerzas sísmicas -sean las placas y/o algunos
pórticos especialmente diseñados
para ello- de tal manera que el
sismo no sea tomado por las losas.
Generalmente se recomienda que
dichas placas estén ubicadas en
los núcleos centrales de cada planta de los edificios, mientras que las
columnas deben estar situadas en
las zonas perimetrales”, añadió la
ingeniera Carrillo.
Experiencia chilena
En Chile, el sistema de losas postensadas sin vigas ha marchado
muy bien. Después del terremoto
que afectó varias zonas, ningún
edificio con este sistema sufrió
falla alguna, más sí algunos que
no lo tienen.
“Ambos sistemas funcionan
(adherido y no adherido), la cuestión está en la seguridad que te
brindan. El no adherido puede ocasionar un daño más grave frente al
fuego o algún otro caso de colapso,
150
ya que al estar suelto, si falla la
losa en un punto, falla en toda la
estructura que el cable comprometa; es como si no hubiese cable”,
destacó el ingeniero Freyre.
En Chile es casi impensado
hacer un edificio de oficinas con
el sistema de losas tradicional
porque las oficinas usualmente
necesitan mucho espacio libre y
cuando hay una división, se hace
muy pequeña o de drywall, pero
usualmente se requieren espacios
libres muy amplios. “La mayor
ventaja del postensado es que
además de reducir espesores de
losa y malla de acero, también
acorta alturas de entrepiso, lo que
te puede hacer ganar niveles en
altura o reducir la profundidad de
excavación”, sostuvo.
En Chile, las losas postensadas
son usuales en estacionamientos,
malls, sótanos y torres de oficinas.
“También se emplea con mucho
éxito en radieres o pavimentos
industriales pues, según el caso,
podrías hasta eliminar las juntas.
Eso te permite que el piso sea
súper plano, con costos reducidos
de mantenimiento y sin fallas por
alabeo”, relató Freyre.
Aplicación en proyectos
nacionales
En el Perú, ya en la década de
los 90 comienza a introducirse el
uso de las losas postensadas con
cables no adheridos en algunos
puentes, centros comerciales
y estacionamientos. “Entre las
principales obras se encuentran
los puentes Huaytará, Huancayo,
Pativivilca, Huaura, Sicuani y
otros. En el caso de las edificaciones más representativas están
el Centro Comercial Jockey Plaza,
Larcomar, Edificio Wiese, Centro
Administrativo de Sedapal en la
Atarjea, Megaplaza del Cono Norte,
así como el Hotel Marriott, Edificio
Interbank de la Vía Expresa, Centro
Comercial Metro de Arriola y otros
más”, relató la ingeniera Carrillo.
Respecto a las obras actuales,
hoy en día en el Mall Santa Anita
se han ejecutado losas postensadas de 20 cm con bandas (un total
de 12,500 m2 de losas). “La introducción de esta tecnología en el
proyecto fue para salvar un tema
de luces, pues estamos hablando
de dimensiones de 14 m y 16 m. El
problema nacía en que el proyecto
original contemplaba una losa
nervada que complicaba mucho
el encofrado y la idea de utilizar el
postensado era facilitar el encofrado y aumentar la productividad al
usar una losa postensada con losas planas encima de las bandas”,
reveló el ingeniero Santos.
Aparte del proyecto mencionado, con este sistema se vienen
realizando los sótanos del proyecto
residencial Cipreses, unas rampas
en la Clínica Delgado y el Mall
San Borja. “Se está trabajando el
desarrollo de muchos proyectos
para el próximo año, sobretodo en
el mercado de oficinas”, finalizó
Santos.
CONSTRUCTIVO