Elementos Pre y Post Tensados de Hormigón BELLIDO 2002

JOSE
ANTONIO
BELLIDO
DE LUNA
DEL
ROSARIO
Digitally signed by JOSE
ANTONIO BELLIDO DE
LUNA DEL ROSARIO
DN: CN = JOSE ANTONIO
BELLIDO DE LUNA DEL
ROSARIO, C = CL, O =
Acepta.com S.A., OU =
Certificado Clase 3
Persona Natural, T =
PERSONA NATURAL
Reason: I am the author of
this document
Date: 2004.07.07 14:53:37
-04'00'
ELEMENTOS PRE
Y POSTENSADOS
DE HORMIGON
.
BASES DE DISEÑO. CONTROL EN
OBRA.
ACTUALIZADO SEGÚN EL CODIGO ACI 318-2002.
4a Edición.
José Antonio Bellido de Luna del Rosario
2002
Jose Bellido de Luna Ingeniero Civil en Obras Civiles. [email protected] http://www.lyl.cl
ELEMENTOS PRE Y POSTENSADOS DE HORMIGON.
BASES DE DISEÑO. CONTROL EN OBRA.
Introducción.
Capítulo 1. Conceptos
Concepto del Hormigón Pretensado.
Causas que originan el concepto.
Comparación entre el Hormigón Armado y el Hormigón Pretensado.
Tipos de hormigón pretensado.
Comparación entre el Hormigón Pretensado y el Postensado.
Capítulo 2. Materiales y Equipos.
El Hormigón.
Clases de Hormigón.
La Tensión Admisible Límite de Tracción del Hormigón.
El acero para pretensar.
Tipos de acero empleados en las obras de hormigón pretensado.
Tensiónes Admisibles en los cables de pretensado.
Características de comportamiento exigidas al acero de alto límite
elástico.
Corrosión en el Acero de Alto Límite Elástico.
El Acero Ordinario.
Características mecánicas del acero ordinario.
Dispositivos para el Tensado.
Equipos.
La bomba hidráulica para pretensar.
El Gato Monotorón.
El Gato Multitorón.
Modo de funcionamiento.
Capítulo 3. Controles al proceso de fabricación de un elemento
pretensado.
El Banco de pretensar. Algunos tipos fundamentales.
Partes de un Banco de Pretensado.
Controles al elemento.
Aspectos relevantes en las técnicas de pretensar.
La Fijación de los Cables de Pretensado.
Los Recesos o silenciamiento de cables en elementos pretensados.
Las vainas en elementos postensados.
Jose Bellido de Luna Ingeniero Civil en Obras Civiles. [email protected] http://www.lyl.cl
2
Dispositivos para el anclado de los cables en Elementos Postensados.
Los Anclajes.
Fretajes en cables y torones.
Capítulo 4. Inspección y Control al proceso de tensado de los cables.
Fuerza y tensión en los cables.
Operaciones del tensado de los cables.
El pretensado por etapas.
Capítulo 5. Procesos Particulares del Tensado.
La inyección de mortero en elementos postensados.
Recomendaciones generales para el montaje.
Recomendaciones relativas al acopio y transporte a obra.
Conclusiones finales relativas al trabajo en obra con elementos
pretensados.
Bibliografía.
Anexos.
Introducción.
Jose Bellido de Luna Ingeniero Civil en Obras Civiles. [email protected] http://www.lyl.cl
3
En el año 1996 se impartió por primera vez este curso de Hormigón
Pretensado en la Universidad de Santiago de Chile, participaron en esta
primera edición un grupo de cerca de 30 alumnos, ese año se impartió además
la segunda parte de este dirigida al calculo y diseño de estos elementos, en la
segunda edición en 1997 se adicionó una tercera parte dirigida al Pretensado
Parcial.
Al año siguiente, en 1998 se impartieron nuevamente los tres cursos, que
después cesaron por diversas causas. Más de trescientos alumnos participaron
en las diferentes ediciones, muchos de los cuales se encuentran en estos
momentos trabajando como Calculistas, Inspectores, Jefes de Obras y otras
actividades relacionadas con el tema.
El pretensado se ha ido incorporando tanto en la construcción de Chile
que muchas obras no se conciben sin la presencia de esta importante técnica.
En Puentes, pasarelas, edificaciones, silos, estanques y otras muchas obras,
resulta familiar la solución que incorpora el pretensado.
La constante actualización de las normas chilenas de diseño a través de
la vigencia del Código ACI 318, permite a nuestros especialistas mantenerse
informados y utilizar lo último que sobre esta técnica se estandariza y se
convierte en práctica diaria.
Es por ello que hoy cobra mucha más importancia su dominio y
conocimiento para lograr ser cada día mejores y estar a la cabeza de las
nuevas tecnologías.
Al igual que las ediciones anteriores, este nuevo curso va dirigido a
aquellos que trabajan en la inspección y control de obras que empleen el
hormigón pretensado, pero el mismo es válido para calculistas y constructores
de este tipo de obras.
Este texto se encuentra completamente actualizado con respecto al
Código ACI 318 2002, de próxima aparición en Chile, el cual introduce grandes
cambios en lo que respecta a los conceptos existentes hasta este momento del
mismo. No obstante, dado que el cambio ha sido tan radical, es importante
conocer la situación anterior dado el tiempo que aún deberá transcurrir para que
tales cambios lleguen a la totalidad de los calculistas y diseñadores. Por lo que
este texto deberá considerase como un texto de transición entre ambos
códigos.
Capítulo 1. Conceptos
Jose Bellido de Luna Ingeniero Civil en Obras Civiles. [email protected] http://www.lyl.cl
4
Concepto del Hormigón Pretensado.
Pretensar, como concepto general, consiste en introducirle a un
elemento fuerzas artificialmente creadas, cuyas acciones generan en este
mismo elemento, estados tensionales que, superpuestos a los estados
tensionales provocados por las sobrecargas externas, le permiten resistir
su peso propio y el de las sobrecargas que actúan.
Esta definición deberá ser separada en partes para establecer con
claridad cada uno de los conceptos que en ella se establecen.
En primer término se deberá dejar bien establecido que el concepto parte
de la palabra PRETENSAR compuesta del verbo "tensar" con un prefijo "pre"
que significa "antes de". En el caso de Chile es sumamente importante aclarar
que el "antes de" del pretensado, se refiere a la aplicación de la carga para la
cual se ponen en tensión los elementos y este término se utiliza en la gran
mayoría de los países de habla hispana y por lo tanto así aparece reflejada en
la totalidad de los textos en castellano que a este tema se refieren.
Es por eso que en la definición se emplea la palabra "elemento" para
definir el ente material sobre el cual se ejecuta la acción de "pretensar", sin
especificar el material que compone este elemento pues de hecho puede
pretensarse cualquier material de construcción, llámese este hormigón, acero,
madera, ferrocemento, etc. Y siempre que se apliquen fuerzas a este elemento
"antes de" que tenga lugar la acción de las cargas externas, se estará
pretensando.
Ahora bien, para producir el hormigón pretensado existen dos
procedimientos muy bien determinados de introducir las fuerzas; antes de que
fragüe el hormigón; lo que da lugar al hormigón pretensado, y después de que
fragua el hormigón; lo que da lugar al hormigón postensado, pero en este caso
se esta hablando de procedimientos y no de conceptos. En algunos textos se
emplea también la palabra pretesar y postesar para nombrar los procedimientos
anteriormente descritos.
Por otra parte y hecha la aclaración, es muy fácil distinguir cuando se
emplea la palabra pretensar como concepto y cuando se emplea como
procedimiento, por lo que a partir de este momento se utilice la palabra
pretensado como concepto en ella quedan incluidos ambos procedimientos; el
pretensado y el postensado. A esta forma se refiere al tema que se usa en
Jose Bellido de Luna Ingeniero Civil en Obras Civiles. [email protected] http://www.lyl.cl
5
todos los países de habla hispana y en todas las traducciones hechas en o para
esos países. Solo en Chile vale la aclaración.
Debido a que en Chile circulan textos mexicanos sobre hormigón
pretensado, se aclara que en México no se emplea la palabra tensión como
sinónimo de esfuerzo, ni tampoco el concepto de "estados tensionales", pues
en ese país "tensión" se utiliza como "tracción" que se deriva del inglés
"tensión". La palabra tracción no se emplea. Tracción es tensión. Y lo que en el
resto de los países se llama tensión, en México es esfuerzo, por lo que el
hormigón pretensado como concepto para ellos es hormigón preesforzado y los
procedimientos de pretensado y postensado son los mismos que acá, pues en
este caso se refiere a "traccionar" antes de fraguar el hormigón y "traccionar"
después de fraguado el hormigón.
Aclarada la cuestión semántica de la palabra, se continúa con el
concepto de pretensar.
Cuando se trabaja con el hormigón armado tradicional queda claramente
establecido que el conjunto hormigón-acero es un conjunto pasivo, que requiere
ser deformado para que se cumpla su función resistente y a partir del momento
del inicio de la deformación es que se comienzan a generar los distintos
estados tensionales ampliamente conocidos por todos.
En el hormigón pretensado estos estados tensionales han de producirse
"antes de" que actúen las cargas exteriores por lo que el conjunto hormigónacero es un conjunto activo, o sea que ya tiene tensión antes de que comiencen
a actuar las cargas externas incluido su peso propio. Pero, (y esto es más
importante aún) no puede perderse nunca el concepto de que estos estados
tensionales son producidos por fuerzas artificialmente creadas; son creadas en
el acero y son traspasadas al hormigón.
En el pretensado el traspaso se produce por la adherencia entre el hormigón y
el cable, y en el postensado por la presión que ejercen los anclajes en la masa
del hormigón.
El punto más importante del diseño de elementos pretensados es
precisamente obtener la magnitud de estas fuerzas artificialmente creadas y
uno de los objetivos generales de este capítulo es conocer cómo se crean estas
fuerzas, los equipos utilizados para crear estas fuerzas y todos los cuidados
que hay que tener para que esta fuerza sea la que realmente consideró el
calculista al diseñar su elemento y no otra.
Jose Bellido de Luna Ingeniero Civil en Obras Civiles. [email protected] http://www.lyl.cl
6
Causas que originan el concepto.
Existen dos causas diferentes para explicar y analizar el comportamiento básico
del hormigón pretensado. Es importante que el ingeniero que diseña y
construye con esta técnica entienda ambas causas para que pueda actuar con
inteligencia y eficacia.
Primer concepto - Pretensar para mejorar el comportamiento elástico del
hormigón.
Este concepto que trata al hormigón como un material elástico predominó
como concepto único por mucho tiempo, siendo reevaluado en las últimas
ediciones del código ACI 318.
El hormigón armado está compuesto principalmente por dos tipos de
materiales; el hormigón y el acero. El hormigón posee una resistencia a la
compresión ( σ ' ba ) mucho mayor que la resistencia a la tracción ( σ ba ).
En una viga pretensada cualquiera (simplemente apoyada) hay fibras que están
sometidos a tracción y otras a compresión. Las fibras comprimidas se
comportan adecuadamente y, en cambio, las fibras traccionadas lo hacen en
forma relativamente ineficiente. En el hormigón armado, esta deficiencia se
elimina colocando una armadura de acero ordinario en la zona traccionada a fin
de absorber las tensiones de tracción.
En el hormigón pretensado, en cambio, se procura crear un estado de tensiones
iniciales tal que, combinado con el estado tensional originado por las cargas, se
obtenga como resultado un nivel de tensiones de tracción y compresión que le
permita resistir las cargas actuantes.
Desde este punto de vista el hormigón está siendo sometido a dos sistemas
de fuerzas:
•
Uno originado por las fuerzas internas provocadas por el cable
•
Otro provocado por las cargas externas,
Mientras que la suma de ambas acciones no supere la resistencia a tracción del
hormigón no existe fisuración y por tanto, los esfuerzos, deformaciones y
deflexiones debidas a los dos sistemas de fuerzas pueden ser considerados por
separado y superpuestos si es necesario.
En el ejemplo más simple de una viga compuesta por varios bloques, uno al
lado del otro, de sección rectangular, amarrados por un tensor y apoyados en
sus extremos, estos bloques se mantienen unidos solamente gracias a la acción
del tensor, este diseño puede ser considerado como una viga simplemente
Jose Bellido de Luna Ingeniero Civil en Obras Civiles. [email protected] http://www.lyl.cl
7
apoyada (figura 1.1), al cual se someterá a un estado de cargas, las tensiones
normales en una sección transversal de esta viga, se componen de las
tensiones σ br (P/A) debidas al efecto del tensor, y las σ bc (M/I) originadas por las
cargas.
Como el tensor se encuentra con la misma tensión en todo el largo del cable, y
este se encuentra ubicado a la mitad de la altura h de los bloques de sección
rectangular, originan una fuerza axial de compresión en la viga y, por tanto,
tensiones uniformes de compresión σ br . Las cargas exteriores producen flexión
en la viga y, consecuentemente, la distribución de tensiones σ bc se considera
lineal. La tensión total es la suma algebraica de σ br y σ bc
Figura 1.1.- Distribución de esfuerzos a través de una sección rectangular de
hormigón pretensado concéntricamente debido a una fuerza P.
Cuando se aplican las cargas, la fuerza de pretensado no se modifica, ya que
los tensores están a la altura del eje neutro; es decir a h/2 (para la sección
rectangular). Por lo tanto, los tensores no son una armadura destinada a
absorber los esfuerzos de tracción, sino que su función es, simplemente, inducir
en los bloques una tensión inicial uniforme de compresión.
.
En las caras de los bloques en contacto existe un coeficiente de fricción, por lo
que el pretensado crea la resistencia al corte en la viga. Esta resistencia al corte
es la que impide el desplazamiento de un bloque respecto del otro en la
dirección de la carga aplicada, en ese sentido el pretensado además de limitar
las tensiones de tracción del elemento crea además una resistencia adicional al
corte.
Jose Bellido de Luna Ingeniero Civil en Obras Civiles. [email protected] http://www.lyl.cl
8
La acción del pretensado es más eficiente cuando el cable es colocado
excéntricamente con respecto al centroide de la sección (figura 1,2), en este
caso la excentricidad “e”, es la distancia del centroide al punto de colocación
del cable.
Figura 1.2.- Distribución de esfuerzos a través de una sección rectangular de
hormigón pretensado excéntricamente debido a una fuerza P.
Segundo concepto - Pretensar para aumentar la resistencia última del
elemento controlando la deformación y la fisuración.
Este concepto, de mucha vigencia y actualidad, considera al hormigón
pretensado como una combinación de hormigón y acero, similar al hormigón
armado tradicional, con acero tomando la tracción y el hormigón tomando
compresión de tal manera que los dos materiales formen un par resistente
contra el momento externo (Figura 1,3). Este concepto es el concepto básico
del Código ACI 318 2002 y se conoce con el nombre de Concepto Unificado o
Método Unificado de Diseño.
La base de este concepto parte del análisis en estado límite último en el cual
han actuado las cargas mayoradas y en el caso del hormigón armado
tradicional, la fisuración ha comenzado casi desde el mismo instante que han
comenzado a actuar las cargas.
Jose Bellido de Luna Ingeniero Civil en Obras Civiles. [email protected] http://www.lyl.cl
9
En el hormigón pretensado, en cambio, el momento de pretensado originado
por la excentricidad del cable respecto al centroide, ha mantenido la viga sin
fisurar hasta un determinado nivel de cargas previamente determinado.
Una vez superado ese nivel de cargas, ambos aceros contenidos en la sección,
comienzan a actuar del mismo modo que lo hace el acero ordinario en los
elementos de hormigón armado.
Figura 1.3.- a) Viga de hormigón armado tradicional, el acero ordinario actúa
tan pronto se carga la viga generándose grandes deformaciones y
figuraciones. (b) Viga pretensada, el momento de pretensado
controla la fisuración hasta un determinado nivel de cargas
previamente establecido.
Comparación entre el Hormigón Armado y el Hormigón
Pretensado.
1.- En el Hormigón Pretensado la resistencia del hormigón y del acero es
aprovechada al máximo, ya que la estructura comienza su etapa de fisuración
en valores elevados de carga.
En el hormigón totalmente comprimido, empleado últimamente cuando hay
ambiente agresivo, solo para estructuras contenedoras de líquidos, no se
presentan fisuras en ninguno de los niveles de cargas.
2.- Existe un mayor control de deformaciones, principalmente en elementos
simplemente apoyados sometidos a flexión, lo que permite emplear secciones
transversales de alto rendimiento estático como las T, I y vigas cajón.
3.- Al optimizar la sección transversal los elementos tienen menor peso que los
de hormigón armado para un mismo nivel de cargas, lo que redunda en una
economía total de la estructura.
Jose Bellido de Luna Ingeniero Civil en Obras Civiles. [email protected] http://www.lyl.cl
10
4.- En el hormigón armado la relación costo vs tensión de trabajo del acero
empleado está en el orden de 2 a 3 veces más altas que en el pretensado, por
lo que aún este último podría resultar ventajoso en vigas de luces cortas.
5.- Si bien el Hormigón Pretensado tiene la posibilidad de grandes reparaciones
cuando aún no se ha aplicado la fuerza, esto se convierte en desventaja con
respecto al Hormigón Armado, cuando ya el elemento ha sido tensado, es decir,
prácticamente no puede ser reparado y las operaciones que se tendrán que
realizar son mucho más caras y complejas.
6.- En estructuras prefabricadas, el personal que realiza las faenas de montaje
debe tener un elevado nivel de especialización, por cuanto el manejo y
manipulación de los elementos pretensados requiere una rigurosidad técnica de
calidad.
Tipos de hormigón pretensado.
El presente texto se referirá únicamente al pretensado del hormigón. Existen
dos procedimientos prácticos para realizarlo: el pretensado y el postensado.
El proceso de pretensar consiste en el tendido de un cable o un conjunto de
cables de acero, entre dos macizos de anclaje rígidamente vinculados al suelo,
tal como se indica esquemáticamente en la figura 1.4.
Los cables se anclan en un extremo fijo, y se tensan desde el otro extremo
hasta que se alcance el valor de la fuerza de pretensado calculada y luego se
ancla en el otro macizo mediante un anclaje ajustable, en la cual se mantenga
en el cable el esfuerzo introducido. Con posterioridad se procede al
hormigonado de la viga en el molde colocado a tal efecto. Una vez fraguado y
endurecido el hormigón se cortan los cables, en los extremos de la viga, el
hormigón funciona como anclajes, ya que, la fuerza del tensado se transmite al
hormigón mediante la adherencia.
Jose Bellido de Luna Ingeniero Civil en Obras Civiles. [email protected] http://www.lyl.cl
11
MOLDE
HORMIGON
Figura 1.2.- Esquema del proceso de pretensado
En el postensado también se emplea un cable o un conjunto de cables de
acero, que se introducen en una vaina o conducto que permite el deslizamiento
del cable en su interior. La vaina se coloca en posición dentro del encofrado de
la viga a construir. Luego es hormigonada la viga y, una vez fraguado y
endurecido el hormigón, se efectúa el tensado del cable desde el extremo del
anclaje ajustable, que después se fija a la viga. La transferencia de fuerza del
cable a la viga se realiza a través de los anclajes.
El método de pretensado es el que se realiza el tensado antes del fraguado y
endurecido del hormigón. Y el método de postensado es el que se realiza el
tensado después de haber fraguado y endurecido el hormigón. Estos
procedimientos la transferencia de la fuerza del cable al hormigón se realiza
antes de que actúen las cargas por lo que en ambos casos el fenómeno
inducido recibe el nombre de pretensado.
Comparación entre el Hormigón Pretensado y el
Postensado.
1.- En el pretensado la adherencia es la encargada de transmitir las fuerzas del
cable al hormigón, en el postensado se transmite mediante los anclajes.
Jose Bellido de Luna Ingeniero Civil en Obras Civiles. [email protected] http://www.lyl.cl
12
2.- En el postensado pueden obtenerse trayectorias parabólicas que permiten
que la carga equivalente de pretensado compense la acción del momento de
flexión actuante exterior, manteniendo la totalidad de las secciones en el rango
de tensiones admisibles,
En el pretensado la trayectoria del cable es siempre recta, lo que limita su uso
en determinados rangos de luces, debido a las elevadas tensiones que se
generan en las zonas cercanas a los apoyos.
ANCLAJE FIJO
VAINA
CABLE
MOLDE
ANCLAJE AJUSTABLE
Figura 1.5.- Diagrama de postensado.
3.- En el pretensado la inversión inicial es más elevada, se requiere una
cancha de pretensado, incluyendo macizos y anclajes.
Los elementos postensados no requieren este tipo de inversión.
4.- Los elementos postensados llevan en su interior; vainas y anclajes, estos
últimos de un costo, en ocasiones, elevado. Los pretensados no requieren de
estos dispositivos y los anclajes que se fijan a los macizos pueden ser
reutilizados en múltiples ocasiones.
5.- Los elementos pretensados requieren altas resistencias iniciales, por cuanto
deberán tensarse con celeridad para desocupar la cancha de pretensar a la
brevedad. Los postensados no tienen este problema, incluso pueden tensarse
en serie, cuando existe una cantidad considerable de ellos.
Jose Bellido de Luna Ingeniero Civil en Obras Civiles. [email protected] http://www.lyl.cl
13
Capítulo 2. Materiales y Equipos.
El Hormigón.
En el hormigón empleado para elementos pretensados son deseadas por
muchas y muy diversas razones, hormigones de resistencias más o menos
altas. Principalmente por el hecho de que el diseño se basa en criterios de
fisuración en los que predomina en gran medida la resistencia del hormigón
tanto a efectos de tracción como en compresión.
La posibilidad de aprovechar altas resistencias a compresión permite
trabajar con secciones más pequeñas para iguales solicitaciones. El incremento
de la resistencia también va acompañado de una menor retracción y fluencia,
con lo que se producen por tanto menores pérdidas de fuerza en el pretensado.
Esto no quiere decir tampoco que no se puedan pretensar también con éxito,
hormigones de resistencias normales.
Valores de resistencias inferiores a los f'c = 250 kg/cm (equivalente a
H30) no se emplean generalmente. Incluso el propio H30 es poco usado en
hormigón para pretensar. Este solo se usa en el postensado por el hecho de
que en el momento del tensado ha pasado ya un tiempo desde que se
hormigonó el elemento, lo que no ocurre con el pretensado, en el cual la
transferencia de fuerzas se realiza a las pocas horas de hormigonado, por lo
que requerirán resistencias más elevadas, sobre todo a las primeras horas.
El control que se realiza al hormigón empleados en elementos
pretensado es el mismo que se realiza a otros hormigones, con la diferencia
que es imprescindible tener el valor de la resistencia en el momento del
tensado, que es cuando generalmente se desarrollan las tensiones más altas.
Es por ello que se deben extraer suficientes muestras al hormigón fresco para
utilizarlas en cualquier ocasión, en caso de que se tengan que romper más
probetas que las acostumbradas por bajas resistencias al momento de tensar.
Además, se deben dejar al menos dos probetas para el ensaye a los 28
días, evitando así complicaciones mayores como la toma de testigos u otros
métodos de control.
Jose Bellido de Luna Ingeniero Civil en Obras Civiles. [email protected] http://www.lyl.cl
14
La faena de hormigonado de elementos pretensados tiene los siguientes
inconvenientes:
1. Su sección esta casi siempre optimizada por lo que posee
múltiples recesos llamados también silenciamientos. Las
secciones rectangulares se utilizan solo ocasionalmente. En
países en vías de desarrollo son muy comunes las secciones I, en
los más industrializados son más comunes las vigas tipo cajón,
con moldajes más sofisticados y pesos bastante más altos.
2. En el caso del pretensado en bancos hay una acumulación
considerable de cables en el ala inferior de las vigas, que es de
por sí una zona de muy difícil acceso.
3. En elementos postensados la vaina ocupa casi completamente el
espesor del alma lo que hace conflictivo el hormigonado en las
zonas por debajo de ellas, de hecho el espesor de la vaina es el
que fija el espesor del alma.
4. En estos mismos elementos, los anclajes de los cables en los
extremos van acompañados de recesos de formas diversas y
poseen además una trompeta que también dificulta el
hormigonado.
5. En ambos elementos pre y postensado hay que ubicar los fretajes,
que son los refuerzos que rodean la zona de anclaje de los cables
y torones para tomar las tracciones tan elevadas que se generan
en esas zonas. Estos fretajes tienen una cantidad bastante grande
de acero y además cuando existen múltiples anclajes se producen
interferencias entre fretajes de anclajes vecinos que complican
aún más el hormigonado.
6. Los elementos con postensado transversal poseen ductos o
vainas que atraviesan la sección y que casi siempre están
ubicados en el patín cruzándose con los cables en elementos
pretensados y por debajo de las vainas longitudinales, lo que
añade conflictos adicionales.
Existen múltiples formas de resolver estas situaciones, entre las que se
destacan:
Jose Bellido de Luna Ingeniero Civil en Obras Civiles. [email protected] http://www.lyl.cl
15
1. Limitación del tamaño máximo del árido.
2. Empleo de plastificantes y súper plastificantes que ofrecen un
hormigón con conos muy elevados (algunos hasta 20 cm.) sin
afectar la resistencia.
3. Empleo de Hormigón Autocompactante.
4. Diseño de moldajes adecuados que permitan el uso simultáneo de
vibradores acoplados y vibradores tradicionales.
5. Diseño de moldajes con ventanas de hormigonado que permitan el
acceso del vibrador de sonda a lugares incómodos.
En todo caso también existen múltiples productos que permiten la
reparación de elementos con problemas de nidos, pero lo cierto es que un
elemento tiene que concebirse para ser hormigonado y salga con una
determinada calidad sin ningún tipo de reparación.
Por otra parte si bien el hormigón pretensado es más "noble" para ser
reparado, cualquier tipo de reparación deberá ser bien estudiada dependiendo
si ha existido o no algún tipo de transferencia de fuerza, en cuyo caso se
dificulta más la reparación que la de un elemento tradicional.
La patología y la reparación a ella asociada de elementos pretensados es
una técnica que requiere de una gran experiencia, y un elevado conocimiento
de todos los fenómenos que ocurren en estas estructuras con tensiones
artificialmente creadas, por lo que se reitera que cualquier posible conflicto
referido al hormigonado deberá ser resuelto eficientemente de tal modo que los
elementos tengan una calidad impecable.
Jose Bellido de Luna Ingeniero Civil en Obras Civiles. [email protected] http://www.lyl.cl
16
Clases de Hormigón.
En el Código ACI 318 de 1999 que es el que aún se encuentra vigente
en Chile existen las siguientes limitaciones para las tensiones admisibles en el
Hormigón:
•
Los esfuerzos en el hormigón inmediatamente después de la aplicación
del pretensado (antes de las pérdidas de pretensado que dependen del
tiempo) no deben exceder de lo siguiente1:
a.
b.
c.
•
Tensión en la fibra extrema a compresión.
Tensión en la fibra extrema en tracción excepto
lo permitido por c.
0,6 f'ci
0,25
Tensión en la fibra extrema en tracción en los extremos
de elementos simplemente apoyados.
0,5
f ' ci
f ' ci
Las tensiones en el hormigón bajo las cargas de servicio (después de
que han ocurrido todas las pérdidas de pretensado) no deben exceder de
los siguientes valores:
a. Tensión en la fibra extrema en compresión
debida al pretensado y a las cargas mantenidas
en el tiempo.
0,45 f'c
b. Tensión en la fibra extrema en compresión debidas
a todas las cargas.
0,6 f'c
c. Tensión de la fibra más traccionada de la zona
precomprimida de tracciones.
0,5
f 'c
Cuando las tensiones de tracción calculadas excedan de estos valores, debe
colocarse armadura adicional adherida (pretensada o no pretensada) en la
zona de tracción para resistir la fuerza total de de tracción en el hormigón,
calculada con la suposición de la sección no agrietada.
Los términos anteriores el valor de la Resistencia a compresión del
hormigón f'ci o f'c se encuentran en megapascales.
1
f'c y f'ci en megapascales.
Jose Bellido de Luna Ingeniero Civil en Obras Civiles. [email protected] http://www.lyl.cl
17
El Código ACI 318-2002 mantiene los límites de resistencia a compresión
pero en lo referente al comportamiento de la sección diseñada a tracción
introduce una clasificación en Clases de Hormigón, delimitando claramente el
nivel de tensiones adoptadas para cada Clase del siguiente modo:
Los elementos pretensados sometidos a flexión serán clasificados como
Clase U; Clase T o Clase C2 basados en el cálculo de los esfuerzos de la fibra
extrema ft bajo las cargas de servicio en la zona de tracción, como sigue:
(a) Clase U3: f t ≤ 7.5 f c ' ;
(b) Clase T: 7.5 f c ' < f t ≤ 12 f c ' ;
(c) Clase C: f t > 12 f c ' ;
Los sistemas de losas pretensadas en dos direcciones serán diseñadas
como Clase U.
Para que se tenga una idea más clara de los valores anteriores, se
tendrá por ejemplo que un hormigón H 40 será clasificado como Clase U si la
tensión en su fibra extrema de tracción es inferior a 37 kg/cm2, como Clase T si
esta se encuentra entre el valor anterior y es inferior a 60 kg/cm2. Será Clase C
si supera el valor anterior.
Las Clases de Hormigón Armado que se introducen en el Código 3182002 tienen su origen en la primera clasificación que apareció en el Código del
CEB-FIP desde 1972, por supuesto mucho más actualizadas, pero la esencia
es la misma; concebir el Hormigón Armado como un solo material en el cual, si
no se superan las tensiones admisibles de tracción en las fibras extremas bajo
las cargas de servicio, considerada a partir de este momento como f t ≤ 7.5 f c ' 4
entonces se está en presencia de un elemento totalmente pretensado y se
clasifica como Clase U5.
Si su tensión de tracción se encuentra entre la tensión admisible de
tracción y el valor de f t ≤ 12 f c ' , se considera que esta en una etapa de
transición y se clasifica como Clase T. Si supera esta tensión entonces clasifica
2
Las siglas que definen las Clases tienen el siguiente origen: U por uncraked; no fisurada, T por transition;
transición entre fisurada y no fisurada y C por craked; fisurada.
3
f´c en psi
4
5
f’c en psi.
Las siglas que definen las clases tienen el siguiente origen: U por uncraked; no fisurada, T por transition;
transición entre fisurada y no fisurada y C por craked; fisurada.
Jose Bellido de Luna Ingeniero Civil en Obras Civiles. [email protected] http://www.lyl.cl
18
como Clase C, fisurado y no tienen ninguna limitación de tensión admisible de
tracción al igual que los elementos sin ningún tipo de preesfuerzo6.
La clasificación asumida en el Código, es un gran paso de avance en lo
que respecta al conocido Criterio Unificado de Diseño. Esta metodología, que
se ha estado desarrollando desde hace ya más de 30 años, incluye una
formulación única de diseño de secciones transversales, en las cuales se
obtiene indistintamente el área de acero pretensado y el área de acero
ordinario. Si se desea un elemento en clase U, totalmente pretensado, se anula
el término del acero de alto límite elástico (Ap), mientras que si se diseñan
elementos de hormigón armado se anula el término, correspondiente al área de
acero ordinario (As).
Pero lo mas importante de la metodología del Criterio Unificado se
encuentra en las comprobaciones por estados en cargas de servicio, en las
cuales es indispensable (y obligatorio según la tabla R18.3.3 de la citada
referencia), el uso de métodos de compatibilidad de deformaciones que
emplean las relaciones bilineales de momento-deformación y secciones
fisuradas equivalentes7.
La Tensión Admisible Límite de Tracción del
Hormigón.
La resistencia a tracción del hormigón considerada como 1,6. f c ' ; en
kg/cm2; 0,5. f c ' ; en MPa; 6. f c ' en psi. Es un valor que ha sido aceptado hace
ya bastante tiempo por los códigos de diseño anteriores a 1989. en esta edición
el valor se incrementa en un 25 % tal como se menciona en el punto anterior a
7.5 f c ' en psi.
En los códigos anteriores a 2002, se permitía utilizar el valor máximo
admisible de resistencia a tracción como el doble del especificado, siempre que
se considerase en el diseño las secciones transformadas agrietadas y se
utilizaran las relaciones bilineales de momento-deformación8. Es decir, ya
existía un reconocimiento a los elementos que en el Código 2002, son incluidos
dentro de la clase en Transición. Para aclarar estos valores se ha incluido la
tabla N° 1.
6
Véase la tabla R18.3.3
7
Punto 9.5.4.2. de la Referencia N°3.
Punto 18.4.2. de las Referencias N°1 y N° 2.
8
Jose Bellido de Luna Ingeniero Civil en Obras Civiles. [email protected] http://www.lyl.cl
19
f’c
fc
(1989- (198995-99) 95-99)
kg/cm2 kg/cm2
250
25
300
27
350
30
400
32
450
34
500
35
550
37
600
39
fc(1989fc(2002)/f’ fc lim fclim/f´c
95-99)/f´c fc(2002
c
Clas
%
%
)
%
eT
kg/cm2
kg/c
m2
10
31,4
12,6
50,3
20,1
9.1
34,4
11,5
55,1
18,4
8.5
37,2
10,6
59.5
17,0
7.9
39,8
9,9
63,6
15,9
7.5
42,2
9,4
67,5
15,0
7.1
44,5
8,9
71,1
14,2
6.7
46,6
8,5
74,6
13,6
6.5
48,7
8,1
77,9
13.0
Tabla N° 2.1 Valores comparativos de los límites de las clases de hormigón.
En la tabla puede observarse que el mencionado incremento del 25 % en
la resistencia a tracción del Hormigón redunda en aproximadamente un 2% de
incremento en la relación entre esta resistencia y la resistencia a compresión lo
cual, a juicio de los autores no resulta significativo, pero es una llamada de
alerta a los calculistas que operan mucho con estos valores.
El acero para pretensar.
Para el hormigón pretensado son adecuados solamente los aceros de
altas resistencia, ya que parte del alargamiento obtenido al tensar y con ello, la
fuerza de pretensado, se pierde por diversas causas. La fuerza de pretensado
disminuye en un rango que depende en mucho de la relación entre el
acortamiento del hormigón y el alargamiento inicial del acerco. Esta pérdida de
fuerza será menor cuanto mayor sea el alargamiento elástico del acero al
pretensar.
Cómo los módulos de elasticidad de los aceros usados para pretensar
varían solamente entre 1.900.000 kg/cm2 y 2.100.000 kg/crn2, el alargarmiento
que se obtiene depende casi exclusivamente de la resistencia y de la
correspondiente tensión admisible en el momento del tensado. Mientras mayor
sea la fuerza a la que se pueda tensar, y por tanto alargar el acero, tanto menor
será la cantidad de acero y la proporción de fuerza de pretensado introducidos,
hasta cierto punto inútilmente, para compensar las pérdidas.
Jose Bellido de Luna Ingeniero Civil en Obras Civiles. [email protected] http://www.lyl.cl
20
EI acero para pretensar se conoce también con el nombre de Acero de
Alto Límite Elástico (ALE), fundamentalmente por la forma que adquiere su
gráfico de tensión vs deformación en el que se aprecia la altura del límite de
proporcionalidad entre la tensión y la deformación que difiere del gráfico del
acero estructural que posee un límile de proporcionalidad mucho más bajo y un
característico escalón de fluencia, Fig. 1.
En el gráfico de los aceros ALE hay dos valores muy importantes a
destacar; uno es la Resistencia última (fpu) y el otro la Resistencia a la fluencia
(fpy). La resistencia última es la carga máxima que resiste el acero para el cual
el fabricante da un valor conocido como carga de rotura "mínima especificada"
que significa que en ningún caso el material se romperá o fallará por debajo de
ese valor.
20 000
fpu = 19 000
= f ps
270 k
ksi
270
= f ps
250 k
fpu = 17 600
fpy = 16 200
si
250 k
fpy = 15 100
ESFUERZO kg/cm2
15 000
10 000
6
Ep = 1.90 x 10 kg/cm2
1
5 000
0
0.010
0.020
0.030
0.040
DEFORMACION
Figura 2.3. Diagrama de tensión v/s deformación para aceros de alto límite
elástico.
Jose Bellido de Luna Ingeniero Civil en Obras Civiles. [email protected] http://www.lyl.cl
21
La resistencia a la fluencia también debe ser especificada dado que este
acero no posee un claro escalón de fluencia. Se torna por definición como el
punto del gráfico de tensión vs deformación en el cual una recta que parte de la
abcisa correspondiente a un 0,2 % de deformación, con pendiente igual a
2.000.000 kg/cm2 corta el gráfico y físicamente corresponde al punto a partir del
cual, si se produce la descarga del elemento, este queda con una deformación
remanente del 0,2 %. Sin embargo, a efectos prácticos definidos por las normas
que regulan los ensayes, se toma como el valor de tensión que corresponde al
1 % de deformación. El fabricante también da un valor "mínimo especificado".
Tipos de acero empleados en las obras de hormigón
pretensado.
Alambre: Refuerzo de sección entera también conocido como hilo o hebra
que por lo general se surninistra en rollos. Puede ser de sección lisa o con
pequenas hendiduras que mejoran la adherencia y que en algrmos paises se
conoce como de perfil periódico.
Torón: Refuerzo compuesto por haces de alambres torcidos en forma de
hélice alrededor de un eje longitudinal común, el cual se forma mediante un
alambre recto con un diámetro ligeramente superior al resto. Los números
preferidos de alambres enrollados son: 7 y 19.
Cable: Refuerzo compuesto al igual que el torón por alambres torcidos en
forma de hélice pero en este caso el eje común está vacio o sea la totalidad de
los alambres están toicidos pero también en la gran mayoria de los casos, el
término "cable" se emplea como un genérico que abarca lo mismo el torón qué
el cable propiamente dicho.
Varilla: Refuerzo de sección entera de diámetro mucho mayor que los
alambres de sección lisa o corrugada que se suministra siempre en longitudes
recta.
Tendón: También se usa como um genérico para definir cualquier tipo de
acero sometido a tensión, pero en muchos casos se refiere a cables o torones
envueltos en una vaina plástica que se emplean para los puentes colgantes o
atirantados.
En el mercado tradicional existen diferentes tipos de aceros para pretensar,
desde los simples alambres que se emplean únicamente para el pretensado de
losas, postes, durmientes y viguetas; hasta los torones compuestos
mayormente por 7 alambres para elementos pretensados de grandes
Jose Bellido de Luna Ingeniero Civil en Obras Civiles. [email protected] http://www.lyl.cl
22
dimensiones como las cerchas y vigas para puentes y otras obras mayores, que
son los empleados para postensado. Como un producto intermedio también
existen cordones de dos y tres alarnbres enrollados que se usan mucho en el
pretensado de losetas PI y vigas. La figura 2.2 a muestra la disposición del
torón de 7 alambres donde se observan los seis alambres enrollados
helicoidalmente a un central de mayor diámetro.
Figura 2.2 Disposición de los alambres en torones y cables.
La figura 2.2 b muestra el misrno torón después de ser sometido al proceso de
estirado en caliente. Este proceso que se viene utilizando desde hace ya varios
años, es un proceso termo mecánico al cual también pueden someterse los
alambres individuales y provoca una mejoría en las propiedades elásticas del
acero, conduciendo a lo que se denomina como un comportamiento de
relajamiento "normal" a los aceros no sometidos al proceso y de relajamiento
"bajo" a los que son sometidos al proceso.
EI relajamiento es la pérdida de tensión que experimenta un cable
después de un cierto periodo de tiempo al que se tensa, para una carga
determinada, bajo condiciones de longitud y temperatura constantes. El
fabricante deberá brindar el valor promedio de relajación del cable asi como la
temperatura y la carga a la que fue obtenido esle valor.
La figura 2.2 c muestra la disposición del cable de 7 alambres donde se
observan los alambres enrollados helicoidalmente alrededor de un eje central
imaginario.
Jose Bellido de Luna Ingeniero Civil en Obras Civiles. [email protected] http://www.lyl.cl
23
Tensiónes Admisibles en los cables de pretensado.
De acuerdo a la Especificación ACI 318-99 (ratificadas en 2002) las tensiones
de tracción en los tendones de pretensado no deben exceder:
a. Debido a la fuerza del gato de pretensado
0,94 fpy
Pero no mayor que el mínirno de 0,80 fpu y el máximo valor recomendado por el
fabricante de cables de pretensado o dispositivos de anclajes.
b. Inmediatamente después de la transmisión del
pretensado
0,82 fpy
Pero no mayor de 0,74 fpu
c. Cables de postensado, en anclajes y acoplamientos,
inmediatamente después del anclaje de cables
0,70 fpu.
A continuación se analizan los tres casos más comunes que se
presentan, para ello es importante transformarlos en función de la misma
variable para realizar la comparación.
Tipo de Acero
Acero
de
baja
relajación
Acero de relajación
normal
varillas
fpy
0,9 fpu
fgato
0,85 fpu
fancl
0,74 fpu
fgato rec.
0,80 fpu
0,85 fpu
0,80 fpu
0,70 fpu
0,75 fpu
0,80 fpu
0,75 fpu
0,66 fpu
0,70 fpu
El valor de fpy corresponde al límite de poporcionalidad entre las
tensiones y las deformaciones por lo que no podia superarse bajo ningún
concepto. En la tabla anterior se aprecia que se está imponiendo un factor de
seguridad del 5 % entre la fuerza máxima permisible en el gato y e valor de fpy.
La columna de valores recomendables parte de nuestra experiencia personal en
el diseño de elementos pretensados y fija un 10 % de seguridad respecto al
valor de fpy. Esto que a simple vista podría parecer exagerado y poco
económico, resuelve muchos problemas que se presentan en la práctica diaria
del trabajo de elementos pretensados.
Jose Bellido de Luna Ingeniero Civil en Obras Civiles. [email protected] http://www.lyl.cl
24
Todos los aceros que se empleen para pretensar en el país deberán
venir con su certificado de ensayes ya que en estos momentos no existe ningún
laboratorio nacional que certifique este tipo de ensayo. En el Anexo A se
muestra un Certificado de Ensayes correspondiente a uno de los lotes de
cables utilizados en el viaducto del metro de Santiago.
EI certificado debera reflejar las especificaciones que se le solicitan al
cable o alambre según la norma ASTM. Estas deberán aparecer claramente
reflejadas en la primera pagina del certificado como son:
- Especificación del Cable:
Se debe indicar que norma se utilizará para las especificaciones.
Según la Norma Chilena vigente, basada en el ACI, los cables para el
acero de presfuerzo deberán cumplir alguna de las especificaciones siguientes:
ASTM A 421 para alambres de relajación normal.
ASTM A 421 con el suplemento para alambres de baja relajación.
ASTM A 416 para cables y torones de relajación normal.
ASTM A 416 con el suplemento para cables y torones de baja relajación.
ASTM A 722 para varillas.
Según la norma que corresponda, en el ensaye deberán verificarse
determinadas características del torón, entre las que se aprecian:
Diametro Nominal:
Tolerancias de diámetro:
Área de acero nominal:
Peso unitario nominal:
Pitch:
Resistencia mínirna a la rotura:
Resistencia mínirna a la fluencia (dada por la carga al 1 % de
elongación):
Elongación mínima:
Alambres individuales:
Mínima diferencia entre el diámetro del alambre central y el de los
exteriores.
El ensaye deberá informar los valores reales de los parámetros
anteriores, así como las curvas de tensión deformación y el valor real del
Jose Bellido de Luna Ingeniero Civil en Obras Civiles. [email protected] http://www.lyl.cl
25
módulo de elasticidad del torón, cable, alambre o varilla con el qur se calculará
la elongación real esperada para la fuerza inicial aplicada.
Cada rollo o bobina deberá poseer su propio certificado de ensaye, sin el
cual no será permitido su uso.
En definitiva, el acero que será utilizado para pretensar deberá tener las
siguientes especificaciones técnicas bien claras y precisas.
1.- Resistencia garantizada a la rotura.
Fijadas por el proyectista, garantizada por el suministrador del acero y
comprobada en el ensaye de rotura exigido al contratista de la obra. Sus
valores pueden estar expresados en unidades de fuerza o tensión. Si se
expresan coma fuerzas también deberá especificarse el valor real del área del
cable suministrado o en su defecto, su peso real por metro lineal.
2.- Límite convencional de elasticidad.
Deberá ser debidamente comprobado en el ensaye a partir de la tensión
al 1 % de elongación. También puede ser expresado en unidades de fuerza o
tensión.
3.- Relajamiento.
Debe quedar claramente establecido si el cable es de relajación normal o
de baja relajación, pues partiendo de este parámetro como se pudo ver, se fijan
las rnagnitudes de las tensiones admisibles en la norma.
Las normas francesas plantean que el % de relajamiento de un cable se
determina a las 1000 horas, a 20° C, tensado al 70 % del límite de rotura real del
acero o al 80 % de la resistencia garantizada por el fabricante.
4.- Tensiones admisibles.
Las tensiones a aplicar en gato no pueden superar por ninguna causa el
valor límite de fpy para cualquier tipo de acero que se esté empleando para
pretensar.
Características de comportamiento exigidas al
acero de alto límite elástico.
Jose Bellido de Luna Ingeniero Civil en Obras Civiles. [email protected] http://www.lyl.cl
26
1. Resistencias elevadas, para mantener reducidas las pérdidas del esfuerzo
de pretensado debidas a la retracción y fluencia lenta del hormigón o por
relajamiento del acero. El límite de alargamiento 0,01 % debe ser alto para
que el relajamiento sea pequeño. El límite 0,2 % también debe ser alto,
para que pueda comportarse elásticamente en caso de excesos de carga
y que sea posible aprovecharlo al máximo para la carga portante
requerida.
2. Buena tenacidad, para que no sufra una rotura frágil por defectos
mecánicos (entalladuras), por deformación en frío junto a los anclajes, o
por otras causas.
3. Sensibilidad reducida a la corrosión, especialmente a la corrosión por
tensión.
4. Tolerancias pequeñas de las características de la sección, para facilitar el
control del pretensado obtenido; teniendo en cuenta que el valor del
alargamiento es empleado como medida de control del proceso de
tensado, comparándolos con los calculados previamente sobre la base de
la magnitud de la fuerza a utilizar en el tensado.
5. Grandes longitudes de fabricación para evitar empalmes y pérdidas de
material.
6. Para el pretensado en banco y para los anclajes por adherencia deben
darse las condiciones de limpieza para la obtención de una elevada
resistencia de adherencia.
Corrosión en el Acero de Alto Límite Elástico.
El acero de alto límite elástico está sometido a tensiones, lo cual incrementa
enormemente el efecto de la corrosión.
Las normas permiten un tiempo máximo permisible de 35 días entre el tensado
y la inyección (en elementos postensados), si por alguna causa se estima que
podría sobrepasar este tiempo, las vainas deberán ser inyectadas con aceite
soluble para prevenir la corrosión.
La corrosión en el acero origina pérdidas de sección en determinados puntos,
como este se encuentra sometido a tensiones elevadas, una pequeña pérdida
Jose Bellido de Luna Ingeniero Civil en Obras Civiles. [email protected] http://www.lyl.cl
27
de sección, aumenta la tensión en el área restante, con el peligro que esto
puede acarrear.
Todas las medidas necesarias para la protección contra la corrosión deberán
ser observadas con rigurosidad desde el proceso mismo de su fabricación,
durante su transporte y su bodegaje.
Un acero con una ligera capa de corrosión no puede ser aceptado bajo ningún
concepto, el mismo deberá rechazarse de inmediato.
El Acero Ordinario.
En los elementos de hormigón pretensado, aparte de las armaduras tensadas
en que se usa acero de alta resistencia, se emplean también armaduras de
acero corriente, ya sea por especificación o por cálculo, colocado tanto en la
dirección longitudinal como transversal.
El acero ordinario (armadura pasiva) en los elementos Clase U, cumple una
función de ductilidad y no es considerado en el cálculo, en los elementos Clase
T y C, el acero ordinario es diseñado para tomar la fracción de carga que se
genera después que la sección ha fisurado.
Las razones por las cuales se colocan las armaduras de acero ordinario son
diversas. En la dirección longitudinal se emplean para resistir los esfuerzos de
flexión, también sirven para absorber tensiones debidas a temperaturas y
retracción, y para repartir el efecto de las cargas puntuales. Y sirven para
incrementar la ductilidad del elemento en la etapa de agotamiento. En la
dirección transversal, se emplean para resistir tracciones originadas por
esfuerzo de corte y torsión. Las barras de acero ordinario deben cumplir con las
siguientes normas:
1. NCh 204 Of. 77 => "Acero: Barras laminadas en caliente para hormigón
armado. Especificaciones".
2. NCh 210 Of. 67 => " Acero: Barras con resaltes para hormigón armado.
Requisitos de los resaltes".
3. NCh 211 Of. 69 => " Barras con resaltes en obras de hormigón armado".
Características mecánicas del acero ordinario.
Jose Bellido de Luna Ingeniero Civil en Obras Civiles. [email protected] http://www.lyl.cl
28
El conocimiento de las características del acero es esencial, tanto para el
proyectista como para el constructor de estructuras pretensadas (sea total o
parcial). El diagrama de tensión-deformación del acero ordinario permite tener
una visión general respecto a sus estados límites.
ESFUERZO Kg / cm2
4 20 0
A CERO 1030
L IM IT E D E F L U E N C IA
S U P E R IO R
2 80 0
L IM IT E D E F L U E N C IA
IN F E R IO R
14 00
0
0 .05
0 .10
0.15
0.2 0
0.2 5
D E F O R M A C IO N m m / m m
Figura 2.3.- Diagrama tensión v/s deformación de un acero ordinario.
Dispositivos para el Tensado.
Equipos.
El equipo que se utiliza para el pretensado consta de tres partes fundamentales:
la bomba, el gato y las mangueras de conexión.
La bomba hidráulica para pretensar.
La bomba es un compresor hidráulico tradicional que envía líquido a alta
presión al gato para generar la fuerza necesaria para el tensado. La presión
llega al gato a través de una manguera de alta resistencia. Y la lectura de la
presión se lee en un manómetro que se encuentra en la bomba. La medida de
la presión manométrica se utiliza sólo como referencia, ya que la fuerza dada al
cable se comprueba siempre a través de la elongación.
Tiene que existir una clara correspondencia entre la presión que proporciona la
bomba, que se lee en un mamómetro ubicado en el panel de control de la
Jose Bellido de Luna Ingeniero Civil en Obras Civiles. [email protected] http://www.lyl.cl
29
bomba, y la fuerza que entrega el gato para esa presión de lectura. Para lograr
esa correspondencia se realizan las calibraciones de gatos y bombas.
Calibrar una bomba consiste en determinar los valores de presiones
manométricas que se leen en la escala del manómetro para una delerminada
fuerza en el gato. Para ello se utiliza una celda de carga, a esta celda se le fijan
valores de fuerza y se lee la presión manométrica que corresponde a cada valor
predeterminado. Este proceso se realiza en laboratorios acondicionados a tal
efecto.
También se permite realizar una calibración indirecta que consiste en calibrar
un manómetro patrón por el método antes mencionado en el laboratorio y
después calibrar los restantes manómetros tomando como referencia el patrón
que se guardará cuidadosamente bajo determinadas condiciones de
temperatura y humedad.
De todos modos la medida de la presión manométrica se utiliza solo como
referencia ya que la fuerza dada al cable se comprueba siempre a través de la
elongación.
En muchos paises se considera obsoleto también medir la fuerza mediante la
elongación y se ha extendido mucho el uso de manómetros digitales acoplados
al gato que dan el valor exacto de la fuerza que se está transmitiendo al cable.
Este procedimiento elimina por un lado las pérdidas parásitas que ocurren entre
los gatos y la homba a través de la manguera, así como la descalibración que
sufre la bomba por su uso frecuente.
El periodo de calibración de las bombas debe ser claramente establecido por la
inspección y depende principalmente de la calidad de las bombas y el estado
técnico de los equipos utilizados, normalmente se debe calibrar una bomba
cada 1000 tensados.
Jose Bellido de Luna Ingeniero Civil en Obras Civiles. [email protected] http://www.lyl.cl
30
El Gato Monotorón.
Un gato monotorón tal coma su nombre lo indica, es aquel que solo puede
tomar un cable o torón para tensarlo.
Modo de funcionamiento.
Tal como se aprecia en la figura 2.4, el gato se apoya en el cono hembra y lo
comprime contra la placa de anclaje. Una mordaza en el interior del gato
adosada a un embolo, toma el cable.
Al entrar el líquido a presión en la cavidad trasera, empuja el émbolo hacia atras
y las mordazas tiran del cable.
AI Ilegar a la fuerza necesaria, en la cavidad delantera del gato un émbolo más
chico aprisiona la cuña del cono macho contra el cono hembra, liberándose
entonces el cable de la mordaza del gato, siendo capturado por el cono macho
que queda fuertemente apretado dentro del cono hembra quee es el que
transmite la fuerza a la placa de anclaje.
Como la fruerza ejercida por el gato sobre el cable queda registrada hasta que
este se suelta, el rnovimiento que se produce en las cuñas al introducirse el
cono macho en la hembra no queda registrado y se conoce corno "pérdida por
penetración de las cruñas en el anclaje". Esta pérdida se evalúa conociendo la
longitud de penetración que usualmente varia entre los 6 y 9 mm en los conos
de uso común.
La distancia máxima que es capaz de recorrer el gato de una vez, se denomina
"recorrido del gato". Si el recorrido del gato es inferior a la elongación requerida
en el cable, no se puede realizar el tensado de una sola vez y hay que tomarlo
de nuevo tantas veces como sea necesario, es deseable que se tome solo dos
veces, cuando se sobrepasa esta cifra es por que se requiere un gato de mayor
recorrido.
En la medida que el gato debe tomar más veces el cable para realizar el
tensado, más ineficiente es esta faena y por ello tienden a introducirse un
número mayor de pérdidas que en rnuchas ocasiones no es tan simple de
cuantificar. Por lo que el recorrido de tensado es uno de los factores que
mayormente incide a la hora de elegir un gato específico para una determinada
tarea.
Jose Bellido de Luna Ingeniero Civil en Obras Civiles. [email protected] http://www.lyl.cl
31
Figura 2.4.- Etapas de tensado con un gato monotorón...
Jose Bellido de Luna Ingeniero Civil en Obras Civiles. [email protected] http://www.lyl.cl
32
El Gato Multitorón.
El gato multitorón toma varios cables de una sola vez por lo que su
estructura es diferente a la del monotorón con los siguientes elementos, Figura
2.5 :
(a) Placa de anclaje
de cuñas.
(b) Apoyo delantero.
(c) Placa de tope.
(d) Carcaza central.
(e) Placa de tensado
de cables.
Figura 2.5.- Partes de un gato multitorón
Los cables pasan por el interior de la carcaza central donde se aloja el
émbolo de tensado. Esta carcaza se apoya en la placa de anclaje de los cables
mediante el apoyo delantero (b), con posterioridad se coloca la placa de anclaje
de cuñas (c) que se mantiene fija en su interior y evita que las cuñas de los
cables se muevan de su posición mientras se está halando el cable. La placa de
tensado (e) es la que se fija al émbolo y se mueve hacia atrás en el acto del
tensado.
El apoyo delantero, la placa de anclaje de las cuñas y la placa de
tensado, forman una especie de juego que depende de los grupos de cables
que se están tensando cada vez. hay números preferidos para agrupar los
torones como son el 7, 12 y 19 por lo que casi todos los gatos tienen estos tres
juegos de apoyo y placas, sin embargo se pueden tensar grupos desde 5
cables en adelante y en el proyecto deberá aparecer la distribución del grupo en
la circunferencia del anclaje.
Jose Bellido de Luna Ingeniero Civil en Obras Civiles. [email protected] http://www.lyl.cl
33
Modo de funcionamiento.
1.- Armado del equipo.
Para armar el equipo primero se hacen pasar los cables y las cuñas por
el apoyo delantero y se fija contra la placa de anclaje, figura 2,6. Se coloca la
placa de anclaje de cuñas y se fija contra las cuñas de los cables. Se coloca
entonces la carcaza con los hidráulicos. Finalmente, se introducen los cables en
la placa de tensado y se le colocan las cuñas que en este caso funcionan como
la mordaza que tenía el gato monotorón. Las cuñas deberán quedar bién fijadas
a la placa de tensado por lo cual se emplea un tubo con el que se golpean a fin
de introducirlas varios rnilimetros en la placa. En uno de los cables se coloca
una pletina que se emplea como patrón para rnedir la elongación.
Figura 2.6.- Colocación del gato multitorón.
Jose Bellido de Luna Ingeniero Civil en Obras Civiles. [email protected] http://www.lyl.cl
34
2.- Tensado de cables y anclajes de cuñas.
El sistema hidráulico empuja la placa de tensado hacia atrás hasta llegar
a la fuerza necesaria. como la placa de anclaje de cuñas permanece inmovil, al
soltar el cable este arrastrará las cuñas hasta quedar anclado una longitud
mayor que en el gato rnonotorón, por lo que la pérdida por este concepto será
mayor en este tipo de gatos. (figura 2,7).
Figura 2.7.- Tensado con el gato multitorón.
También los gatos multitorones tienen su recorrido de tensado y se
estipula que sea utilizado dos veces como máximo en el tensado de un mismo
cable para que no se produzcan pérdidas excesivas.
A diferencia del gato momotorón, en los gatos multitorones, al devolverse
el émbolo a su posición original, éste avanzará la distancia que penetraron las
cuñas, por lo que la pérdida por penetración en el anclaje puede medirse con
bastante exactitud.
Jose Bellido de Luna Ingeniero Civil en Obras Civiles. [email protected] http://www.lyl.cl
35
Capítulo 3. Controles al proceso de fabricación de
un elemento pretensado.
El
Banco
fundamentales.
de
pretensar.
Algunos
tipos
La principal diferencia existente entre el hormigón pretensado y el
postensado radica en que en el primero se tensan los cables antes de fragüar el
hormigón y en el segundo caso se tensan los cables después de fragüado el
hormigón.
A los efectos de diseño del elemento pretensado o el postensado, no
existen diferencias sustanciales, pues el fenómeno de la adquisición de la
fuerza en el hormigón ocurre "antes de" que se encuentre sometido a la acción
de las cargas para las que fue calculada la fuerza de pretensión. Existen sin
embargo algunas pequeñas diferencias entre ambos métodos originadas por:
1.- La trayectoria siempre recta de los cables en el pretensado.
2.-La estimación de las pérdidas que están presentes los dos
procedimientos.
Sin embargo, son sistemas constructivos obviamente distintos y por ello
tienen grandes diferencias en lo que respecta a la tecnología empleada, al
método de control a utilizar y específicamente a las variables que intervienen en
el proceso de control y fiscalización de las actividades que se realizan.
El principal elemento que interviene en el proceso de pretensado es el
Banco de pretensar.
Un banco de pretensado es un dispositivo mediante el cual quedan
anclados los cables previamente tensados a dos elementos fijos, estos
elementos, llamados cabezales, permiten mantener la fuerza hasta que se
realice el hormigonado del elemento y más tarde se pueda proceder a transferir
la fuerza de los cables al hormigón.
Jose Bellido de Luna Ingeniero Civil en Obras Civiles. [email protected] http://www.lyl.cl
36
Partes de un Banco de Pretensado.
1.- Cabezal de anclaje.
2.-- Macizo de anclaje.
3.-- Cancha de hormigonado.
Cabezal de anclaje.
El cabezal de anclaje es el elemento donde se fijan los cables cuando
son tensados.
Generalmente están compuestos por varias placas de acero colocadas
unra al lado de la otra en forma de "libro", separadas entre sí a una distancia
que permita el paso de los cables con una pequeña holgura (5-7 mm). Estas
placas pueden colocarse horizontales o verticales.
En el caso que se vayan a emplear fuerzas no muy elevadas en
elementos muy específicos tales coma viguetas o postes, se usan también
como cabezales unas vigas metálicas de sección doble "T" con perforaciones
en las alas y atiesadores en los puntos por donde pasan los cables.
Los cabezales transmiten la fuerza al macizo de anclaje, al que pueden
estar completamente fijados o pueden ser cabezales móviles que se ubican en
diferentes partes de la cancha para permitir el hormigonado de elementos de
diferente longitud.
Macizo de Anclaje.
Es el elemento que recibe las reacciones de las fuerzas de tensado de
los cables, se encarga de mantener el equilibrio en toda la instalación de
pretensado y además interactuar con el suelo.
Existen infinitos tipos de Macizos de Anclaje con infinitas y muy
ingeniosas formas de lograr el equilibrio de las fuerzas que se generan en la
acción del pretensado. Estas formas dependen principalmente del factor
económico que se encuentra detrás de toda inversión de infraestructura, pero
principalmente existen dos tipos bien definidos de macizos de anclaje:
1.- Macizos Aislados de la cancha de hormigonado llamados también
macizos de gravedad.
2.- Macizos unidos a la cancha de hormigonado.
Jose Bellido de Luna Ingeniero Civil en Obras Civiles. [email protected] http://www.lyl.cl
37
Macizos Aislados.
El cálculo de estos macizos se basa en la gravedad de sus pesos y en la
forma que se le da a esta masa de hormigón. (figura 3.1)
Figura 3.1.- Macizo de Gravedad.
La condición de funcionamiento del Cabezal se genera a partir de una condición
de resistencia de suelo y dos condiciones de estabilidad:
Condición de resistencia.
La resultante R, que se obtiene al componer T (fuerza total de pretensado) y P
(Peso total del macizo aplicado en su centro de gravedad) debe pasar por el
tercio central de la base. O sea que las tensiones en el suelo obedecen a un
diagrama trapecial, no se permiten tensiones de tracción en el suelo. Figura 3.2.
Condición de estabilidad al vuelco.
EI momento de estabilidad respecto al punto A, tiene que ser como mínimo dos
veces mayor que el momento de vuelco o sea:
T x d = Momento de vuelco.
P x n = Momento estabilizante
FS = Mv/Me = 2
Jose Bellido de Luna Ingeniero Civil en Obras Civiles. [email protected] http://www.lyl.cl
38
Figura 3.2.- Sistema de fuerzas en un Cabezal de Pretensado.
Condición de estabilidad al deslizamiento.
La fuerza resultante de los cables debe ser 1,5 veces inferior a la fuerza
horizontal resultante del empuje pasivo del suelo contra la pared trasera del
macizo.
T = fuerza de los cables.
Ep = 1/2 H2 Kp.
FS = Ep/T = 1, 5
Si esta condición no se cumple o se cumple apretadamente se permite colocar
tacones antideslizantes.
Jose Bellido de Luna Ingeniero Civil en Obras Civiles. [email protected] http://www.lyl.cl
39
Las desventajas de esta solución son las siguientes:
1.- Dimensiones considerablemente grandes del macizo de anclaje.
2.- Requiere también una elevada resistencia en el suelo hacia el que se
transmiten las cargas comúnmente del orden de 4 a 6 kg/cm2 para que las
dimensiones de los macizos sean razonables.
Existe una variante de este tipo de macizo que son Ios llamados macizos
pantalla.
Este macizo está formado por tres elementos esenciales:
- Un macizo de anclaje propiamente dicho, de regulares dimensiones,
que se emplea para anclar no solo las placas o el cabezal de anclaje, sino que
en el también se anclan en la parte opuesta a la cara de tensado.
- Un tensor o grupo de tensores que transmiten parte de la fuerza de
tracción a:
- Un muro pantalla ubicado a una determinada distancia detrás del
macizo.
El sistema macizo-tensor-muro pantalla resiste la fuerza de tracción
basado principalmente en el peso del suelo ubicado entre la pantalla y el
macizo. Otro sistema parecido a este sustituye el muro pantalla por un grupo de
pilotes que resisten la tracción por fricción con el suelo circundante.
Jose Bellido de Luna Ingeniero Civil en Obras Civiles. [email protected] http://www.lyl.cl
40
Macizo vinculado a la cancha de hormigonado
La cancha de homigonado normalmente es un radier sobre el que se
fijan los moldajes de los elementos a hormigonar. En el pretensado es
sumamente importante que el moldaje esté perfectamente fijado al suelo para
que no exista, bajo ningún concepto, un desplazamiento entre los cables
anclados a los cabezales y el moldaje que deberá retener el hormigón hasta
que fragüe, por lo que normalmente las canchas de hormigonar se hacen de
buena calidad.
Es por esta causa que en el mundo se ha regularizado el sistema que
vincula el macizo de anclaje con la cancha de hormigonado, que se convierte
entonces en una losa armada de un espesor considerable, 30 a 6O cm.
dependiendo de la fuerza máxima de diseño del banco. La losa se diseña como
una columna. En este caso el macizo de anclaje también cumple solo la función
de alojar el cabezal de anclaje.
Figura 3.3.- Macizo vinculado a la cancha de hormigonado.
Este sistema es óptimo cuando el banco de pretensar se ubica en suelos
de muy poca resistencia ya que las reacciones que se transmiten a este son de
muy bajo valor, el suelo trasero del macizo de anclaje deberá resistir solo la
componente de la fuerza de pretensado distribuida en su altura.
La desventaja de este sistema reside en el espesor que necesita la losa
para resistir las compresiones sin que exista el fallo por esbeltez, pero esto
Jose Bellido de Luna Ingeniero Civil en Obras Civiles. [email protected] http://www.lyl.cl
41
también puede ser resuelto en un grado considerable por el proyectista del
banco.
Otros tipos de bancos de pretensado pueden ser hechos con vigas
empleadas como medio de transmición de las fuerzas, además pueden estar
incorporadas al moldaje e incluso formar parte de el. Estas vigas transmisoras
pueden ser de acero o de hormigón. Hay un sistema de este tipo que está
formado por un todo único banco y moldaje que son muy usados cuando los
elementos pretensados son prefabricados en plantas que se construyen para
una sola obra o que "viajan" con la obra como es el caso de vigas para puentes
de carreteras muy largas.
De todo lo que se ha expuesto hasta el momento hay que distingir
entonces, que es lo que se debe controlar en una obra que contenga elementos
pretensados:
Primero, el encargado del control de la obra deberá solicitar al
contratista un croquis del banco de pretensado donde aparezcan bien indicadas
las dimensiones del mismo con todas sus partes. Solicitará además una
memoria de cálculo en la que se indicarán las fuerzas que intervienen en el
diseño y cómo se prevee su disipación con el suelo y finalmente el informe de
mecánica de suelos del lugar donde se ubicará el banco.
Segundo, si existiese algún tipo de dudas o faltasen datos que no pueda
determinarse con suficiente seguridad, desde el punto de vista teórico, que no
va a existir un desplazamiento de los cables cuando estén en tensión entonces
habrá que realizar las mediciones que sean necesarias para tener un nivel de
seguridad adecuado y evitar no solo una posible falla del banco, sino la
aparición de pérdidas en el proceso de tensado las cuales en ningún caso han
sido consideradas por el proyectista.
Téngase en cuenta que el proyectista que diseña elementos pretensados
en bancos no considera para nada una posible pérdida debido al
desplazamienlo de los cabezales, por lo que se debe ser muy riguroso en este
aspecto.
Tercero, debe controlarse también con sumo cuidado la fijación de los
moldajes al suelo o a la cancha de hormigonado. El moldaje liene que estar
perfectamente fijado en las tres direcciones de modo que no exista la
posibilidad de un movimiento relativo entre el moldaje fijado al piso y los cables
fijados a los cabezales de anclaje. Este aspecto, que es subestimado por
muchos constructores, es el que más problemas crea en los elementos
pretensados.
Jose Bellido de Luna Ingeniero Civil en Obras Civiles. [email protected] http://www.lyl.cl
42
Los desplazamientos transversales del moldaje son inaceptables y solo
pueden ser evitados con un correcto diseño de las fijaciones de las tapas de los
moldajes al suelo, muy especialmente cuando se emplean moldajes con
vibradores incorporados que generan grandes fuerzas dinámicas en el proceso
de hormigonado.
Los corrimientos longitudinales del moldaje también son bastante
frecuentes, sobre todo cuando se realiza la transmisión de fuerzas al cortar los
cables y producirse el acortamiento del hormigón.
Generalmente los elementos pretensados tienen variaciones en su
sección transversal entre la cabeza y la sección central, estas variaciones
deben ser correctamente proyectadas con ángulos muy suaves, pero lo cierto
es que en la gran mayoría de los casos es inevitable que el elemento golpee al
moldaje longitudinalmente en el instante de la transmisión de la fuerza si este
no posee ambas tapas abatibles, también está demostrado que este diseño
provoca problemas mayores que no lo tienen los moldajes con una sola tapa
abatible.
Por todo lo explicado se puede concluir que el desplazamiento
longitudinal del moldaje, cuando este tiene una sola tapa abatible es casi
inevitable en el momento de la transferencia, por lo que deberá entonces
controlarse que al hormigonarse una nueva viga, se haya restablecido
previamente la posición original del moldaje.
Una solución muy práctica para este problema es realizar el corte de los
cables alternadamente, o sea un día se cortan los cables desde un extremo de
la viga y al concretar la siguiente viga, se cortan los cables desde el otro
extremo y asi el rnoldaje se desplaza hacia un lado y luego regresa a su
posición original. Pero se insiste que esto deberá estar muy bien controlado y
documentado. Se da por sentado que se está hablando de desplazamientos
pequeños, del orden de hasta 10 mm.
Jose Bellido de Luna Ingeniero Civil en Obras Civiles. [email protected] http://www.lyl.cl
43
Conclusión
Antes de dar por aprobado un banco para pretensar elementos para una
determinada obra deberá cumplir las siguientes condiciones:
1.- Que los cabezales de anclaje resistan la fuerza máxima que se
requiere por proyecto sin deformación que generen pérdidas no
consideradas.
2.- Que el moldaje proyectado tenga las mismas dimensiones que el
elemento proyectado con las tolerancias permitidas por las normas.
3.- Que no exista ninguna posibilidad de desplazamiento entre el moldaje
anclado al suelo y los cables anclados a los cabezales.
4.- Que en el diseño del moldaje se haya tenido en cuenta el
acortamiento del hormigón en el proceso de la transferencia de fuerza y
en consecuencia exista un control sobre las afectaciones que este
fenómeno pueda generar sobre él.
Con toda la información se deberá llenar la ficha de control del hanco
donde quedarán reflejados todos los datos apuntados con anterioridad quee
formarán parte de la Documentación Técnica de la obra.
Controles al elemento.
Todo elemento que va a ser producido industrialmente requiere de una
Hoja de Control o Protocolo en el que deberán ser registrados todos los
"eventos" que van a tener lugar sobre él, de forma tal que, ante la posibilidad de
alguna falla posterior, pueda recurrirse a la documentación y verificar cada una
de las partes que intervinieron en su confección.
En la elaboración de un elemento pretensado además de las faenas que
se realizan sobre un elemento tradicional, se agregan otras no menos
importantes que tienen que ser efectivamente controlados y documentados.
Jose Bellido de Luna Ingeniero Civil en Obras Civiles. [email protected] http://www.lyl.cl
44
Estas faenas adicionales son:
1.- En pretensado:
•
•
•
•
•
Colocación de cables en el banco de pretensado.
Colocación de cuñas y anclajes en los cabezales.
Tensado de los cables.
Hormigonado.
Transferencia de carga.
2.- En postensado:
•
•
•
•
•
Colocación de ductos y anclajes.
Hormigonado.
Introducción de los cables dentro de los ductos.
Tensado.
Inyección.
Control dimensional.
El control dimensional de un elemento prefabricado cualquiera es
sumamente importante para una correcta ejecución del mismo.
Existen múltiples normas de prefabricado en las que se pueden
encontrar las tolerancias permitidas para la fabricación de los elementos. No
obstante a ello, es muy conveniente cuando se elaboran las especificaciones
técnicas para una determinada obra, aclarar explícitamente estas tolerancias,
pues el solo hecho de referirse a una determinada norma puede crear
problemas, incluso de tipo legal, cuando haya que rechazar un elemento o un
determinado lote.
Recuérdese que se está hablando de elementos de un elevado costo,
cuyo rechazo por parte del mandante o la Inspeccion Técnica que este designe,
llevará implícita la pérdida del elemento e incluso su necesaria demolición, pues
es prácticamente imposible ocupar un elemento rechazado en otra obra, e
incluso ocuparlo dentro de una misma obra, sea cual fuere la causa que
provocó el rechazo.
Jose Bellido de Luna Ingeniero Civil en Obras Civiles. [email protected] http://www.lyl.cl
45
Por lo que se insiste en que debe elaborarse un documento muchas
veces Ilamado "Acuerdo de Interpretación" en el que queden claramente
establecidos los criterios de aceptación y rechazo, tanto desde el punto de vista
de resistencias de hormigón, como desde el punto de vista de dimensiones y
sus tolerancias.
En el acápite anterior se analizó todo el asunto vinculado al banco de
pretensar y sus variables en cuanto a la ubicación del moldaje respecto al
banco. Es por ello que el profesional que este a cargo de la revisión de un
elemento pretensado tendrá que estudiar con mucho cuidado cómo se va a
realizar este control y qué es lo que realmente se va a verificar y plasmar en un
documento de control.
Por otra parte hay que dejar claramente establecido, qué medidas van
ser controladas antes de hormigonar el elemento y cuales después de ser
hormigonado, teniendo siempre presente que las primeras se hacen con
carácter preventivo pues pueden ser corregidas, mientras que las segundas se
hacen con un carácter correctivo, es decir, dan lugar a una reparación o
eventualmente un rechazo.
Lo cierto es que, en moldajes bien estudiados, bien diseñados y bien
construidos, el control previo de dimensiones es muy simple y depende
únicamente de las partes del moldaje manipulables que cambian de posición
cada vez que se hormigona el elemento.
Pero los moldajes que son totalmente retirados, en los que todas sus
piezas alteran su posición con cada faena de hormigonado, tienen que ser
exhaustivamente controlados dimensionalmente antes autorizar dicha faena.
Lo mismo ocurre con el control dimensional del elemento terminado. Si
un elemento se fabrica en un moldaje que está perfectamente anclado y
rigidizado tiene que conservar sus dimensiones antes y después de ser
hormigonado.
Está demostrado que en prefabricado vale muchío más hacer una buena
inversión en buenos moldajes, que tener la inseguridad de un posible rechazo
por problemas de este tipo. Y en el caso del hormigón pretensado estos
problemas son fatales. Un corrimiento de moldajes que implique un corrimiento
en la posición de los cables puede provocar el rechazo total de un elemento y
este defecto es prácticamente irreparable, pues el costo de la reparación puede
igualar e incluso superar el propio costo del elemento.
Jose Bellido de Luna Ingeniero Civil en Obras Civiles. [email protected] http://www.lyl.cl
46
Por otra parte, las variaciones dimensionales de los elementos llevan
implícitas variaciones en su peso popio, en el caso del hormigón armado podría
no ser muy importante esta situación, pero en el pretensado hay muchas cosas
en juego. En principio, un incremento general del peso propio por una
sobremedida en algunas partes de un elemento por defectos del moldaje, hace
variar el estado tensional del peso propio considerado. Lo normal que se admite
en estos casos es un 5 % de incremento, para elementos producidos
industrialmente.
El caso contrario también es problemático pero desde otro punto de
vista; un elemento con dimensiones inferiores a las proyectadas generalmente
tiene problemas asociados al recubrimiento, pues las armaduras que se
confeccionan con anterioridad, se hacen siempre respetando los planos, por lo
que una disminución en cualquier dimensión se hace siempre violando las
dimensiones del recubrimiento mínino.
Recomendaciones finales sobre el control dimensional.
1.- El profesional que tenga a su cargo la evaluación o el control de una
planta de elementos pretensados deberá estudiar muy bien la instalación de
hormigonado y revisar los posibles puntos de falla de los moldajes, siempre
partiendo de un criterio de industrialización, fijando claramente mediante el
protocolo, los diferentes puntos que serán controlados, prestando una atención
muy especial a la ubicación correcta de los cables referidos al moldaje que
contendrá al hormigón. Sea cual fuere la situación de los moldes, estas
dimensiones siempre serán controladas.
2.- En una producción de muchas unidades deberán realizarse
mediciones a los primeros elementos ejecutados a fin de detectar posibles fallas
en los moldajes.
3.- Cualquier tipo de falla detectada en los moldajes deberá ser resuelta
de un modo definitivo. Es preferible perder la producción de un día, o de varios
días antes que producir unn elemento con altas probabilidades de ser
rechazado o a solucionar el problema con pequeños parches que a la larga
crean nuevos problemas con la consecuente pérdida económica a ella
asociada.
Jose Bellido de Luna Ingeniero Civil en Obras Civiles. [email protected] http://www.lyl.cl
47
Aspectos relevantes en las técnicas de pretensar.
La Fijación de los Cables de Pretensado.
Los cables de pretensado atraviesan el moldaje del elemento mediante
dos perforaciones, ya que están anclados a los macizos de anclaje que están
ubicados en la parte exterior. Estas perforaciones deberán ser lo suficiente
amplias para que pase el cable sin tocar el moldaje y lo suficiente angostas
para que por ellas no se salga la lechada del hormigón. Una holgura de dos
milímetros en el diámetro es más que suficiente para cumplir ambos requisitos.
El cable de pretensado deberá quedar libre en toda su longitud dentro del
elemento y esto deberá chequearse siempre antes de proceder al tensado.
Cuando se colocan los cables deberán colocarse separadores provisionales
que evitan que se entremezclen las diferentes camadas de cables.
Una obstrucción de cualquier tipo en un cable genera pérdidas de
tensión que no han sido consideradas en el cálculo. Si la obstrucción es
considerable puede anclar completamente un cable y alterar en su totalidad las
condiciones del tensado lo cual se reflejará con la elongación al momento de
tensar. Pero, más peligroso aún, resulta que el cable solo estará tensado a
partir de la obstrucción, el resto está sin tensar lo cual es fatal.
Un consejo práctico: Para evitar estos problemas cuando sea dado el
tensado de precarga (que será explicado más adelante), se deberá golpear con
una barra de acero a cada cable que deberá vibrar como una cuerda de piano.
Si no lo hace y emite un sonido seco, entonces existe una obstrucción que
deberá ser retirada.
En algunos casos la obstrucción simplemente puede ser creada con una
barras de las mismas que se emplean como separadores que tienden a quedar
mordidas entre varios cables, o también el roce con armaduras ordinarias,
respecto a esto último debe recordarse que hay exigencias de recubrimiento
entre las armaduras ordinarias y las de pretensado, asi como entre los propios
cables.
Si hay algún cable rozando con cualquier cosa, se deben tomar las
medidas necesarias para evitarlo. Si los cables han mordido una barra
separadora y resulta imposible extraerla, se deberá destensar un poco y
extraerla. Es importante hacer esta maniobra en la etapa de precarga, pues
Jose Bellido de Luna Ingeniero Civil en Obras Civiles. [email protected] http://www.lyl.cl
48
cuando ya el cable está tensado los problemas de este tipo hay que resolverlos
con mucho más cuidado.
Los Recesos o silenciamiento de cables en
elementos pretensados.
Los recesos en los cables de pretensado se realizan con el fin de evitar
que exista transmisión de fuerzas entre el cable y el hormigón en una
determinada zona. Como se explicó con anterioridad la transmisión de fuerzas
del cable al hormigón se realiza por medio de la adherencia, por lo que se
desea evitar la transmisión se deberá evitar la adherencia.
Existen diversos métodos para lograrlo. Uno muy antiguo era añadirle un
tipo de grasa o resina al cable con el fin de crear una película no adherida en su
superficie, con posterioridad se emplearon unos tubos de cartón por los que se
introducia el cable, que todavía se usa bastante, sin embargo el método más
común es el uso de tuberías corrientes de PVC, usadas para las instalaciones
eléctricas o una simple manguera de jardín cuyo diámetro será solo ligeramente
superior al del cable para que este pase justo por dentro de ella impidiendo así
la fricción cable-hormigón.
Los recesos deberán quedar firmememente instalados en los cables,
evitando cualquier tipo de holgura que permita que estos se muevan durante el
hormigonado del elemento.
Cuando los recesos se colocan en los extremos, lo que es muy común,
deberán sobresalir unos diez centímetros fuera del moldaje a fin de evitar que
penetre la lechada por el extremo no cubierto.
Jose Bellido de Luna Ingeniero Civil en Obras Civiles. [email protected] http://www.lyl.cl
49
Las vainas en elementos postensados.
Vainas de postensado
En el caso del hormigón postensado los cables se alojan en ductos que
atraviesan el elemento según una trayectoria predeterminada en el diseño,
estos ductos reciben el nombre de vainas.
•
T ipos de vainas
o Conducto preformado.
o Vaina metálica adherida.
o Vaina plástica no adherida.
o Vainas para pretensado exterior.
Conducto preformado.
También conocido como duct-tube, es un ducto formado en el propio
hormigón. Se realiza con una manguera inflable semejante al neumático de una
bicicleta que se coloca en el moldaje siguiendo la trayectoria indicada por
proyecto. Se ata a la enfierradura ordinaria mediante círculos hechos con barras
de 4 mm y se le coloca desmoldante por su parte exterior. Cuando el hormigón
fragüa, la manguera se desinfla y se extrae, pudiendo ser usada en múltiples
ocasiones.
La ventaja de este sistema radica por una parte en la flexibilidad del
neumático que permite obtener cualquier trayectoria por muy sinuosa que esta
sea, y por otra en la economía que representa su reutilización. Una tercera
ventaja de este sistema es que el conducto está formado por el propio hormigón
y cuando los cables son inyectados la adherencia es total, sin que exista un
material intermedio entre ambos.
Como principal desventaja esta que si la manguera se perfora y el
agujero no es detectado antes de hormigonar o si la perforación ocurre durante
la faena de hormigonado se producen tapaduras que deben ser
adecuadamente reparadas. Es tan complicada la reparación que ya
practicamente no se usa.
Jose Bellido de Luna Ingeniero Civil en Obras Civiles. [email protected] http://www.lyl.cl
50
Vaina metálica adherida.
El ducto más utilizado es la vaina metálica galvanizada elaborada a partir
de un fleje de acero de 0,3 a 0,6 mm de espesor que se prensa y se ondula
mediante rodillos. Esta configuración es altamente flexible y genera además
una fuerte adherencia, tanto con el hormigón que la circunda exteriormente,
como con la lechada que es inyectada con posterioridad al tensado de los
cables. En Chile es producida con una altísima calidad.
Vaina plástica no adherida.
Otro tipo de ducto muy empleado es la vaina pláslica que puede ser de
PVC o polietileno, se fabrican con paredes exteriores lisas u onduladas y su
espesor varía entre 1 y 6 mm. También en el mercado existe un tipo de cable o
torón conocido como "torón o cable no adherente" que está forrado con el
polietileno bien adherido, semejanle a los cables eléctricos, con una capa de
grasa entre el cable y el plástico.
La flexibilidad está de acuerdo al espesor elegido, normalmente el
calculista del proyecto no especifica nada referido a este tipo de vaina y es el
contratista quien deberá selecionarlo adecuadamente en función al trazado
solicitado, prestando especial cuidado a que las curvas se adecuen a la
flexibilidad de la vaina seleccionada.
La desventaja de la vaina plástica es que no proporcionan adherencia
entre el hormigón y el conjunto vaina-cables por lo que el tratamiento en lo que
respecta al diseño es diferente. Algunos paises incluso prohiben el uso de la
vaina no adherente para puentes con cargas muy repetidas como los del
ferrocarril.
La ventaja principal es que puede ser emplenda como ducto para
pretensado externo empleado en muchas ocasiones para el tensado provisorio
y también en reparaciones de obras con problemas de diversa índole.
El tipo de vaina a emplear deberá ser claramente especificado por el
proyectista, pues en dependencia del material empleado y de su flexibilidad, se
determina el coeficiente de fricción entre la vaina y los cables para la estimación
de las pérdidas.
Jose Bellido de Luna Ingeniero Civil en Obras Civiles. [email protected] http://www.lyl.cl
51
Vainas para pretensado exterior.
Semejantes a las vainas de plastico no adheridas, las vainas para
pretensado exterior normalmente están fabricadas con un plástico de alta
dureza como el HDPE. Su fijación a la estructura se realiza mediante anclajes
especiales que son embebidos en el hormigón.
El pretensado exterior está teniendo un gran auge debido principalmente
a las posiblidades de cambios de conductos y el retensado de los cables.
Requerimientos de una vaina para postensado.
•
Dimensional
Si los cables se colocan dentro de la vaina antes de hormigonar el elemento:
Acable /Avacio = 2
Si los cables se colocan después de hormigonar el elemento:
Acable / Avacio = 2,5
•
Resistencia a flexión.
La vaina deberá resitir sin deformarse una presión de hormigón de 0,3
kg/cm2 lo que deberá considerarse para ubicar los puntos de fijación dentro de
las armaduras que componen el esqueleto de la viga. Una comprobación
práctica de esta presión puede hacerse parándose una persona sobre ella, en
una superficie horizontal y comprobar que la vaina no se deforma . La presión
ejercida por una persona sobre el suelo es equivalente a los 0,3 kg/cm2.
El profesional a cargo de la obra deberá indicar los puntos de espaciamiento
de las fijaciones con el objetivo de que la trayectoria de las vainas esté de
acuerdo al proyecto y no se proctuzcan combas intermedias que incrementen
de hecho la fricción. En el prolocolo de la viga deberán aparecer los puntos de
chequeo de trayectoria, los que deberán controlarse siempre y ser aprobados
por la inspección técnica antes de proceder a cerrar el moldaje para el
hormigonado, ver Anexo B.
Por otro lado es recomendable prestar un cuidado muy especial a la unión
entre dos vainas, asi como la unión entre las vainas y los anclajes para evitar la
Jose Bellido de Luna Ingeniero Civil en Obras Civiles. [email protected] http://www.lyl.cl
52
entrada de lechada de cemento en el momento del hormigonado con las
consecuencias que esto puede acarrear.
Antes de despachar un elemento prefabricado a obra, deberá verificarse que
no ha existido ninguna tapadura en sus ductos. Si un elemento postensado
tiene varias etapas y no se van a pasar los cables por todos los conductos,
antes de tensar la primera elapa deberán chequearse todos los ductos pues
siempre será preferible hacer una reparación antes de tensar un elemento que
después que haya sido aplicada algún tipo de fuerza.
Dispositivos para el anclado de los cables en
Elementos Postensados.
Los Anclajes.
Se entiende por anclaje al dispositivo que transmite la fuerza del cable al
hormigón en el caso de los elementos postensados. Su función principal es
absorber las fuerzas tan elevadas que se producen en su núcleo y distribuirlas
adecuadamente en el interior de la masa de hormigón.
Existen múltiples tipos de anclajes en dependencia del sistema de
pretensado que se esté utilizando por lo que cada suministrador posee su
propio manual de anclajes que es posible emplear con el sistema que se oferta.
Es tan importante la selección del anclaje que en la gran mayoría de los casos,
es el que decide el uso de un sistema a otro por el % de costo que introduce en
relación al % total del costo de una determinada solución. Es por ello también
que la tendencia en el mundo entero ha sido extender cada vez más el uso del
pretensado en bancos, quedando el postensado para elementos hormigonados
in situ y para elernentos que requieran varias etapas de tensado.
Otro parámetro que puede decidir la elección de un sistema de pretesado
determinado es la cantidad de fuerza que se pierde en la acción de transmitirla
desde el gato al hormigón. La evaluación de pérdida por la transmisión de
fuerzas al anclaje define la calidad de un determinado anclaje.
Existen tres tipos de anclajes según la función que realizan dentro del
elemento:
Jose Bellido de Luna Ingeniero Civil en Obras Civiles. [email protected] http://www.lyl.cl
53
-
Anclajes activos.
Anclajes pasivos.
Anclajes de conexión o acopladores.
Anclajes activos.
Son los que reciben directamente la fuerza procedente de los cables
tensados.
Tipos de anclajes activos:
-
Anclajes de cuña:
o Unifilares.
o Multifilares.
-
Anclajes de torque.
Anclajes de cuña.
El anclaje de cuña basa su funcionamiento en el rozamiento entre el
cable y la cuña y en la conversión de fuerzas longitudinales en fuerzas radiales
por el principio del plano inclinado.
Los anclajes de cuña unifilares tienen tres partes bien definidas:
-
La placa de anclaje de cuñas.
La placa de apoyo y distribución.
La trompeta.
La Placa de anclaje de cuñas.
La placa de anclaje de cuñas es el elemento donde quedan fijadas las
cuñas que aprisionan los cables por lo que posee un número determinado de
perforaciones correspondientes a la cantidad de torones o cables que pueden
ser anclados en ella. Estas perforaciones son troncocónicas a fin de que dentro
de ellas se introduzcan las cuñas. Para el pretensado se emplean anclajes de
cuña de una única perforación. Adicionalmente, la placa posee otra perforación
destinada a la inyección del morteto.
La forma de la placa depende del sistema de tensado que se emplee.
Normalmente están elaboradas con acero fundido estructural de alta
resistencia.
Jose Bellido de Luna Ingeniero Civil en Obras Civiles. [email protected] http://www.lyl.cl
54
Las cuñas que se anclan en la placa tienen tres piezas concéntricas que
se abrazan al cable cuyo interior posee una superficie rugosa y dura que eleva
al máximo el rozamiento del cable con la cuña.
La Placa de apoyo y distribución.
Como su nombre lo indica es la parte donde se apoya la placa de anclaje
de cuñas, por lo que su tamaño tendrá que ser necesariamente mayor. Ella
recibe directamente la fuerza de la placa de anclaje y la transmite al hormigón
directamente.
Puede ser una plancha de acero común y corriente, su espesor supera
casi siempre los 8 mm., pero en algunos sistemas de tensado está fundida
solidaria con la trompeta.
La Trompeta.
Es un elemento de transición entre la vaina y la placa de apoyo, canaliza
la trayectoria de los cables desde el extremo de la vaina hasta la posición que
cada uno toma al introducirse en la perforación que le corresponde en la placa
de apoyo.
En algunos sistemas la trompeta se funde solidaria con la placa de apoyo
y posee además unos surcos helicoidales exteriores que contribuyen a la
transmisión de fuerzas al hormigón haciendo que esta se distribuya en diversos
planos hacia el interior del hormigón. Este tipo de anclaje es de los más
costosos pero funcionan muy bien.
Las trompetas que se fabrican independientes a la placa son de planchas
de acero de un espesor mínimo de 4 mm, algunas llevan además una barra en
espiral soldada a su cuerpo que puede realizar la misma función que los surcos
de las trompetas fundidas solidaria con la placa. En los úllimos años se está
usando mucho la trompeta plástica o de plancha muy delgada, que solo cumple
la función de moldaje del hormigón para darle la forma requerida para la
transición de los cables de la vaina a la placa.
Como el conjunto placa de apoyo y trompeta es bastante pesado, el
moldaje deberá ser diseñado para sostenerlo en su posición exacta, puede ser
apernado al molde o fijado mediante pasadores para facilitar su separación en
el momento de desmoldar el elemento. Esta conexión tarnbién depende del
sistema de tensado empleado.
Jose Bellido de Luna Ingeniero Civil en Obras Civiles. [email protected] http://www.lyl.cl
55
Anclajes de cuña multifilares.
El anclaje multifilar más conocido y utilizado es el del sistema Freyssinet
Consta de solo dos partes; la cuña o cono macho y el cono hembra. Solo puede
ser empleado para anclar cables propiamente dichos o sea aquellos en que el
conjunto de alambres o torones están enrollados alrededor de un eje no
material.
El cono macho posee una placa exterior de acero con pequeñas ranuras
por las que pasan cada uno de los alambres que componen el cable, los que
deben desenrollarse previamente. El interior del cono está hecho con mortero
de arena y cemento comprimido, de alta resistencia y el núcleo posee un
diminuto tubo por el que se realiza la inyección de mortero.
El cono hembra posee en su interior un alambre con un enrollado muy
unido que tiene la misma forma troncocónica necesaria para el anclaje del cono
macho con los cables. En el perímetro exterior posee una segunda camada de
alambres todo ello hormigonado con el mismo tipo de mortero prensado del
cono macho. Este sistema de anclajes es muy económico y fue patentado por el
propio Freyssinet. Fue muy usado a aún hoy no es extraño ver muchas obras
que emplean este sistema.
Entre las guías de los cables del cono macho y la superficie radial de la
hembra, se producen también fuerzas de fricción bastante elevadas que
aprisionan fuertemente los alambres entre ambos conos. El gato Freyssinet
funciona semejante al monotorón en cuanto a que posee el dispositivo que
empuja la cuña hacia adelante y la traba contra el anclaje, disminuyendo de
esta forma la pérdida por penetración en el anclaje.
El sistelna VSL, muy empleado en Chile también es del tipo multifilar
pero sus anclajes son mucho más complejos.
Anclaje de torque.
Desde los inicios del hormigón pretensado se trató de anclar las barras
de acero al hormigón por medio de un torque. Este tipo de anclaje llegó hasta
nuestros días principalmente con el sistema Dywidag bastante conocido en
Chile.
El sistema Dywidag emplea varillas de diversos diámetros que poseen
sus extremos roscados. Al roscar una barra esta disminuye su sección
transversal por lo que se le hace un recalzado en caliente para recrecerla e
igualar la sección del núcleo de la parte roscada, con la que no lo está.
Jose Bellido de Luna Ingeniero Civil en Obras Civiles. [email protected] http://www.lyl.cl
56
La tuerca que desarrolla el torque posee una especie de collar que
proporciona un adecuado reparto de la fuerza sobre todos los filetes de la
rosca. La tuerca con collar ejerce su fuerza contra una placa de anclaje
escalonada y una ranura por la cual penetra el mortero para la inyección.
Un método muy eficiente en este sistema es el uso de la campana de
anclaje, la que realiza un efecto de zunchado sobre el hormigón que rodea el
anclaje, tiene además unas aberturas para que el hormigón pase libremente a
través de ella.
Bajo la acción de las cargas dinámicas, el anclaje de rosca es muy
sensible a las solicitaciones de flexión adicionales, por ello debe procurarse que
la solicitación de la barra en la zona de la rosca esté exactamente centrada. Las
placas de anclaje deben ser hormigonadas en posición perfectamente ortogonal
al eje de la barra, lo que se consigue con la ayuda de una placa auxiliar
atornillada a la rosca: al colocar el gato de tensado, su eje estará exactamente
paralelo a la barra.
Cuando se emplean anclajes de rosca es preciso conocer exactamente
la longitud de las barras para poder realizar en la fábrica el roscado de sus
extremos y proteger la rosca de la oxidación y la suciedad.
El anclaje de rosca pernite ajustar exactamente el recorrido de tensado
por medio de la tuerca de anclaje, de forma tal que se puede lograr con gran
exactitud el pretensado deseado, incluso en el caso de barras cortas.
Anclajes pasivos.
Este tipo de anclaje es empleado para dejarlo embebido en el interior del
hormigón en un punto a partir del cual no se considera necesario la
prolongación del cable de postensado, aunque su mayor uso está dada en los
anclajes de cables a rocas.
También cada sistema posee diferentes tipos de anclajes pasivos, pero
los más comunes son los de lazo, los de bucle y los de placa. Todos ellos
constan de una vaina que rigidiza y bloquea el punto donde esta se interrumpe
para que no entre por ella la lechada de cemento. Estos anclajes se colocan
siempre con los cables antes del hormigonado del elemento ya que la
transmisión de fuerza se realiza en forma semejante a la del hormigón
pretensado, es decir, por la adherencia entre el cable y el hormigón.
Jose Bellido de Luna Ingeniero Civil en Obras Civiles. [email protected] http://www.lyl.cl
57
El anclaje de lazo es el más sencillo y el más usado, es un cable que al
salir de la vaina se dobla y se vuelve a introducir en ella quedando el lazo por
fuera, anclado al hormigón. Requiere de la abrazadera para cerrar la vaina y
dos separadores cuando se utiliza más de un cable.
El anclaje de bucle emplea varios anillos de acero que confinan el
extremo del cable. Los bucles se preparan en una máquina muy simple que
abre los alambres del torón y coloca el anillo prensándolo fuertemente.
El anclaje de placa es muy parecido al anclaje activo solo que en este
caso la trompeta esta formada por tubos individuales que parten de la vaina y
se abren en forma de abanico para lograr el anclaje en el hormigón. Es el más
costoso de los tres.
Anclajes de conexión o acopladores.
Son los empleados para unir dos cables con una continuidad total
comunmente se usan en elementos que se prefabrican por separado, pero que
para su función definitiva trabajan como un todo. Tal es el caso de los puentes
que se construyen por dovelas o por voladizos sucesivos.
En este grupo también se ubican los manguitos que se emplean en
pretensado para unir cables en bancadas muy largas que no son ocupadas en
su totalidad.
En muchas ocasiones ocurre que en una bancada queda mucho espacio
cuando se ubica una determinada cantidad de elementos. Como los cables
quedan anclados en los cabezales de anclaje, se desperdicia una cantidad muy
grande en la zona que no se pueden producir elementos. Al colocar un
manguito en cada cable solo se cambia la porción que realmente se utiliza,
mientras que la otra parte puede usarse varias veces.
Jose Bellido de Luna Ingeniero Civil en Obras Civiles. [email protected] http://www.lyl.cl
58
Recomendaciones finales acerca de los anclajes:
- Aún cuando se respeten las distancias mínimas entre anclajes deberá evitarse
la excesiva concentración de estos en las caras extremas de los elementos. Es
preferible desplazarlos longitudinalmente y sacarlos por la parte superior de
estos elementos.
- A continuación relacionamos las resistencias mínimas requeridas en las zonas
aledañas a los anclajes:
-
Anclajes ubicados en hormigón masivo
Anclajes en extremos de vigas tensados por un lado
Anclajes en extremos de vigas tensados por ambos lados
Anclajes en elementos planos por tres lados
Anclajes en elementos planos por cuatro lados
230 kg/cm2.
270 kg/cm2.
310 kg/cm2.
350 kg/cm2.
390 kg/cm2.
En muchos paises se hormigonan bloques completos correspondientes a la
zona que rodea los anclajes con una deterrninada resistencia y calidad.
Posteriormente se ubican estos bloques en los moldajes o una de sus caras
forma parte integral del propio moldaje, procediendose a continuación a
hormigonar el elemnnto a fin de disminuir el tiempo de espera que requiere para
alcanzar una determinada resistencia.
Un par de recomendaciones finales:
„ Desconfíe siempre de la fijación de los anclajes al moldaje.
„ Desconfíe de la concentración de anclajes, tanto desde el punto de vista
de resistencias, como de posibilidades de un buen hormigonado.
Fretajes en cables y torones.
Se denomina fretaje a las armaduras ordinarias que se colocan detrás de
las placas de anclaje. La palabra fretaje es de origen francés "fretage" y el único
país que se tenga información que la usa es Chile. Las funciones del fretaje
están bien claras:
1. Toma los esfuerzos de tracción que se generan justo detrás de los
anclajes por los planos que pasan por el eje del cable.
2. Asegura la transmisión de tensiones de pretensado desde los anclajes,
donde las tensiones son discontinuas, hasta una zona donde se reparten
Jose Bellido de Luna Ingeniero Civil en Obras Civiles. [email protected] http://www.lyl.cl
59
según la ley de Navier. Por lo tanto su función en este caso seria
equilibrar las tensiones del elemento en la zona de regularización,
también conocida como longitud de transmisión.
El análisis de los fretajes es sumamente importante pues de él depende, en
primer termino; la estabilidad del anclaje después que recibe las fuerzas de
tensado y, en segunrdo término; que no aparezcan fisuras indeseables en esta
zona debidas a la irregularidad de las tensiones que en ella se desarrollan.
Ambas funciones deben ser adecuadamente cumplidas y sin excesos, pues un
exceso de fretaje provoca un incorrecto hormigonado, lo cual es tan perjudicial
como la fisuraciónque se genera por su ausencia.
Existen dos tipos de armaduras que componen un buen fretaje; la primaria y
la armadura espiral.
La armadura primaria es la que se ubica paralela a las placas de anclaje y
es la que toma los esfuerzos de tracciónjusto detrás de los anclajes. Es una
armadura plana en forma de malla y se emplea lo mismo en pretensado que en
postensado.
Cuando se agrupan varios anclajes en una misma zona es conveniente usar
una armadura común y solapar aquellos tramos que así lo requieran. Se han
observado en elementos postensados en más de una fase, que al producirse el
acortamiento del hormigón en la zona que se tensó primero, se genera una
fisura plana entre el anclaje tensado y el que no lo está. La fisura desaparece al
tensar el otro cable. Este efecto se evita solapando las armaduras primarias de
dos anclajes contiguos o empleando una malla común de ser posible.
El mismo efecto ocurre en elementos con una etapa inicial de pretensado y
otra de postensado. Los cables pretensados trabajan como un conjunto y tienen
su propia armadura primaria, mientras que los postensados también la poseen y
bastante diferente por cierto, en este caso es conveniente proveer una
armadura adicional entre las dos zonas aún cuando no estén tan cercanos. Es
muy conveniente hacer estas armaduras con diámetros pequeños bien
distribuidos tales como fe 6. fe 8 y máximo fe 10 mm.
Jose Bellido de Luna Ingeniero Civil en Obras Civiles. [email protected] http://www.lyl.cl
60
Armadura en espiral.
En las trompetas de los anclajes y aún en los primeros 20 cm de vaina se
debe colocar una armadura helicoidal que las rodee, esta armadura es la que
asegura realmente el equilibrio de fuerzas en la zona de regularización.
La gran mayoría de los sistemas de pretensado tienen sus propias
recomendaciones acerca de estas armaduras y es práctica común en Chile que
no se detallen en fase de proyecto y dejárselas al contratista de pretensado,
previa autorización del proyectista, pero también existen muchos métodos para
calcularlas y recomendaciones generales para colocarlas.
Jose Bellido de Luna Ingeniero Civil en Obras Civiles. [email protected] http://www.lyl.cl
61
Capítulo 4. Inspección y Control al proceso de
tensado de los cables.
Fuerza y tensión en los cables.
Cuando se proyecta una obra de hormigón pretensado hay que brindar
toda una serie de datos que son indispensables para que el elemento que se
ejecuta corresponda realmente con el que se proyectó.
En capítulos anteriores ya se vieron algunos de estos datos, pero a modo
de resumen se enumerarán de nuevo:
•
De los cables:
o
o
o
o
o
•
Tipo de cable, diámetro, área.
Resistencia a la rotura.
Límite convencional de elasticidad.
Relajamiento del cable.
Fuerza en el gato.
Del hormigón:
o Tipo de hormlgón.
o Resistencia requerida al momento del tensado.
•
De la geometría:
o Geometría de la trayectoria de los cables.
o Geometría y componentes de los anclajes.
o Especificaciones de los fretajes; diámetro, tipo de acero, y su
ubicación dentro del elemento.
•
De la ejecución:
o
o
o
o
Controles al proceso de tensado.
Tensado por etapas.
Especificaciones de almacenamiento y transporte.
Especificaciones para el montaje.
Este último punto se desarrolla en el presente capítulo.
Jose Bellido de Luna Ingeniero Civil en Obras Civiles. [email protected] http://www.lyl.cl
62
En Chile se requiere un nivel de información por parte del calculista, que
depende del tipo de contrato con el que esté trabajando.
Existen dos casos bien definidos de estos contratos; el primero se
presenta cuando el ingeneiro calculista realiza el proyecto sin conocer el
sistema de pretensado que se va a emplear, que es lo más común, y el
segundo; cuando conoce el sistema que se va usar. Esto normalmente ocurre
cuando la propuesta se adjudica en su totalidad; proyecto y construcción, en
este caso el constructor es el que contrata al calculista y al contratista de
tensado que puede ser él mismo.
En ambos casos, todos los valores referidos al acero y al hormigón son
má o menos iguales: El cambio radical ocurre en la geometría.
En el primer caso; el contratista deberá adaptar la geometría del
elemento a la del sisterna de pretensado que él va a usar y someter los planos
del tipo de anclaje, su disposición, así como la armadura primaria de los fretajes
a la aprobación del ingeniero calculista.
En el segundo caso; el ingeniero calculista elabora, en conjunto con el
contratista, la geometría completa del elemento.
Refiriéndose particularmente al proceso de tensado es conveniente que
en él se especifique únicamente el valor de la fuerza que se requiere cuando el
cable quede anclado al elemento, dejando al contratista el cálculo de tensiones
manométricas y elongaciones, pues los datos que el calculista posee son
teóricos, mientras que en la obra se conoce el valor del área real del cable, su
módulo de elasticicidad y el de rotura, deduciendo a partir de ellos, la tensión a
que será sometido y que, en todo caso, tendrá que ser inferior a la permisible.
Operaciones del tensado de los cables.
Tensado de precarga.
Al medir el recorrido de tensado es dificil fijar el punto cero o punto de
partida, pues a causa de la curvatura de los cables dentro de las vainas en el
postensado y a causa de la catenaria de los cables en el pretensado, se
produce primeramente un pequeño recorrido sin tensión, hasta que los
alambres apoyan en todas las partes del conducto, o se estiran perdiendo la
catenaria, lo que se llama "marcha en vacío".
Jose Bellido de Luna Ingeniero Civil en Obras Civiles. [email protected] http://www.lyl.cl
63
Esta marcha depende en mucho de la temperatura del alambre en el
momento de tensar, comparada con la que tenía al colocarlo y fijarlo a los
anclajes.
Si por ejemplo se han colocado y anclado los alambles en tiempo cálido,
y baja la temperatura en el momento de tensar, puede ocurrir que, por el
acortarniento debido al descenso de la temperatura, los alambres entren en
tensión antes del comienzo del tensado. Desaparece entonces la marcha en
vacío y comienza el recorrido de tensado con una fuerza que puede ser
bastante apreciable. Cuando la relación de la temperatura es a la inversa,
aumenta la marcha en vacío.
En el caso de las barras fijadas a la placa de anclaje por medio de una
tuerca, puede ocurrir que al apretar ésta, se ejerza ya una parte del pretensado.
Para obtener el punto cero para la medición del recorrido, se tensa
ligeramente, destensando de nuevo. Sin embargo, no se obtiene de esta forma
el punto cero de la tensión o del alargamiento. Se evitan todas estas
inexactitudes en la determinación del punto cero si se tensa el cable
primeramente con 1/10 de la fuerza del tensado total, y se toma esta posición
como punto de partida para la medición de recorrido de tensado. Eta operación
se conoce con el nombre de Tensado de Precarga.
En la determinación de los diagramas de tensiones y deformaciones se
procede de forma parecida. Se sabe que el comienzo del diagrama es recto, y
lo que se hace entonces es prolongar hacia abajo la recta obtenida con las
bayas tensiones iniciales. Figura 4.1
Jose Bellido de Luna Ingeniero Civil en Obras Civiles. [email protected] http://www.lyl.cl
64
Figura 4.1.- Gráfico para determinar el punto cero del recorrido de tensado.
De una forma similar se puede obtener también el punto cero del
recorrido de tensado, midiendo algunos puntos de la linea de
fuerzas-recorridos, prolongándola luego hacia abajo hasta el punto
correspondiente a la fuerza nula,.
Lo cierto es que esto resulta bastante complejo, por lo que es mejor
calcular el recorrido de tensado desde 1 /10 de la tensión hasta su valor total, y
controlar solamente este recorrido. En el caso de aceros con diagrama tensióndeformación recto hasta el límite de proporcionalidad y cables sin rozamiento es
9/10 del total.
En la práctica, el operador detiene la bomba en este punto y fija el punto
cero de medición de la elongación para continuar después con el resto del
tensado.
Tensado de alerta.
El tiempo que se está aplicando la fuerza a los cables es relativamente
corto, por lo que se acostumbra a avisar al operador cuando la bomba esta a
punto de llegar a la tensión necesaria. El tensado de alerta corresponde al 90%
de la tensión que se pretende dar al cable y normalmente no existe una
detención de la homba al llegar a esta tensión, como es el caso del tensado de
precarga, sino que simplemente el operador es "alertado" de la cercanía de la
tensión final.
En las bombas automáticas que se detienen cuando se llega a la fuerza
indicada previamente a la máquina, también se acostumbra a dar este valor de
tensión de alerta para que el operador "espere" en un instante más, su
detención. El valor de esta tension de alerta debe aparecer en el protocolo de
tensado.
Tensión final.
Es la tensión total que se le da al cable y que debe aparecer especificada
en los planos tal como ha sido indicado en capítulos anteriores.
Elongaciones. Límites permisibles.
Jose Bellido de Luna Ingeniero Civil en Obras Civiles. [email protected] http://www.lyl.cl
65
Cuando se ha dado el tensado de alerta en los cables monotorones, se
coloca una marca para comenzar a medir a partir de ese punto de elongación.
En los multitorones se coloca una mariposa que queda fijada a uno de Ios
cables por medio de un perno y se fija al punto cero de elongación, desde el
extremo de la mariposa, al cuerpo del gato.
Posteriormente se procede a efectuar el tensado tal como ha sido
explicado en los párrafos anteriores, realizándose primero una lectura de
presión manométrica, dada por los instrumentos de la bomba y posteriormente
se mide la elongación del cable.
En el caso de cables cortos se debe alcanzar al mismo tiempo la fuerza
de pretensado indicada y la elongacion calculada, én los cables más largos
también pueden aparecer rozamientos en las partes rectas del mismo, las que
deben ser tenidas en cuenta al realizar el cálculo de la elongación.
En los anclajes de cuña se produce una disminución de la tensión en las
proximidades del extremo desde el que se está tensando el cable, que debe ser
tenida en cuenta. Por ello este tipo de anclajes no resulta muy adecuado en
cables cortos.
En los gatos monotorones, en los que existe un mecamismo que clava la
cuña dentro del cono, la pérdida por penetración en el anclaje se calcula
teóricamente y se suma conjuntamente con el resto de las pérdidas al valor de
la elongación requerida, En los multitorones es posible medir esta penetración
en el momento del tensado y por to tanto no se considera al dar el valor de
elongación requerida, en la que sí se ha considerado previamente el valor del
resto de las pérdidas iniciales.
Cuando se mantenga el pretensado por medios de varillas y tuercas, que
son retiradas una vez endurecido el mortero de inyección, hay que aumentar el
recorrido de tensado en el valor de la deformación de la barra entre el anclaje
provisional y el definitivo.
En el cálculo de la longitud del cable también deben tenerse presente el
espesor de la placa de anclaje, así como la distancia desde la punta visible
donde se ubica el gato, hasta el punto donde las mordazas aprisionan el cable,
que es exactamente el lugar desde donde se esta ejerciendo la fuerza.
En definitiva, hay que tener en cuenta que en la gran mayoría de los
procedimientos de tensado, se pierde una parte de la fuerza al trasladarla
desde el gato al anclaje definitivo, a causa de la deformación de las diversas
Jose Bellido de Luna Ingeniero Civil en Obras Civiles. [email protected] http://www.lyl.cl
66
partes del anclaje y otras circunstancias que dependen del tipo de anclaje y de
los mecanismos de tensado.
El contratista de tensado tiene que proporcionar todos estos valores,
pero el inspector de la faena debe conocer todos estos temas profundamente,
para que sea capaz de percibir los puntos donde se están produciendo pérdidas
no conlroladas o en su defecto, errores en el proceso de tensado que
introduzcan estas pérdidas, para incluirlas en el valor de la elongación y
consecuentemente en el de la presión manométrica.
Cuando hay un elemento con varios cables que se tensan con un gato
monotorón, el recorrido de tensado del primer cable es apreciablemente
diferente al recorrido del último. Esta pérdida se conoce como "pérdida por
estiramiento no simultáneo de los cables" y tiene su formulación claramente
estudiada para que también sea incorporada al cálculo de la tensión y la
elongación, pero en todo caso, dicha pérdida debe ser tenida en cuenta como
fenómeno. En muchos casos es conveniente reestirar el primer cable tensado
pues a él le toca una porción mayor de pérdida por "acomodamiento de los
dispositivos de tensado", la cual es imposible de calcular.
Sin embargo, aún cuando no está normalizado, se permite en la práctica
una variación de elongación de un 5 % tanto positivo como negativo. Si la
elongación medida cuando se ha llegado a la presión manométrica deseada es
inferior, se deberá tensar hasta un 5 % más de tensión y medirse de nuevo. Es
preferible que esta nueva aplicación de fuerzas se realice por el lado contrario
al que se está tensando.
Los valores de tensiones y elongaciones deberán ser reflejados en el
protocolo de tensado. En el Anexo C se incluyen protocolos correspondientes a
diferentes elementos postensados de hormigón.
Irregularidades en el recorrido de tensado.
Si se obtiene en la práctica un recorrido de tensado demasiado grande
en comparación con la fuerza aplicada, lo primero que se debe hacer es
verificar los manómetros. Si estos están en orden, se debe suponer que las
hipótesis hechas al respecto del rozamiento del cable eran demasiados
conservadoras, lo que deberá estudiarse y ajustarse al tal efecto, si no, es
posible que esté ocurriendo uno de los siguientes problemas:
Jose Bellido de Luna Ingeniero Civil en Obras Civiles. [email protected] http://www.lyl.cl
67
o Que en los gatos monotorones exista algún cable suelto que no haya
sido tomado por alguna de las mordazas y por lo tanto no se esté
tensando.
o Que no se haya considerado en el cálculo de la elongación el área o el
módulo de elasticidad real del cable y estos sean inferiores a los
utilizados.
o Que ha cedido un anclaje.
o Que se haya roto un alambre.
Las dos primeras causas originan variaciones de elongación muy pequeñas
con respecto al valor teórico calculado, normalmente del orden de un 4 a un 8
%, por lo que es bastante dificil de detectar en primera instancia, sobre todo si
es inferior al 5 % permisible por las recomendaciones y solo se percibe por una
gran cantidad de repeticiones. Si al tensar muchos cables de una misma
longitud en una obra determinada, siempre se está sobre un 4 o un 5 %
superior, aún cuando se esté dentro del rango permisible, algo está pasando y
debe ser revisado.
La rotura de un alambre tiene posibilidades de influir desde valores muy
pequeños iguales al 4 o 5% como valores considerables, en los que las
manifestaciones son visibles, no solo por la simple medición del cable, sino por
deformaciones apreciables en las placas de anclaje, la causa que más
comunmente tiene asociado este problema es un incorrecto hormigonado de la
zona delantera del anclaje en la que pueden quedar nidos que permanecen
ocultos por las dimensiones de la placa.
Cuando se rompe un alambre y está aplicada gran parte de la fuerza se
produce un estallido y desciende repentinamente el manómetro de la máquina.
Este fenómeno ya fue explicado en el capítulo anterior.
En los dos últimos casos corresponde al ingeniero a cargo de la obra,
conjuntamente con la inspección técnica y el calculista, tomar la decisión más
acertada de acuerdo a la magnitud del fenómeno. En el caso de una gran
deformación con el anclaje provocada por nidos ocultos, simplemente se
destensa, se tapan los nidos con productos adecuados de amplio uso y
disponibilidad en el mercado, y se vuelve a tensar de nuevo.
El autor tiene una experiencia personal al respecto, en la cual existió incluso
una zona de más de diez centímetros sin hormigonar que permanecia oculta
por una lechada exterior que habia tomado la forma del moldaje. Al aplicar la
Jose Bellido de Luna Ingeniero Civil en Obras Civiles. [email protected] http://www.lyl.cl
68
fuerza del primer cable, no solo cedió el anclaje sino que la viga se levanto de
su posición horizontal y se partió en su parte superior. Sin embargo la
reposición del material faltante fue muy bien ejecutada y la viga se aprovechó
sin ningún problema.
En el caso que no se alcance la elongación calculada, esto puede deberse a
alguna de las siguientes causas:
o Que existe un rozamiento mayor que lo esperado.
o Que no se haya considerado en el cálculo de la elongación el área o el
módulo de elasticidad del cable y estos sean superiores a los utilizados.
En el primer caso esto podría deberse a:
o Una oxidación del cable.
o Obstáculos en su recorrido debido a las armaduras ordinarias.
o Trabazones entre los cables en el caso del pretensado como se observó
en los capítulos anteriores.
o Rozamientos no considerados en el interior de los anclajes.
o Filtraciones de lechada de cemento en el interior de los conductos.
Cualquiera que sea la causa dentro de las enumeradas u otras, sería absurdo
intentar alcanzar la elongación exigida elevando la fuerza del gato, ya que
podrían producirse tesiones demasiado fuertes, y con ello alargamientos
remanentes entre el punto de obstrucción y el de tensado, sin alcanzar en el
lugar que se requiere, la fuerza necesaria.
Si la causa aparente no puede ser definida y eliminada y se han revisado los
cálculos detenidamente, entonces en postensado puede utilizarse un recurso
que consiste en añadirle a la vaina aceite soluble que disminuye en un grado
considerable el rozamiento. Pero este es un recurso que debe valorarse
económicamente y en todo caso, si hay un mayor rozamiento y no existe razón
para ello, corresponde al ingeniero calculista decidir si se considera este dentro
de las pérdidas normales y sumarla a la fuerza manométrica y
consecuentemente a la elongación esperada.
Jose Bellido de Luna Ingeniero Civil en Obras Civiles. [email protected] http://www.lyl.cl
69
El pretensado por etapas.
Cuando por diversas causas relativas al diseño de los elementos
pretensados no se les ppuede aplicar la totalidad de la fuerza desde el instante
inicial, se realiza entonces un pretensado por etapas. Esto obedece a una
secuencia lógica de fuerzas a proporcionar, cargas actuantes y resistencias del
hormigón en el momento del tensado y de la aplicación de las cargas y es muy
común en elementos que se van haciendo por partes, que pueden ser
optimizadas individualmente. Un ejemplo muy bien fundamentado de la
aplicación de esta tecnica es el viaducto de la línea 5 del Metro de Santiago.
La viga principal de este proyecto tiene tres etapas de tensado; una de
pretensado en la planta, otra de postensado en la misma planta y una tercera
de postensado en la obra después que fraguó la losa inferior. Si se hubiese
pretendido dar la fuerza total a la viga en la planta, habría que haberle dado una
altura considerablemente superior a la que tenía, que solamente era la
requerida para el período de construcción. Una mayor altura. también hubiese
necesitado mayor cantidad de cables para peso propio, hubiese exigido una
mayor capacidad de izaje en las grúas, en definitiva un diseño mucho menos
económico.
La losa inferiro también tenía dos etapas de tensado, solo justificada por
una acción constructiva, la disponibilidad de moldaje, así se daba una etapa
previa de tensados alternos, que permitían el desmoldaje a las 24 horas con
250 kg/cm2 de resistencia del hormigón, cuando se adquirían los 350 Kg/cm2,
se tensaba la segunda etapa, ya sin la presión del tiempo.
El capitel se tensaba también en dos etapas, la primera antes del
desmoldaje para tomar las cargas de peso propio, la segunda una vez que ya
se habían colocado las vigas y hormigonada la losa. El problema del capitel era
una exigencia de arquitectura, que había fijado una forma bien esbelta para las
cargas que se producen en ese elemento, y que si se daba todo el pretensado
en una etapa, se sobrepasaban con mucho las tensiones de tracción en la cara
inferior del volado, lo que se resolvió sin problemas con dos etapas de tensado.
Como se puede observar el tensado por etapas permite resolver
múltiples ploblemas que ofrecen un diseño más económico y funcional, y sobre
todo, una optimización de diseño y de construcción. Pero por otro lado está
demostrado que el hormigón se comporta mucho mejor cuando va recibiendo la
fuerza de pretensado por etapas, que cuando la recibe de una sola vez.
Jose Bellido de Luna Ingeniero Civil en Obras Civiles. [email protected] http://www.lyl.cl
70
Este mejor comportamiento proporciona una mejor resistencia a tracción
y una disminución de la fluencia. La explicación lógica a este fenómeno está
dada por el hecho de que la fuerza exterior inducida contrarresta las pequeñas
fuerzas interiores que existen en el hormigón, que son las causantes de la
retracción. Al disminuir la retracción, disminuye también la fluencia y se
incrementa ligeramente la resistencia a tracción.
En los proyectos donde existen varias faenas de tensado es importante
que en la hoja de protocolo de tensado, no sólo queden anotadas los datos
inherentes al proceso. sino también la resistencia del último hormigón colocado
en el momento que se realiza cada fase. Por ejemplo, en las sobrelosas de los
puentes de viga y losa, es la viga la que tensa por etapas, pero cuando se va a
tensar después de hrmigonada la losa, la resistencia que debe registrarse es la
de la losa que desde ese momento pasará a ser parte integrante de la viga, a la
que aportará su área de compresión.
En algunos casos se prefiere dar un tensado previo y al cabo de algunas
horas imponer el tensado final. Pero esto es un lujo que muy pocas veces se
puede realizar pues la sola maniobra del tensado requiere una implementación
ya cara por sí misma, para que además sea repetida sin una justificación
económica que lo amerite.
El costo del tensado por etapas es absorbido por los tres factores
enunciados con anterioridad, a saber; una optimización estructural de los
elementos involucrados, una disminución de la magnitud en la grúa asociada a
otras faenas constructivas y finalmente un requerimiento de tipo constructivo.
Jose Bellido de Luna Ingeniero Civil en Obras Civiles. [email protected] http://www.lyl.cl
71
Capítulo 5. Procesos Particulares del Tensado.
La inyección de mortero en elementos postensados.
El acero que se encuentra bajo tensiones es mucho más susceptible a la
corrosión que cuando no está tensado, por lo cual deben tomarse una serie de
precauciones que garanticen su correcto emplazamiento dentro de las vainas o
ductos y que quede debidamente protegido contra la humedad.
Es por ello que el espacio que queda libre en el interior de las vainas,
después de que han sido y anclados los cables, debe ser llenado con algún tipo
de material que garantice esta protección. Este material deberá introducirse en
las vainas mediante un proceso de inyección.
Materiales a emplear en la inyección de conductos.
Históricamente se emplea en la inyección una mezcla simple de cemento
y agua, con las siguientes características:
•
•
Relación agua/cemento; menor o igual que 0,5.
La mezcla deberá ser fluida.
Para ello se realiza el ensaye del "cono de Marsh" (ASTM C-939 87) con el
que se deternina el índice de fluidez.
•
•
•
La expansión debe ser menor que 10 % a las 24 horas.
La exudación máxima debe ser del 4 %.
Resistencia a los 28 días 300 Kg/cm2.
El mortero como material empleado en la inyección ya se encuentra en
etapa de franca desaparición, debido principalmente a que bloquea totalmente
el cable dentro de la vaina no permitiendo ningún tipo de reparación. ni
retensado, siendo sustituido por una especie de resina que garantiza además
una mayor protección contra la corrosión.
En estos momentos está terminantemente prohibido el uso de morteros para
la inyección de cables en las centrales termonucleares, en las cuales se exige
una comprobación de la fuerza de tensado de los cables cada ciertos años de
funcionamiento.
Jose Bellido de Luna Ingeniero Civil en Obras Civiles. [email protected] http://www.lyl.cl
72
Por otra parte se sabe que muchas obras de hormigón pretensado que
fueron ejecutadas a fines de los años 50 y en la década del 60 del pasado siglo,
han tenido que ser reparadas al cabo de cincuenta años, encontrándose como
problema principal la imposibilidad de la extracción de los cables de sus ductos.
Esto se ha resuelto de diversas maneras, pero casi siempre se ha recurrido
al pretensado exterior, no obstante, si los cables pudiesen ser extraídos
nuevamente de sus vainas o incluso mantenidos dentro de ellas y retensados,
no existiría tal problema y es por eso que la mayoría de las normas apuntan en
esa dirección.
Equipos de inyección.
Se deberá disponer del siguiente equipamiento mínimo para realizar una
correcta faena de inyección:
•
•
•
•
•
Equipo rnezclador de lechada.
Bomba de impulsión de desplazamiento positivo capaz de producir una
presión de salida de 150 psi a la altura máxima que se realiza la
inyección
Un manómetro con rango de medición no inferior a 300 psi.
Un compresor de aire.
Otros equipos menores como mangueras, válvulas de conexión y
recipientes para la manipulación de la mezcla.
Procedimiento de inyeccióm
•
Limpieza interior de Ias vainas.
Se debera verificar que las vainas estén libres de polvo y materias extrañas,
para to cual se lavaran primero con agua, que se eliminará inyectando aire a
presión al interior de los ductos.
•
Confección de la mezcla.
En el depósito del mezclador se echrrán los materiales en las cantidades
definidas respetando el siguiente orden; agua total, aditivo fluidificante y
finalmente el cemento que se irá añadiendo gradualmente siempre con el
agitador funcionando dándosele unos tres minutos adicionales de mezclado.
Jose Bellido de Luna Ingeniero Civil en Obras Civiles. [email protected] http://www.lyl.cl
73
La rnezcla no debe agitarse en exceso para evitar la pérdida de agua.
•
Inyección de la mezcla.
El proceso de inyección comenzará sin detener la mezcladora y deberá
continuar mientras la mezcla mantenga una consistencia adecuada. Si se
percibe algún material parcialrnente endurecido, esta será descartada.
La mezcla será inyectada por una de las extremidades de la vaina, el
flujo deberá ser estable. Por el otro extremo comenzará a salir; primero; el agua
remanente del lavado, a pesar de la inyección del aire comprimido, segundo; un
mortero muy licuado procedente de la mezcla del agua remanente con la
primera parte de la mezcla de inyección; tercero; la mezcla de inyección con
una gran cantidad de burbujas que van desapareciendo poco a poco.
La inyección deberá continuar hasta que desaparezcan totalmente las
burbujas, se procederá entonces a recoger una muestra que será
inmediatamente ensayada para verificar si los parámetros de fluidez se
mantuvieron al pasar a través del ducto.
Con posterioridad se bloquea la manguera de salida y se continúa
accionando la bomba inyectora, hasta alcanzar al menos una presión de 70 psi,
estable durante un minuto como mínimo.
Verificada esta condición se da por terminada la faena de inyección,
cortándose y bloqueándose la manguera de entrada.
En caso que existan cables con trayectorias ascendentes y
descendentes deberá considerarse por el proyectista una ventilación en la parte
más alta del ducto. En este caso después de bloquearse la salida, se procederá
de la misma forma con la abertura de ventilación que se podrá eliminar 48 horas
después de inyectado el ducto.
En caso de bloqueo de la mezcla dentro del ducto o interrupción de la
faena por cualquier causa como la falla de energía en la bomba, la vaina deberá
ser lavada de inmediato introduciendo agua a presión en su interior desde la
manguera de salida o de las ventilaciones.
Jose Bellido de Luna Ingeniero Civil en Obras Civiles. [email protected] http://www.lyl.cl
74
Controles a la inyección.
Se deberá llenar una hoja de control de inyección como la que se adjunta
en el Anexo D, debiéndose tomar las siguientes precauciones
•
Se mantendrá bajo total observación las características de la mezcla a
fin de detectar posible aparición de grumos.
•
La medida de la fluidez de la lechada debe ser efectuada a la entrada y
a la salida de la mezcla en el ducto. Como el índice de fIuidez es el
tiempo que demora la mezcla en vaciar el cono de Marsh, la diferencia
entre los tiempos medidos a la entrada y a la salida no debe exceder los
4 segundos. Todos los índices de fluidez deben estar comprendidos
entre 14 y 27 segundos.
•
La temperatura ambiente para realizar la inyección deberá estar
comprendida entre 5°C y 30ºC.
•
La inyección de cualquier vaina no deberá ser superior a 20 minutos.
•
Los parámetros de diseño (expansión, exudación y resistencia a
compresión) deberán medirse cada vez que se modifique la dosificación,
por razones de cambio de clase de cemento, de incorporación de
aditivos, o de diferencia acentuada de fluidez, etc.
Como se observa en las especificaciones anteriores la faena de inyección
debe suspenderse cuando existan temperaturas superiores a los 30° C. Esto es
ampliamente conocido en zonas donde normalmente ocurren estas
temperaturas elevadas y por ello existen procedimientos que alivian esta
situación como es el empleo de agua muy fría para realizar la mezcla, el mojado
exterior del elemento e incluso la colocación de arpilleras húmedas para bajar
su temperatura y un horario estricto de inyección.
Estas temperaturas son muy esporádicas en Santiago por lo que no es una
especificación a la cual se le preste mucha atención, pero, además detener esta
faena por existir una temperatura ambiental algo superior a lo especificado es
algo poco común en esta zona e incluso podría parecer como un
entorpecimiento de obra.
Recomendaciones generales para el montaje.
Jose Bellido de Luna Ingeniero Civil en Obras Civiles. [email protected] http://www.lyl.cl
75
Cuando una viga de hormigón pretensado estalla, ocurren en un instante,
toda una serie de fenómenos en cadena que serían difíciles de cuantificar. Lo
primero que se siente es un ruido seco; como de dos piedras que chocan con
una gran fuerza, pero sin retroceso. De inmediato se producen varios de estos
choques, pues primero falla la seccion más solicitada y después cuando el
elemento comienza a caer, se crean nuevos estados tensionales imposibles de
resistir por el hormigón, estallando en varios puntos casi simultáneamente.
Por otra parte, la armadura de acero y los cables, sostienen cada una de
las piezas de hormigón como una tendedera gigante que queda entre los
gancho de las grúas. Como la viga es recta y rígida, antes de ocurrir ningún
fenómeno tiene una determinada longitud que define la distancia a la que se
colocan las grúas, al producirse el fallo, esa distancia se acorta bruscamente, y
como las grúas no pueden moverse con la misma rapidez, se crea una fuerza
horizontal que la tira desde los estrobos y puede llegar a volcarla o se produce
un fallo por estabilidad en la pluma.
Otro problema que debe ser tratado en este capítulo referido al izaje es
la poca resistencia que posee el hormigón pretensado a la aplicación de cargas
externas de compresión inducidas por otras circunstancias ajenas al
pretensado. Esto se debe principalmente a que en la mayoría de los casos, las
secciones se encuentran sometidas a las tensiones máximas que permite la
norma, por lo que un ligero incremento de estas tensiones provoca el fallo
brusco del hormigón.
Cuando se produce el izale de un elemento, sea cual fuere su forma, se
inducen fuerzas de compresión provocadas por las componentes horizontales
de los ganchos de izaje, que muchas veces no son consideradas por el
calculista en su diseño, esto es muy importante cuando se va a izar con una
sola grúa.
Un buen proyecto de pretensado debe ir acompañado de un esquema
muy simple de izaje que le permita al constructor verificar que efectivamente se
estudió el izaje. Si no aparece este esquema deberá consultarse la forma de
izar y en lo posible, que esta sea aprobada por un calculista antes de proceder.
El izaje con dos grúas es más cómodo desde este punto de vista pero
exige una estrecha coordinación entre los operadores de las dos grúas y el
supervisor que está dirigiendo la faena de montaje.
Como conclusión, las dos recomendaciones que diferencian el montaje
de un elemento pretensado de uno tradicional son:
Jose Bellido de Luna Ingeniero Civil en Obras Civiles. [email protected] http://www.lyl.cl
76
1. Nunca realice giros ni ninguna otra maniobra que puedan generar pares
de fuerzas horizontales. El peligro es mayor si los elementos estan
apoyados en placas de neopreno. La fricción entre el hormigón y el
neopreno es tan grande que el elemento está prácticamente pegado en
su extremo.
2. Evite inducirle a un elemento pretensado, fuerzas adicionales de
compresión, si no se ha asegurado previamente que éstas han sido
estudiadas en la etapa de proyecto.
Estas son reglas básicas aplicadas solo al pretensado, pero no deben
olvidarse todas las demás reglas de montaje que se observán para el resto de
los elementos prefabricados.
Recomendaciones relativas al acopio y transporte a obra.
El almacenaje de los elementos pretensados también tiene dos reglas de
gran importancia y que no pueden ser descuidadas nunca, son ellas:
1. Acopiar los elementos manteniendo una condición de apoyo lo más
similar posible a la posición definitiva que va ocupar este.
2. Apuntalar los elementos lateralmente, tan pronto se les haya inducido la
fuerza de pretensado.
EI comentario que merecen ambas recomendaciones es breve.
La primera, debido a que si se apoya el elemento en lugares no indicados se
inducen estados tensionales no considerados en el cálculo por lo que siempre
se deben apoyar en los puntos de apoyo definitivo. Aquí no es válida la regla de
apoyarlo justo debajo de los ganchos de izaje pues de hecho el propio izaje
crea estados tensionales muy complejos que solo pueden resistirse por un
período muy breve corno lo es el momento del montaje.
Se insiste, un buen proyecto deberá venir acompañado de un esquema
breve de aperche del elemento. Si no lo pesee, deberá consultarse.
La segunda medida se debe a que los elementos pretensados, dada las
fuerzas internas a que están sometidos, son muy inestables, incluso una viga
rectangular pretensada es totalmente inestable.
Jose Bellido de Luna Ingeniero Civil en Obras Civiles. [email protected] http://www.lyl.cl
77
En puentes de luces medias, se acostumbra a fabricar las vias por partes
para facilitar su traslado, uniendose las diferentes piezas en la obra mediante
postensado. Esta faena debe ser controlada con mucho cuidado y finalmente, si
no se va a disponer de la viga en ese momento, tendrá que ser apuntalada. Los
fallos por elementos que se acuestan y estallan por mal apuntalamiento son los
que ocurren más a menudo en la manipulación con pretensado.
Las vigas del Metro al desmoldarse se apuntalaban unas con otras, mientras
que las extremas de un lote se apuntalaban al suelo. Personalmente alo autor le
ha tocado precensiar en más de una ocasión, vigas que han eslallado por no
tomar esta precaución.
Las vigas del metro eran apuntaladas sobre el capitel hasta que era
hormigonada la losa. Como dato curioso está que el día del pequeño sismo del
25 de febrero de 1996, se percibió un gran movimiento en las vigas que en ese
momento no tenían la losa hormigonada. Con posterioridad se detectó que los
pernos que fijaban el puntal al capitel habían tenido deformaciones observables
a simple vista.
Transporte.
Todas las recomendaciones dadas para el montaje y acopio son válidas
en el transporte. La ruta que deberá recorrer un elemento antes de ser
montado, deberá ser estudiada minuciosamente, sobre todo en cuanto a los
giros que serán efectuados por el medio de transporte.
Un giro en 90° puede inducir fuerzas horizontales con las consecuencias
ya apuntadas con anterioridad.
Conclusiones finales relativas al trabajo en obra
con elementos pretensados.
Jose Bellido de Luna Ingeniero Civil en Obras Civiles. [email protected] http://www.lyl.cl
78
Para concluir, todas las recomendaciones entregadas en el presente
texto, pueden ser resumidas en las cinco reglas básicas dadas por Leonhardt.
Estas reglas resumen magistralmente todo lo que hasta aquí se ha tratado:
1. El acero de pretensar es de mayor resistencia que el de las armaduras
ordinarias y es sensible a la oxidación, entalladuras, doblados en codo,
calor, etc. Trátelo con todo cuidado.
Coloque los cables en su posición exacta, haciéndolos estancos e
indesplazables; en caso contrario tendrá problemas con el rozamiento.
2. Planee el programa de hormigonado de tal forma que se pueda vibrar
bien por todas partes y que las deformaciones de la cimbra no ocasionen
fisuras en el hormigón joven. Hormigone con el máximo cuidado, pues
las graves consecuenciencias de los defectos que se cometan,
aparecerán al pretensar.
3. Antes de tensar los alambres, compruebe la movilidad de la estructura
para acortarse en la dirección del pretensado.
4. En elementos estructurales largos, introduzca un primer pretensado
parcial al alcanzar la resistencia necesaria, con el fin de evitar con unas
compresiones moderadas, la formación de fisuras de retracción o de
origen térmico.
No introduzca la totalidad del pretensado sin antes asegurarse que el
hormigón ha adquirido la suficiente resistencia. Generalmente es al pretensar
cuando el hormigón debe soportar las mayores solicitaciones.
AI pretensar controle contínuamente el recorrido de tensado y la presión del
gato. Registre en el acta correspondiente las cifras alcanzadas y las
observaciones acerca de la marcha de la operación.
5 Antes de proceder a inyectar los conductos, compruebe que no están
atascados en ningún punto. Observe con todo rigor las normas de
inyección.
Bibliografía.
Jose Bellido de Luna Ingeniero Civil en Obras Civiles. [email protected] http://www.lyl.cl
79
1. BELLIDO de Luna del Rosario, José Antonio. Estructuras de Hormigón
Postensado. Cálculo y Diseño. Universidad de Santiago de Chile, Santiago,
1996. 73p.
2. BELLIDO de Luna del Rosario, José Antonio. La Tecnología del Pretensado
parcial en elementos de Hormigón. Cálculo y Diseño. Universidad de
Santiago de Chile. Santiago, 1998. 101p.
3. BELLIDO de Luna del Rosario, José Antonio. Elementos Pre y postensados
de Hormigón. Bases de Diseño. Control en Obra. Universidad de Santiago
de Chile. Santiago, 1996. 85p.
4. GUYON, Y. Hormigón Pretensado, Estudio Teórico y Experimental, 2º ed.
Madrid, Dossat S.A. 1965. 806 p.
5. INSTITUTO Eduardo Torroja de la Construcción y el Cemento. Cálculo del
Pretensado de Puentes. Madrid, Instituto Eduardo Torroja de la
Construcción y el Cemento, 1964. 80 p.
6. JIMÉNEZ Montoya, P. GARCIA Meseguer, A. MORAN Cabre, F. “Hormigón
Armado”. Tomo I, 8ª edición. Editorial Gustavo Gili S.A. Barcelona. 705 p.
7. LEONHARD, Fritz ."Estructuras de Hormigón Armado", tomo V, "Hormigón
Pretensado” , Buenos Aires, El Ateneo, 1988. 272 p.
8. LEONHARD, Fritz. "Hormigón Pretensado", Instituto Eduardo Torroja de la
Construcción y el Cemento. Madrid. 1967.
9. LIN, T.Y. “El cálculo de las estructuras de concreto preesforzado”.
Compañía editorial Continental S.A. 1959. 587 p.
10. MAGNEL, G. Hormigón Precomprimido. Buenos Aires, Cándido Fernández.
11. MOELL, Hans. Hormigón Pretensado. Barcelona, Gustavo Gili.
12. MURCIA Vela, Juan. “Fundamento para el análisis de estructuras de
hormigón armado y Pretensado”. Consejo superior de investigaciones
científicas. Madrid, 1987. 301 p.
13. POGGIO Morillo, Miguel. VALDÉS Avellaneda, Ernesto. VÁZQUEZ
Rodríguez, José. “Hormigón Pretensado”. Ministerio de educación superior,
apuntes para un libro de texto. Cuba, 238p.
Jose Bellido de Luna Ingeniero Civil en Obras Civiles. [email protected] http://www.lyl.cl
80
14. RODRIGUEZ M. Luis Felipe. “Hormigón Pretensado según la EP-80,
aplicado al cálculo de forjados”, Madrid, Colegio oficial de arquitectos de
Madrid, 1986, 173 p.
15. CODIGO de Diseño de Hormigón Armado. Basado en el ACI 318 – 95.
Editado por: Cámara Chilena de la Construcción. Instituto Chileno del
Cemento y el Hormigón. Corporación de Investigación de la Construcción.
Santiago, Abril 1997, 1ra Edición.
16. CODIGO de Diseño de Hormigón Armado. Basado en el ACI 318 – 99.
Editado por: Cámara Chilena de la Construcción. Instituto Chileno del
Cemento y el Hormigón. Corporación de Investigación de la Construcción.
Santiago, Mayo 2000, 1ra Edición.
17.- AMERICAN Concrete Institute. ACI 318. 2002. Building Code and
Commentary.
18.- BELLIDO de Luna, J. HIDALGO, Cozzani C. Metodología para la
Determinación de Deformaciones y Fisuración en elementos Parcialmente
Pretensados. Proceedings de las XXX Jornadas Sudamericanas de
Ingeniería Estructural. Brasilia, 2002.
19.-CAMPILLAY Morales A. SANTIBAÑEZ E. BELLIDO de Luna J.Diseño de
Vigas de Entrepiso Parcialmente pretensadas. Universidad Central de Chile,
Santiago, 2000.
20.- VELOZ, J. BELLIDO de Luna J.Estudio de sistemas de entrepiso para
estacionamientos subterráneos en Hormigón Pre y Postensado.
Universidad Central de Chile, Santiago, 2001.
21.- HIDALGO Cozzani, C. BELLIDO de Luna, J. Deformación y fisuración en
elementos parcialmente pretensados. Universidad Central de Chile,
Santiago, 2001.
22.- SAN MARTÍN Salinas, A. BELLIDO de Luna J. Estructuras de hormigón
pre y postensado para puentes de ferrocarril. Universidad Central de Chile,
Santiago, 2002.
23.- AMO Chaple C. J. BELLIDO de Luna J. Puentes de ferrocarril realizados en
Hormigón Pretensado. Universidad Central de Chile, Santiago, 2002.
24.- RUBIO Bulasz, O. J. BELLIDO de Luna J. Manual de Hormigón
Pretensado. Universidad Central de Chile, Santiago, 2002.
25.- FORCADA Quezada, I. Hormigón Preesforzado. Universidad Autónoma de
Mexico. Mexico DF. 2002.
Jose Bellido de Luna Ingeniero Civil en Obras Civiles. [email protected] http://www.lyl.cl
81