Todo ingeniero civil debe saber la respuesta a esta pregunta porque se considera la pregunta más importante para el ingeniero civil.
El hormigón pretensado es una de las partes más importantes de la construcción y debe y debe tener el conocimiento adecuado al respecto. Vamos a entenderlo en detalle.
Una estructura de hormigón pretensado es diferente de una estructura convencional de hormigón armado debido a la aplicación de una carga inicial sobre la estructura antes de su uso. La carga inicial o el pretensado se aplican para permitir que la estructura contrarreste los esfuerzos que surgen durante su período de servicio. La tensión de las estructuras se introdujo a fines del siglo XIX. El concepto de pretensado existía antes de las aplicaciones en concreto.
Se proporcionan dos ejemplos de pretensado antes del desarrollo del hormigón pretensado.
- Ajuste forzado de bandas metálicas en barriles de madera Las bandas metálicas inducen un estado de compresión inicial del aro, para contrarrestar la tensión del aro causada por el llenado de líquido en los barriles.
- Pretensar los radios en una rueda de bicicleta. La tensión previa de un radio en una rueda de bicicleta se aplica de tal manera que siempre habrá una tensión residual en el radio.
Para el concreto, se inducen tensiones internas (generalmente, por medio de acero tensado) por las siguientes razones: la resistencia a la tracción del concreto es solo del 8% al 14% de su resistencia a la compresión. Las grietas tienden a desarrollarse en las primeras etapas de la carga en miembros en flexión, como vigas y losas. Para evitar tales grietas, la fuerza de compresión se puede aplicar adecuadamente en la dirección perpendicular. La tensión aumenta las capacidades de flexión, corte y torsión de los miembros de flexión. En tuberías y tanques de almacenamiento de líquidos, los esfuerzos de tensión del aro se pueden contrarrestar de manera efectiva mediante pretensado circular.
El siguiente boceto explica la aplicación de pretensado.
Coloque y estire varillas de acero dulce, antes del hormigonado.
Libere la tensión y corte las varillas después del hormigonado.
Figura- Pretensado de vigas de hormigón mediante varillas de acero dulce.
Las varillas de acero suave se estiran y se vierte hormigón a su alrededor. Después del endurecimiento del hormigón, se libera la tensión en las varillas. Las varillas intentarán recuperar su longitud original, pero esto es impedido por el concreto circundante al que se une el acero. Por lo tanto, el concreto ahora está efectivamente en un estado de precompresión. Es capaz de contrarrestar el esfuerzo de tensión, como el que surge de la carga que se muestra en el siguiente esquema.
Pero, los primeros intentos de pretensado no fueron completamente exitosos. Se observó que el efecto del pretensado se reducía con el tiempo. Las capacidades de resistencia de carga de los miembros eran limitadas. Bajo cargas sostenidas, se encontró que los miembros fallaban. Esto se debió a la siguiente razón. El hormigón se encoge con el tiempo. Además, bajo una carga sostenida, la tensión en el hormigón aumenta con el aumento del tiempo. Esto se conoce como cepa de fluencia. La reducción en la longitud debido a la fluencia y la contracción también es aplicable al acero embebido, lo que resulta en una pérdida significativa en la tensión de tracción.
Formas de acero pretensado
- Alambres: el alambre de pretensado es una sola unidad hecha de acero.
- Hilos: se enrollan dos, tres o siete alambres para formar un hilo de pretensado.
- Tendón: un grupo de hilos o alambres se enrollan para formar un tendón de pretensado.
- Cable: un grupo de tendones forma un cable de pretensado.
- Barras: un tendón puede estar formado por una sola barra de acero. El diámetro de una barra es mucho mayor que el de un cable.
Naturaleza de la interfaz hormigón-acero
- Tendón adherido : cuando existe una unión adecuada entre el tendón de pretensado y el concreto, se denomina tendón adherido. Los tendones pretensados y postensados agrupados son tendones unidos.
- Tendón no adherido : cuando no hay unión entre el tendón de pretensado y el concreto, se llama tendón no adherido. Cuando la lechada no se aplica después del postensado, el tendón es un tendón no unido. Etapas de carga El análisis de los miembros pretensados puede ser diferente para las diferentes etapas de carga.
Las etapas de carga son las siguientes.
1) Inicial : se puede subdividir en dos etapas.
a) Durante el tensado del acero
b) En la transferencia de pretensado al hormigón.
2) Intermedio : Esto incluye las cargas durante el transporte de los miembros pretensados.
3) Final : se puede subdividir en dos etapas.
a) En servicio, durante la operación.
b) En última instancia, durante eventos extremos
Ventajas del pretensado
El pretensado del hormigón tiene varias ventajas en comparación con el hormigón armado tradicional (RC) sin pretensado. Un miembro de hormigón completamente pretensado generalmente se somete a compresión durante la vida útil. Esto rectifica varias deficiencias de hormigón. El siguiente texto menciona ampliamente las ventajas de un miembro de hormigón pretensado con un miembro RC equivalente. Para cada efecto, se enumeran los beneficios.
- La sección permanece sin descifrar bajo cargas de servicio.
- Reducción de la corrosión del acero. Aumento de la durabilidad.
- Se utiliza la sección completa
- Mayor momento de inercia (mayor rigidez)
- Menos deformaciones (capacidad de servicio mejorada).
- Aumento de la capacidad de corte.
- Adecuado para su uso en recipientes a presión, estructuras de retención de líquidos. Mejora del rendimiento (resistencia) bajo carga dinámica y de fatiga.
- Altas relaciones de alcance a profundidad Se pueden obtener tramos más grandes con pretensado (puentes, edificios con grandes espacios sin columnas) Los valores típicos de las relaciones de alcance a profundidad en losas se muestran a continuación.
- Losa no pretensada 28: 1 Losa pretensada 45: 1 Para el mismo tramo, menos profundidad en comparación con el miembro RC.
- Reducción de peso propio.
- Más atractivo estético debido a secciones delgadas
- Secciones más económicas.
- Apto para construcción prefabricada
Las ventajas de la construcción prefabricada son las siguientes.
- Construcción rápida
- Mejor control de calidad.
- Mantenimiento reducido Adecuado para construcción repetitiva Uso múltiple de encofrado.
- Reducción de encofrados.
- Disponibilidad de formas estándar.
Post-tensado
Los sistemas de pretensado se han desarrollado a lo largo de los años y varias compañías han patentado sus productos. Se proporciona información detallada de los sistemas en los catálogos de productos y folletos publicados por las empresas. Hay pautas generales de pretensado en la Sección 12 de IS 1343: 1980. La información dada en esta sección es de naturaleza introductoria, con énfasis en los conceptos básicos de los sistemas. Los sistemas y dispositivos de pretensado se describen para los dos tipos de pretensado, pretensado y postensado, por separado. Esta sección cubre el postensado. Sistemas y dispositivos de pretensado, cubre el pretensado. En el postensado, la tensión se aplica a los tendones después del endurecimiento del hormigón. Las etapas del postensado se describen a continuación.
Etapas de postesado
En los sistemas de postensado, los conductos para los tendones (o cordones) se colocan junto con el refuerzo antes de la colada del hormigón. Los tendones se colocan en los conductos después de la colada del hormigón. El conducto evita el contacto entre el hormigón y los tendones durante la operación de tensado. A diferencia del pretensado, los tendones se tiran con la reacción que actúa contra el hormigón endurecido. Si los conductos están llenos de lechada, entonces se conoce como postensado adherido. La lechada es una pasta de cemento limpia o un mortero de cemento de arena que contiene una mezcla adecuada.
En el postensado no unido, como su nombre indica, los conductos nunca se agrupan y el tendón se mantiene en tensión únicamente por los anclajes finales. El siguiente dibujo muestra una representación esquemática de un miembro postensado agrupado. El perfil del conducto depende de las condiciones de soporte. Para un miembro simplemente soportado, el conducto tiene un perfil caído entre los extremos. Para un miembro continuo, el conducto se hunde en el tramo y se asoma sobre el soporte.
Las diversas etapas de la operación de postensado se resumen a continuación.
- Fundición de hormigón.
- Colocación de los tendones.
- Colocación del bloque de anclaje y gato. Aplicación de tensión a los tendones.
- Asiento de las cuñas.
- Corte de los tendones.
El hormigón armado (RC) es un material compuesto en el que la resistencia a la tracción y la ductilidad relativamente bajas del hormigón se contrarrestan mediante la inclusión de refuerzo que tenga una mayor resistencia a la tracción o ductilidad. El refuerzo suele ser, aunque no necesariamente, barras de refuerzo de acero (armadura) y generalmente se incrusta pasivamente en el hormigón antes de que el hormigón fragüe. Los esquemas de refuerzo generalmente están diseñados para resistir tensiones de tracción en regiones particulares del concreto que pueden causar grietas inaceptables y / o fallas estructurales. El hormigón armado moderno puede contener materiales de refuerzo variados hechos de acero, polímeros o material compuesto alternativo junto con barras de refuerzo o no. El hormigón armado también puede estar sometido a tensión permanente (en tensión), para mejorar el comportamiento de la estructura final bajo cargas de trabajo. En los Estados Unidos, los métodos más comunes para hacer esto se conocen como pretensado y postensado.
Para una construcción fuerte, dúctil y duradera, el refuerzo debe tener al menos las siguientes propiedades:
- Alta resistencia relativa.
- Alta tolerancia a la tensión de tracción.
- Buena adherencia al hormigón, independientemente del pH, la humedad y factores similares.
- Compatibilidad térmica, que no causa tensiones inaceptables en respuesta a los cambios de temperatura.
- Durabilidad en el entorno del hormigón, independientemente de la corrosión o la tensión sostenida.
Uso en construccion
- Barras de refuerzo del techo de la Sagrada Familia en construcción (2009)
- · Se pueden construir muchos tipos diferentes de estructuras y componentes de estructuras usando concreto reforzado incluyendo losas, paredes, vigas, columnas, cimientos, marcos y más.
- El hormigón armado se puede clasificar como hormigón prefabricado o colado en el lugar.
- Diseñar e implementar el sistema de piso más eficiente es clave para crear estructuras de construcción óptimas. Pequeños cambios en el diseño de un sistema de piso pueden tener un impacto significativo en los costos de materiales, el cronograma de construcción, la resistencia final, los costos operativos, los niveles de ocupación y el uso final de un edificio.
- Sin refuerzo, no sería posible construir estructuras modernas con material de hormigón.
Caracteristicas claves
Tres características físicas dan al hormigón armado sus propiedades especiales:
- El coeficiente de expansión térmica del concreto es similar al del acero, eliminando grandes tensiones internas debido a diferencias en la expansión o contracción térmica.
- Cuando la pasta de cemento dentro del concreto se endurece, esto se ajusta a los detalles de la superficie del acero, permitiendo que cualquier tensión se transmita de manera eficiente entre los diferentes materiales. Por lo general, las barras de acero son rugosas o corrugadas para mejorar aún más la unión o cohesión entre el concreto y el acero.
- El ambiente químico alcalino proporcionado por la reserva alcalina (KOH, NaOH) y la portlandita (hidróxido de calcio) contenida en la pasta de cemento endurecido hace que se forme una película pasivante en la superficie del acero, haciéndola mucho más resistente a la corrosión de lo que lo haría. estar en condiciones neutras o ácidas. Cuando la pasta de cemento se expone al aire y el agua meteórica reacciona con el CO2 atmosférico, la portlandita y el hidrato de silicato de calcio (CSH) de la pasta de cemento endurecida se carbonatan progresivamente y el pH alto disminuye gradualmente de 13.5 – 12.5 a 8.5, el pH de agua en equilibrio con calcita (carbonato de calcio) y el acero ya no está pasivado.
- Como regla general, solo para dar una idea sobre órdenes de magnitud, el acero está protegido a un pH superior a ~ 11 pero comienza a corroerse por debajo de ~ 10 dependiendo de las características del acero y las condiciones fisicoquímicas locales cuando el hormigón se carboniza. La carbonatación del hormigón junto con la entrada de cloruro se encuentran entre las principales razones del fracaso de las barras de refuerzo en el hormigón.
- El área de sección transversal relativa del acero requerida para el concreto reforzado típico es generalmente bastante pequeña y varía del 1% para la mayoría de las vigas y losas al 6% para algunas columnas. Las barras de refuerzo son normalmente redondas en sección transversal y varían en diámetro. Las estructuras de hormigón armado a veces tienen disposiciones tales como núcleos huecos ventilados para controlar su humedad y humedad.
- La distribución de las características de resistencia del hormigón (a pesar del refuerzo) a lo largo de la sección transversal de los elementos verticales de hormigón armado no es homogénea
Refuerzo y terminología de vigas.
- Dos vigas de intersección integrales a la losa del garaje de estacionamiento que contendrán acero de refuerzo y el cableado, cajas de conexiones y otros componentes eléctricos necesarios para instalar la iluminación superior para el nivel del garaje debajo de ella.
- Una viga se dobla bajo el momento de flexión, lo que resulta en una pequeña curvatura. En la cara externa (cara de tensión) de la curvatura, el concreto experimenta tensión de tracción, mientras que en la cara interna (cara de compresión) experimenta tensión de compresión.
- Una viga reforzada individualmente es aquella en la que el elemento de hormigón solo se refuerza cerca de la cara de tensión y el refuerzo, llamado acero de tensión, está diseñado para resistir la tensión.
- Una viga doblemente reforzada es aquella en la que, además del refuerzo de tracción, el elemento de hormigón también está reforzado cerca de la cara de compresión para ayudar al hormigón a resistir la compresión. El último refuerzo se llama acero de compresión. Cuando la zona de compresión de un concreto es inadecuada para resistir el momento de compresión (momento positivo), se debe proporcionar un refuerzo adicional si el arquitecto limita las dimensiones de la sección.
- Una viga con refuerzo inferior es aquella en la que la capacidad de tensión del refuerzo de tracción es menor que la capacidad de compresión combinada del concreto y el acero de compresión (reforzado por debajo en la cara de tracción). Cuando el elemento de hormigón armado está sujeto a un momento de flexión creciente, el acero de tensión cede mientras que el hormigón no alcanza su condición de falla final. A medida que el acero de tensión cede y se estira, un concreto “sub-reforzado” también cede de manera dúctil, exhibiendo una gran deformación y advertencia antes de su falla final. En este caso, el límite elástico del acero rige el diseño.
- Una viga sobre-reforzada es aquella en la cual la capacidad de tensión del acero de tensión es mayor que la capacidad de compresión combinada del concreto y el acero de compresión (sobre-reforzado en la superficie de tensión). Por lo tanto, la viga de “concreto reforzado en exceso” falla al aplastar el concreto de la zona de compresión y antes de que el acero de la zona de tensión ceda, lo que no proporciona ninguna advertencia antes de la falla ya que la falla es instantánea.
- Una viga reforzada equilibrada es aquella en la que tanto las zonas de compresión como de tracción alcanzan ceder a la misma carga impuesta sobre la viga, y el concreto se aplastará y el acero a la tracción cederá al mismo tiempo. Sin embargo, este criterio de diseño es tan arriesgado como el hormigón sobre-reforzado, porque la falla es repentina ya que el concreto se aplasta al mismo tiempo que el acero a la tracción cede, lo que da muy poca advertencia de angustia en la falla por tensión.
- Los elementos portadores de momento de concreto reforzado con acero normalmente deben diseñarse para estar sub-reforzados de modo que los usuarios de la estructura reciban una advertencia de colapso inminente.
- La resistencia característica es la resistencia de un material donde menos del 5% de la muestra muestra menor resistencia.
- La resistencia de diseño o resistencia nominal es la resistencia de un material, incluido un factor de seguridad del material. El valor del factor de seguridad generalmente varía de 0,75 a 0,85 en el diseño de tensión admisible.
- El estado límite último es el punto de falla teórico con cierta probabilidad. Se indica bajo cargas factorizadas y resistencias factorizadas.
Gracias.
