Manual Técnico. Vigueta pretensada 2004

Transcripción

1 Manual Técnico Vigueta pretensada 2004

2 Introducción 01 El presente manual ha sido elaborado para el Departamento de Ventas de DEACERO, S.A. de C.V., con el propósito de brindar una guía práctica del uso del presfuerzo en el sistema constructivo de losas de VIGUETA PRETENSADA ó ALMA LLENA. Ing. Carlos Rivera Gerencia de Presfuerzo conm directo

3 Indice 02 I. PRESFUERZO 03 II. ACERO DE PRESFUERZO 04 III. SISTEMA DE LOSA VIGUETA BOVEDILLA ( PRETENSADA ) 07 IV. PROCEDIMIENTO DE CONSTRUCCIÓN CON VIGUETA PRETENSADA 11 V. INVERSION ( $ ) DE PLANTA DE VIGUETA 16 VI. DISEÑO Y COSTOS DE FABRICACION DE VIGUETA PRETENSADA 20 VII. FABRICACIÓN DE VIGUETA PRETENSADA 22 VIII. VENTAJAS DEL SISTEMA VIGUETA BOVEDILLA (PRETENSADA) 26 X. TABLAS DE CARGA 28

4 Presfuerzo 03 Definición de pretensado Se entiende por pretensado a la aplicación controlada de una tensión al concreto, mediante el tensado de alambres de acero de alta resistencia, previa a la entrada en servicio de la estructura.

5 Acero de 04 Presfuerzo Los aceros al carbono o no aleados son aleaciones hierro (fe) carbono (C), que contienen pequeñas proporciones de otros elementos, principalmente manganeso (Mn), silicio (Si), fósforo (P) y azufre (S). Los aceros aleados son aquellos que contienen, además otros elementos que se añaden voluntariamente por encima de determinados porcentajes para conseguir determinadas propiedades que no pueden lograrse con los aceros al carbono. Los aceros empleados en la fabricación de estructuras de concreto pretensado son en general aceros no aleados ó especiales con un alto contenido en carbono. Su composición química representativa es la que se indica en la siguiente tabla. elemento porcentaje mínimo porcentaje máximo C Mn Si P S Cr V En estos tipos de aceros se combina la resistencia de un material frágil (cementita) con la plasticidad de uno dúctil (ferrita) para obtener al mismo tiempo un material resistente y dúctil (perlita).

6 05 Alambres La materia prima para la fabricación de los alambres de presfuerzo es el alambrón de alto contenido de carbono (1080 Cr-V), que se obtiene por laminación en caliente de la palanquilla. Alambre.- Producto de sección maciza, procedente de un estirado en frío ó trefilado de alambrón que normalmente se suministra en rollo. Alambre de Presfuerzo.- Alambre de Acero de Alto Carbono en acabado liso ó grafilado, sometido a un proceso Térmico de Relevado de Esfuerzos, que asegura las propiedades mecánicas para su aplicación en Viguetas Pretensadas. Relevado de esfuerzos.- Proceso de calentamiento a una temperatura adecuada y un tiempo suficiente para reducir los esfuerzos residuales y posteriormente enfriarlo despacio y suficientemente para minimizar el desarrollo de nuevos esfuerzos residuales.

7 06 Fabricación de los alambres de Presfuerzo Decapado.- Consiste en tratar la superficie del alambrón para eliminar la cascarilla procedente de la laminación y el óxido. El decapado puede ser químico ó físico (Mecánico). Recubrimiento superficial.- Destinado a preparar la superficie del alambrón para un correcto trefilado. Trefilado.- Proceso consistente en el estirado del alambrón, haciéndolo pasar a través de una serie de hileras la cual reducen su sección transversal y consiguen ciertas características físicas adecuadas de resistencia, ductilidad, etc. Grafilado.- Para obtener alambres grafilados, se hace pasar el material por unos rodillos grafiladores que aplicados al paso sobre la superficie del alambre producen las huellas necesarias para lograr adherencia entre el alambre y el concreto. Relevado de Esfuerzo.- Tratamiento térmico que se aplica para eliminar tensiones residuales de los alambres. Con este tratamiento el fy se sitúa como mínimo en el 85% de la resistencia máxima. Recogida.- En cestas donde se forman los rollos para su comercialización. Especificación de alambres de Presfuerzo diámetro (mm) área (mm2) acabado resistencia a la tensión mínima (kg/mm2) resistencia a la fluencia mínima (kg/mm2) liso liso grafilado De acuerdo a la norma ASTM A-881 y A-421 (NMX B )

8 Sistema de Losa 07 Vigueta-Bovedilla (pretensada) Componentes del sistema Losas a base de vigueta y bovedillas.- Sistema estructural formado por componentes portantes prefabricados denominados viguetas, componentes aligerantes llamados bovedillas y por una losa de compresión. El sistema está perimetralmente confinado con una dala ó viga de concreto reforzado. Vigueta.- Componente portante resistente del sistema, formado por concreto y acero, que puede ser de alma llena ó alma abierta. Vigueta pretensada.- Componente portante resistente del sistema, formado por alambres de presfuerzo y de concreto de alta resistencia, las cuales son de alma llena mediante fabricación de moldes fijos ó extrusión (molde deslizante).

9 08 Bovedilla ó componente aligerante.- Componente aligerante de relleno apoyado directamente en las viguetas, fabricados de materiales con densidad inferior a la del concreto, tales como cemento-arena, poliestireno, barro ó cualquier otro material que disminuya el peso y aligere la losa. No se considera contribución alguna por parte de las bovedillas a la resistencia de la losa. La separación entre viguetas depende de las dimensiones de la bovedilla que se utilice, normalmente oscila entre 60 y 75 cm medida centro a centro de viguetas. La altura de la bovedilla depende del claro de la losa y existen desde 10 cm hasta 20 cm.

10 09 Losa de compresión.- Concreto colado en obra con el acero de refuerzo requerido, el cual queda encima de las viguetas y bovedillas, siendo su función estructural integrar y dar continuidad al sistema. Al realizarse el colado del concreto en la obra, se integra en forma monolítica la vigueta con la capa de compresión (como si toda la losa se colara al mismo tiempo). La resistencia mínima del concreto colado en la obra será de f c = 200 kg/cm², fabricado con tamaño máximo de agregado de 19 mm (3/4 ) y debe vibrarse para asegurar su penetración en las cuñas. La cuña de concreto es la porción del concreto colado en obra que se aloja entre los elementos aligerantes embebiendo a la vigueta. La losa de compresión, que se vacía en obra debe tener los espesores (t) mínimos siguientes, en función de las características del sistema estructural global y de las longitudes de los claros de soporte: espesor t (cms) t>3 _ t>4 _ t>5 _ t>6 _ claro l (mts) altura estructura h (mts) l<4 _ 4<l< <l<8 l>8 _ h<13 _ h>13 h>13 h>13

11 10 Acero de refuerzo en losa de compresión.- Se requiere colocar acero de refuerzo en la capa de compresión para resistir los esfuerzos de flexión que se lleguen a presentar así como para evitar agrietamientos por cambios volumétricos debidos a variaciones de temperatura, el acero de refuerzo calculado es el mínimo requerido por contracción y temperatura. El refuerzo mínimo estará determinado por el área de acero de refuerzo mínimo necesaria para efectos de temperatura donde: a mín = 66,000 h / fy (100 + h), donde: a es el área transversal de refuerzo colocado en la dirección que se considera, por unidad de ancho de la pieza (cm2/ml). h es la dimensión mínima del espesor de la losa de compresión (cm). fy es el esfuerzo nominal de fluencia del acero (5,000 kg/cm2). El refuerzo de la losa de compresión debe ser ortogonal y podrá ser habilitado empleando mallas ó varillas. No se podrá sustituir este refuerzo con ninguna clase de fibra. Para un espesor de losa de compresión de 3-4 cms se recomienda usar malla soldada Para un espesor de losa de compresión de 5 cms se recomienda usar malla soldada El peralte mínimo del sistema será del claro L entre 25

12 Procedimiento de 11 construcción con Vigueta Pretensada Paso 1 Almacenamiento de materiales en obra Paso 2 Nivelación de muros

13 12 Paso 3 Montaje de viguetas Las viguetas se colocan en forma manual dentro de la dala ó cerramiento ó bien sobre los muros cargadores y deberán apoyarse dentro de la dala por lo menos 7 cm. Por ejemplo, si se tiene un claro libre de 3.00 m, más 7 cm de apoyo en cada muro, la vigueta requerida deberá tener 3.14 mt de longitud total. a) Montaje dentro de la dala a) Montaje dentro de la dala: Esta foto ilustra un inadecuado montaje de la viga, lo correcto es llevarla hasta la mitad ó eje del armado de la dala ó cadena, (7 cm mínimo de apoyo). b) Montaje sobre muros: La recomendación es que la viga apoye todo el ancho del muro mínimo. a) Montaje sobre muros

14 13 Paso 4 Apuntalamiento De acuerdo a sus características el sistema de vigueta pretensada es autoportante (no requiere cimbra de contacto ni apuntalamiento) hasta 3.0 mts, por lo que en claros mayores en necesario apuntalar siendo este apuntalamiento el que menos materiales y mano de obra utiliza con respecto a los sistemas tradicionales. Como recomendación se apuntala al centro todo claro mayor a 2.5 mts porque al colar la losa de compresión se pueden usar bombas y al acumularse el concreto provoca altas concentraciones de carga. CIMBRA TRADICIONAL (Requiere mucho material y tiempo para cimbrar y desimbrar) CIMBRA CON VIGUETA PRETENSADA EL SISTEMA PRETENSADO REQUIERE LA MENOR CANTIDAD DE CIMBRA!!!!

15 14 Paso 5 Colocación de bovedillas Paso 6 Instalaciones hidráulicas y eléctricas Después de que las bovedillas han quedado en su lugar, se colocan las mangueras para la instalación eléctrica. Estas se llevan por los muros y por los huecos de las bovedillas.

16 15 Paso 7 Colocación de malla soldadora La malla soldada se corta en el piso al tamaño deseado, se sube a la losa en construcción y se amarra con alambre recocido. Paso 8 Colado de losa de compresión La losa de compresión será de un espesor de mínimo 3 cm y resistencia mínima de 200 kg/cm². Es muy importante saturar las bovedillas previo al colado del concreto y por seguridad para la persona que labora sobre la losa se recomienda caminar sobre las vigas ó tablones NO sobre las bovedillas.

17 Inversión ($) de 16 planta de Vigueta Para instalar una planta de fabricación de vigueta pretensada, se requiere un terreno con área suficiente para construir una nave preferentemente cerrada, donde se pueda alojar las mesas ó pistas de extrusión ó colado de las viguetas, almacenes de agregado, cemento, rollos de alambre de presfuerzo y producto terminado; así como espacio para maniobras de carga y descarga. Una relación aproximada es de 2 m² de terreno por cada ml de vigueta producida al día; por ejemplo, si se desea producir 500 ml de vigueta diariamente se necesita un terreno de 1000 m². Las viguetas pretensadas actualmente se fabrican en México bajo dos diferentes tipos de sistemas. 1.Molde Deslizante (Extrusión) donde se pueden fabricar de 4,000 a 5,000 ml diarios. 2.Molde Fijo donde se pueden fabricar desde 500 a 2,000 ml diarios. Dado que la inversión para el montaje de una planta de moldes fijos es mucho menor que una planta de molde deslizante, este será el descrito a continuación. Arreglo general de una planta de vigueta pretensada bajo el sistema de moldes fijos. 1.- Mesas de fabricación (1,000 mt instalados totales). 2.- Almacén de grava. 3.- Almacén de arena. 4.- Revolvedora de concreto. 5.- Almacén de cemento. 6.- Almacén de alambre presfuerzo. 7.- Almacén general. 8.- Patio de producto terminado. 9.- Area para carga de viguetas a camión Muertos de concreto armado.

18 Panoramica de una planta de Vigueta Pretensada 17

19 18 Equipos utilizados en la fabricación de Vigueta Pretensada. Mesas de fabricación, son los moldes donde se coloca el alambre de presfuerzo y se realiza el colado de la vigueta. El costo por molde de 3.00 mt en lámina negra cal. 10 para vigueta de 12 cm es de $ IVA. El costo por separador para vigueta de 12 cms es de $ IVA. El costo por gato (tornillo y tuerca) para destensar (4 por mesa) es de $ 3, IVA. El costo por placa para base (cabezal de 2 x12 x48, 2 por mesa) es de $ 3, IVA. Por lo tanto el costo total de las mesas para 1,000 ml de capacidad es de $ 300, IVA. Sistema hidráulico para tensado de alambre de presfuerzo de 5mm, consiste en unidad de potencia hidráulica, con motor de 2 HP trifásico a 220V/60Hz, bomba de engranes, válvula de calibración de presión, tanque hidráulico con accesorios, manómetro y válvula hidráulica accionada por botón. Además cilíndro hidráulico de simple efecto para tensado de alambre marca Paull de fabricación alemana con carrera de 100 mm, incluye manguera conexiones y mordaza para alambre de 5 mm. El costo por unidad de sistema es de $ 80,000 pesos + IVA, se requiere una por planta.

20 19 Nave industrial, construída con columnas metálicas, armaduras y polines. Para una planta con 4 mesas de 5 líneas de vigueta de 50 mt de longitud (1,000 ml instalados), el material necesario es de 20 kg/m2 con un costo de materiales y mano de obra de $27.00 por kilo. Por lo tanto una nave de 12.5 mts de ancho y 55 mts de largo cuesta $ 370, pesos aprox. Piso industrial, construído con firme de concreto de 200 kg/cm2 de 15 cms de espesor y reforzado con varilla 30 cms. El costo de materiales y mano de obra oscila alrededor de los $ pesos por metro cuadrado. Por lo tanto un piso de 12.5 mts de ancho y 55 mts de largo cuesta $ 170, pesos aprox. Muertos de concreto, elemento estructural de concreto armado para soportar las tensiones del pretensado. El propuesto para efecto de costeo es de 1.5 mts de ancho, 10 mts de largo y 2.0 mt de profundidad con concreto de 200 kg/cm2 y como refuerzo canastilla de varilla 15 cms. Por lo tanto el costo de los 2 muertos (1 en cada extremo) cuesta $ 115, pesos aprox. Revolvedora para concreto, con olla de acero con capacidad para 1 saco, 9 pies cúbicos, motor honda 8 HP, cuatro tiempos. Costo aproximado por equipo de $16, IVA. Vibrador para concreto, eléctrico de 1 hp con chicote de 4.0 mt de longitud y cabezal de 25 mm de diámetro, cuesta $ 10,000 pesos + IVA. Por lo que la inversión inicial para montar una planta de 4 mesas con 5 líneas de 50 mt de longitud (1,000 ml) es la siguiente: Concepto Precio (Pesos + IVA) 1. Mesa de fabricación, incluye separadores, gatos y cabezales. $ 300, Sistema para tensado de alambre $ 80, Nave Industrial, incluye materiales y mano de obra.no techumbre. $ 370, Piso industrial, incluye materiales y mano de obra. $ 170, Muertos de concreto, incluye materiales y mano de obra. $ 115, Revolvedora para concreto y vibrador. $ 26, Subtotal $ 1,061, Imprevistos 10% $ 106, Total (no incluye terreno y permisos) $ 1,167,000.00

21 Diseño y costos de 20 fabricación de Vigueta Pretensada Sección Transversal típica de Vigueta Pretensada en Moldes Cálculo del Area Transversal A1 + A3 = ((B + b)h/2)*2 = 6.00 cm2 A2 = b x h = cm2 A4 + A6 = ((B + b)h/2)*2 = cm2 A5 = b x h = cm2 Area total de la sección: cm2 volúmen (1 ml)= m kg/m3 peso (1ml)= kg/ml

22 21 Materiales y costos directos aproximado de Vigueta Pretensada En base a: - 1 ml de Vigueta de sección típica 10 cms de base x 10 cms de altura. - Concreto de 350 kg/cm2 (Resistencia mínima según norma NMX-C ). - Alambre de presfuerzo 5mm grafilado. Proporcionamiento para 1 m3 con f c = 350 kg/cm2, grava de ¾ y revenimiento de 8-10 cms. material cemento grava arena 4 agua unidad cantidad $ materiales $ prop kg kg kg kg $ por m3 $5.06 por ml Considerando las siguientes densidades (kg/m3): Cemento 3000 Grava 2600 Arena 2600 Proporcionamiento para 1 ml de vigueta con 2 alambres de 5mm + 1 alambre de 3mm liso. material alambre alambre rendimiento unidad $ materiales unidad $ prop kg/ml kg/ml kg kg $4.83 por ml Por lo tanto, el costo en materiales para 1 metro lineal de vigueta es de $9.89 pesos. ** Precios Abril 2004

23 Fabricación de Vigueta Pretensada 22 Paso 1 Limpieza de moldes y aplicación de desmoldante. Se disuelven 3 kg de grasa automotriz en 19 litros de diesel. Con una estopa o un trapeador se aplica una capa de esta solución a los moldes para permitir el desmoldeo de la vigueta una vez que esta haya fraguado. Paso 2 Corte de alambre. Con ayuda de unas cizallas se corta el alambre de presfuerzo. La longitud será el largo de los moldes, mas puntas suficientes en ambos extremos para anclarlo y tensarlo con el sistema hidráulico (gato). Paso 3 Colocación de alambre. Se colocan los alambres junto a la pista de moldes. Los alambres se hacen pasar por los agujeros de los separadores que tendrá cada molde. El juego de alambres y separadores son colocados en los moldes.

24 23 Paso 4 Anclaje de alambre. Los alambres se hacen pasar por los agujeros de la viga de anclaje y se aseguran con los barriles y cuñas. Su función es permitir el tensado e impedir que el alambre se corra cuando ha sido estirado. Paso 5 Tensado de alambre. Con un equipo hidráulico (bomba y gato) ya sea manual o eléctrico se van estirando los alambres. Usualmente uno por uno, aunque existen equipos que pueden estirar dos a la vez. La carga que se está aplicando se lee en un manómetro y es dejada de aplicar cuando ha llegado a la carga especificada de diseño. Paso 6 Fabricación del concreto. El proporcionamiento dependerá de los materiales de la región, por lo que deberá recurrirse a un laboratorio para verificar la resistencia del concreto.

25 24 Paso 7 Vaciado de concreto. Una vez elaborado el concreto, se lleva en carretillas y se vacía en los moldes, distribuyéndolo con la ayuda de una pala. Paso 8 Vibrado de concreto. Para asegurar la adherencia con los alambres, el concreto debe vibrarse evitando con esto oquedades en el concreto. Paso 9 Destensado de alambre. Típicamente 24 horas después del colado se pueden desmoldear las viguetas. Primero se aflojan los alambres del extremo móvil de la pista.

26 25 Paso 10 Corte de alambre. Luego con un equipo de soldar se cortan los alambres para separar un tramo de vigueta de otro, esto es entre un separador y otro. Paso 11 Descimbrado. Con una barra de acero que se hace pasar por las asas de alambre que se dejaron después de vibrar el concreto, se hace palanca para sacar la vigueta de los moldes. Paso 12 Acarreo de viguetas. Finalmente las viguetas son llevadas al almacén, apiladas de acuerdo al claro.

27 Ventajas del sistema 26 vigueta-bovedilla (pretensada) El sistema de losa vigueta-bovedilla por ser un sistema de elementos prefabricados, ofrece muchas ventajas contra las losas tradicionales, tales como: Ventajas económicas: 1. Elimina 100% la cimbra de contacto (triplay, duela,etc.). 2. Ahorro de 85% en la cimbra total de la losa (cimbra de contacto y puntales). 3. Ahorro de 60% en tiempo y mano de obra en el cimbrado de la losa. 4. Ahorro de 20% en volúmen de concreto en obra. 5. Elimina 100% los materiales y habilitado del armado de acero de refuerzo. 6. Reducción de desperdicios. Por lo tanto este sistema ofrece un 20% de ahorro en costo contra las losas tradicionales)!! 7. Además, este sistema usa la MENOR CANTIDAD DE ACERO por ML ó M2 con respecto a cualquier sistema de losa : Refuerzos para Losas de Vivienda (claros < 3.50 mts). sistema pretensada armadura aligerada sólida armados típicos kg/ml kg/m2 pretensada ($/m2) 3O5 mm mm VR de 3/8 30 cms Actualize los precios y compuebe el ahorro! sistema *kg/ml kg/m2 pretensada ($/m2) pretensada armadura aligerada sólida ahorro en ACERO usado ahorro en ACERO usado % 69% 79% 35% 59% 72%

28 27 Otras Ventajas: 1.El sistema es autoportante hasta cierto claro (no requiere cimbra ni puntales). 2.Al ser fabricados en planta (prefabricados) se garantiza la calidad, resistencia y seguridad. 3.Al ser presforzada se reduce el peralte del sistema y el peso total de la losa. 4.Al demandar menor cantidad de concreto es más ligera y requiere menor cimentación. 5.Se pueden cubrir claros mayores. 6.No requiere mano de obra especializada. 7.Mejor comportamiento bajo cargas de servicio por el control de la deflexión (Presfuerzo). 8.Losas en una dirección, siendo una caractarística y NO una desventaja ya que las cargas las distribuyen a lo largo de las viguetas pretensadas. 9.Sistema comprobado por más de 4 décadas en México. 10. Aislamiento térmico y acústico.

29 Tablas de 28 Carga

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