Definición teórica del Hormigon pretensado con armadura postesa.

Transcripción

1 Definición teórica del Hormigon pretensado con armadura postesa. La resistencia a tracción del hormigón es muy baja, solamente del orden de 1/12 de su resistencia a compresión, por esta razón se utilizan armaduras de acero para contrarrestar este inconveniente en todas las zonas que puedan quedar traccionada la estructura, estas armaduras siguen la dirección de las fuerzas de tracción y su misión es poder resistir dichas fuerzas. El material que se obtiene de esta manera (hormigón armado), presenta algunos inconvenientes que limitan su empleo: - El hormigón que recubre estas armaduras esta traccionado al igual que estas, y no puede acompañarlas en su desplazamiento sin romperse, aparecen por tanto fisuras, cuya abertura se puede controlar al escoger el diámetro y el tipo de armadura, pero no puede evitarse su formación. - Dichas fisuras pueden dar problemas de durabilidad, por lo que deben estar dentro del limite establecido para cada tipo de ambiente. - Por otro lado el hormigón armado es pesado, ya que el hormigón que esta en las zonas traccionadas solo sirve para recubrir el acero, este peso condiciona la estructura, ya que para grandes luces o para grandes vuelos no resultan competitivas económicamente hablando. Por lo tanto es lógico utilizar a pleno rendimiento la resistencia del hormigón. Para ello nace la técnica del hormigón pretensado. A Eugenio Freyssinet ( ) se le debe el mérito de haber puesto a punto y haber desarrollado la técnica del hormigón pretensado. El hormigón pretensado se diferencia en dos categorías el hormigón

2 pretensado con armadura pretesa ( el tensado de la armadura se realiza antes de hormigonar) y el hormigón pretensado con armadura postesa (el tensado de la armadura se realiza después de hormigonar). En sus dos modalidades nace con la idea de mejorar la resistencia del hormigón dotándole de una mayor resistencia a tracción. La idea de pretensado es la de introducir un estado de tensiones, previo a la carga de la estructura de tal manera que anule o disminuya las tensiones de tracción en el hormigón. Esta idea se entiende fácilmente según el siguiente ejemplo: El ejemplo corresponde a una viga isostática simplemente apoyada con carga (q) distribuida. El estado tensional en la sección mas solicitada, considerando el material ideal, homogeneo, isótropo, (hipótesis de Navier-Bernoulli) elástico y lineal y que no soporta tensiones de tracción, viene representada en el diagrama. Una primera mejora que se podría hacer es eliminar las tensiones de tracción, Cómo? Induciendo una fuerza de compresión en la viga. Esta indución de una carga exterior de compresión con el fin de eliminar las tensiones de tracción en la finalidad del hormigón pretensado, ya sea con armadura pretesa o con armadura postesa.

3 Cómo inducimos esa carga de compresión? En estructuras la manera de inducir esa caga de compresión es introduciendo dentro de la viga un cable o una barra de acero, lo estiramos hasta alcanzar un determinado estado de tensión y luego lo anclamos en los extremos de la viga. De esta manera el cable ejerce una fuerza de compresión en la viga y esta un estado de tracción en el cable, de esta manera suma de tracciones y de compresiones del mismo valor implica la compensación de tensiones. En el siguiente ejemplo se visualiza lo comentado: Al introducir la fuerza de compresión (p) en el centro de gravedad, este axil centrado produce un estado tensional de compresión constante en la sección, y el diagrama final de la pieza sumando la carga (q+p) es el endicado, donde se observa la reducción de las tracciones. Se observa que adoptando el valor de compresión adecuado podemos crear el estado tensional que más nos interese. Una siguiente mejora sería analizar el digrama, el diagrama final presenta unas fibras muy comprimidas y otra fibra sin tensiones, para equilibrar las tensiones en cada fibra se podría aplicar una fuerza de compresión (p) excéntrica, con una excentricidad (e) como muestra la figura.

4 Ajustando los valores de P y de e, podemos generar el estado tensional que más nos interese. Todas estas mejoras que hemos realizados son consideradas solo en la sección central, ya que los valores de p y de e, los hemos determinado para eliminar las tensiones de tracción en dicha sección, considerando esto nos podemos preguntar Qué pasa en el resto de la estructura?, En el resto de la estructura los valores de P y de e afectan de manera distinta en cada sección, debido que los diagramas de momentos que generan P y e son constantes en toda la pieza, pero los diagramas generados por las cargas gravitatorias no lo son, para solución esto deberiamos determinar un valor distinto de P y e en cada sección de la pieza. Por tanto la ultima mejora sería generando una curvatura en el cable como en la figura, esta curvatura genera una fuerza w de sentido contrario a las gravitatorias y lo más interesante tendremos un valor del digrama de momentos no constante en cada sección, por tanto podremos anular inclusive todas las tensiones en la pieza.

5 Considerando lo anteriormente expuesto (suma de compresiones y flexiones) y suponiendo un comportamiento lineal de los materiales se puede realizar las comprobaciones oportunas: La comprobación de la sección se realiza mediante los estados limites, En estado límite de servicio (flechas y fisuras) es especialmente ventajoso y mejora de forma muy notable el comportamiento del elemento y de la sección. La fisuración disminuye porque el nivel de tracciones es mucho menor, a veces la sección no alcanza tracciones y cuando las alcanza no supera la resistencia a tracción del hormigón y por tanto no fisura. Las flechas se controlan como una sección de hormigón armado considerando que la compresión no aumenta la rigidez de la sección y asumiendo que la sección no ha fisurado y la flecha es la elástica. La comprobación a estado limite de servicio se debe comprobar en servicio y en vacio, es decir inmediatamente de haber pretensdo la viga cuando solo actua la fuerza de pretensado y el peso propio de la viga. En estados limite último (rotura), los efectos del pretensado también son

6 ventajosos, ya que la compresión inducida mejora el comportamiento de la sección y porque la sección contiene armadura activa que es de gran resistencia. 2.2.Clases de pretensado con armadura postesa Clases de pretensado con armadura postesa: Las clases de pretensado con armadura postesa se pueden clasificar según la adherencia de la armadura y el grado de pretensado Clasificación según el tipo de adherencia: -Pretensado-postesado con armadura adherente: se inyecta un mortero para dar adherencia entre cable y vaina. -Pretensado-postesado sin adherencia: no se inyecta mortero en la vaina y por tanto no existe adherencia entre cable y vaina Clasificación según el grado de pretensado: -Pretensado total: Cuando la fuerza P se coloca de manera de eliminar completeamte las tensiones de tracción del hormigón. -Pretensado limitado: No se eliminan todas las tensiones de tracción pero se mantiene limitadas las tensiones por debajo de la resistencia a tracción del hormigón. -Pretensado parcial: En este caso no se elimina la tracción y tampoco se mantienen por debajo de la resistencia del hormigón, pero para evitar la fisuración se coloca armadura pasiva, con el hormigón armado. -Pretensado moderado o constructivo:en este cado el pretensado no se utiliza para dotar capacidad portante a la estructura sino para evitar la fisuración de la misma.

7 solicitaciones y tensiones debidas al pretensado. La acción del cable de pretensado sobre la estructura de hormigón se manifiesta en un conjunto de fuerzas: -Fuerzas concentradas en los anclajes. -Fuerzas de desvío a la curvatura. -Fuerzas de fricción entre cable y vaina. Para determinar las tensiones producidas por el pretensado, se puede utilizar dos métodos conocidos como método interno y método directo. Método interno. Se llama así porque se analiza una sección de la viga, el cable pasa por esta sección con una excentricidad e con respecto del centro de gravedad y una inclinación θ Los esfuerzos internos debidos al pretensado - P cos P h - P sen P v M P e - p h a

8 Método directo. En el método directo se colocan sobre la viga de hormigón todas las acciones que produce el pretensado, como cargas externas y de esta manera se determina la carga equivalente de pretensado. La idea de la carga equivalente de pretensado es de equilibrar las cargas gravitatorias con el fin de reducir tensiones y de esta manera conseguir una estructura con el grado de pretensado que más convenga. Donde w viene dado por la siguiente expresión: Siendo P la fuerza de pretensado y r el radio de curvatura. Si el trazado es parabólico, la carga equivalente de pretensado será:

9 El valor de la fuerza de pretensado equivalente y el valor de la excentricidad lo ananlizaremos más adelante en las bases de cálculo, para una estructura isostática y para una hiperestática.