INTRODUCCIN AL HORMIGN PRETENSADOLuis Cosano Lpez-Fando

Ing. de Caminos, Canales y PuertosDpto. Tcnico - Freyssinet S.A.

Hormign PT: ?

Qu? El concepto inicial del hormign pretensado buscaba aplicar a una seccin de

hormign un esfuerzo de compresin que mantenga dicha seccin comprimida bajo la accin de las solicitaciones exteriores.

Quin, cuando y donde? Primeras patentes de Jackson (EE.UU.) en 1886m y Dohering (Alemania) con

las losas alveolares (1788). Sin embargo se considera Eugene Freyssinet con su puente sobre el ro

Aller en 1906 como el principal precursor por: Tcnica con los anclajes de cua cnica y los gatos de doble accin. Describe los fenmenos de relajacin del acero y de fluencia en el hormign

En Espaa, Eduardo Torroja realiza el puente de Tempull en 1928. Por qu?

Trata de salvar las limitaciones fundamentales del hormign armado, manteniendo las propiedades que lo hacan tan bueno. Estas limitaciones son: Obligatoriedad de desaprovechar la parte fisurada de la seccin de H.A. La durabilidad del material por esta fisuracin se vea comprometida. Flechas, principalmente a largo plazo Exceso de peso propio, especialmente en vanos largos.

EL TIRANTELA VIGA ISOSTTICA

Hormign PT: Principios bsicos, el tirante (I)

P P

Ac

Ap

N N

Ac

Ap

1. Aplico una fuerza P:c=P/Ac; p=-P/Ap

2. Fuerza N exterior:c=-N/(Ac+nAp); p=-nN/(Ac+nAp), donde n=Ep/Ec

3. Valor que N c=0c+c=0=P/Ac-N/(Ac+nAp) N=(Ac+nAp)*P/Ac=P*(1+nAp/Ac)

4. Con esto queda que:c=0; p=-(P/Ap +n*N/(Ac+nAp)

Hormign PT: Principios bsicos, el tirante (I)

Supongamos una pieza recta de hormign, con seccin Ac que dispone un tirante en su centro de gravedad de seccin Ap. Aplicamos una fuerza P en el tirante y la transferimos al hormign

anclndolo. Las tensiones en el hormign y el acero sern: c=P/Ac; p=-P/Ap Solicitada por una accin exterior N de traccin, la variacin de

tensiones ser:c=-N/(Ac+nAp); p=-nN/(Ac+nAp) donde n=Ep/Ec

El valor de N para que no aparezcan tracciones en el hormign ser:c+c=0=P/Ac-N/(Ac+nAp) de donde N=(Ac+nAp)*P/Ac=P*(1+nAp/Ac)

Bajo este valor de N, las tensiones en el hormign y acero sern: c=0; p=-(P/Ap +n*N/(Ac+nAp)

Conclusiones El tirante compuesto puede soportar una traccin N (aprox 1%) superior

a la fuerza de pretensado P sin que el hormign quede traccionado. Para variaciones importantes de las acciones exteriores (N) la tensin

en el acero vara poco debido a la colaboracin del hormign. La deformacin de la pieza es consecuentemente pequea. Las tensiones del acero y del hormign no varan proporcionalmente

con la intensidad de las acciones.

Hormign PT: Principios bsicos, la viga isosttica (I)

h

b

P

sQ

-sQ

sQ 2*sQ

M

Q

+ =

1. Accin de la carga puntual Q

2. Accin de la carga de pretensado P que anula la tensin de traccin Q3. La combinacin de las dos acciones da lugar a una seccin totalmente comprimida con tensin mxima de compresin igual a dos veces la tensin de compresin producida por la carga exterior Q

El valor de la fuerza de pretensado necesaria es:P=6xM/h

Hormign PT: Principios bsicos, la viga isosttica (I)

Con pretensado centrado: Una viga isosttica de dimensiones bxh, de luz L con

una carga Q centrada presenta el siguiente diagrama de tensiones, supuesto que el material resista por igual tracciones que compresiones.

Como el hormign no resiste tracciones, buscamos la compresin producida por el pretensado que anula la traccin, esta ser:

P=Q x b x h, Q =M/W=6xM/(bxh^2), de donde P=6xM/h, La suma de la accin exterior ms el pretensado

provoca que la seccin se quede completamente comprimida con una tensin de compresin mxima igual a 2 veces la tensin de compresin producida por la fuerza exterior.

Hormign PT: Principios bsicos, la viga isosttica (II)

h

b

Ph/6

sQ

-sQ

sQ

M

Q

+ =

sQ

1. Accin de la carga Q

2. Accin de la carga de pretensado P que anula la tensin de traccin Q3. La combinacin de las dos acciones da lugar a una seccin totalmente comprimida con tensin mxima de compresin igual a una vez la tensin de compresin producida por la carga exterior Q.

El valor de la fuerza de pretensado necesaria es:

P=3xM/h

Hormign PT: Principios bsicos, la viga isosttica (II)

Con pretensado descentrado: Situamos el pretensado a h/6 del centro de la estructura. Como el hormign no resiste tracciones, buscamos la

compresin producida por el pretensado que anula la traccin, esta ser:P=0.5xQ x b x h, Q =M/W=6xM/(bxh^2), de donde P=3xM/h

La suma de la accin exterior ms el pretensado provoca que la seccin se quede completamente comprimida con una tensin de compresin mxima igual a 1 vez la tensin de compresin producida por la fuerza exterior.

Comparativa

M

Q

h

b

Ph/6

sQ

-sQ sQ

sQ

+ =P=3xM/h

h

b

P

sQ

-sQ

sQ 2*sQ

+ = P=6xM/h

Conclusin: Disponer el pretensado excntrico mejora sustancialmente al conjunto de la seccin ya que para la misma fuerza exterior reduce la cantidad de pretensado a disponer y reduce las tensiones a las que est sometida la seccin.

Pregunta: Debe ser exctrico a lo largo de todo el eje de la viga?.

hb

P

e

Mg

g qq

Mq

g

sq

-sq

sg

-sg

Hormign PT: Principios bsicos, la viga isosttica (III)

1. Accin de la carga g 2. Accin de la carga q

h

b

P

e

q

g

Mg+Mq

sq

-sq-sg

sg

sg+sq

-sg

+

sq

=

Hormign PT: Principios bsicos, la viga isosttica (III)

3. Accin de la carga g + q

4. Pretensado que compensa las tracciones provocadas por g+q y que anula la compresin producida por g

5. Fase de servicio g + q + p

hb

P

e

sg

-sg sg+sq

-sg

+

sq

=

Hormign PT: Principios bsicos, la viga isosttica (III)

6. Fase de ejecucin de la estructura g + p

Mg

g

Hormign PT: Principios bsicos, la viga isosttica (III)

Con distincin de cargas, g y q, Situamos el pretensado a e del centro de la seccin. En este caso tengo dos incgnitas, la fuerza de

pretensado P y la excentricidad e, y planteo dos ecuaciones, que son eliminar la tensin de compresin producida por g y la de traccin producida por g y q,

-g =P/(bxh)+6xPxe/(bxh^2) g+q=P/(bxh)-6xPxe/(bxh^2)

Resolviendo el sistema queda:P=(bxhxq/2)

e=-(h/6+ g*h/(3 q)) Lmites de compensacin:

Por geometra: eO -h/2 Por cargas: gOq

Hormign PT: Conclusiones finales

En los dos casos primeros de la viga isosttica, cualquier seccin de la viga est dentro de los lmites de tensiones admisibles.

En el ltimo caso a medida que nos alejamos del punto donde MG y MQ se hacen mximos y vamos hacia puntos donde disminuyen o se anulan, el exceso de excentricidad del pretensado provoca tensiones no admisibles en la seccin.

Por tanto, admitiendo que el aumento de excentricidad reduce significativamente la cantidad de pretensado a disponer en la seccin, es necesario modificar la excentricidad en la misma forma en la que varan las leyes de momentos de las fuerzas exteriores y concretamente la de G (cargas permanentes y concretamente el peso propio por ser el ms importante).

Como la ley de momentos de peso propio es una parbola de segundo grado, el trazado del pretensado debe ser parablico.

Hormign PT: Ejemplos de aplicaciones

OBRA CIVIL

EDIFICACIN

CENTRALES NUCLEARES

TANQUES DE GAS LQUIDO

PLATAFORMAS OFF SHORES

CON ARMADURA PRETESACON ARMADURA POSTESA

ADHERENTENO ADHERENTE

INTERIOREXTERIOR

Hormign PT: Tipologa

Segn el momento en el que se aplica la tensin: Antes del hormigonado: HPT con armaduras Pre-tesas Despus del hormigonado: HPT con armaduras Post-

tesas Dentro de la segunda, distinguimos:

Pretensado interior Pretensado exterior

Segn las condiciones de adherencia del tendn: Adherente No adherente

Hormign PT: Con armadura pretesa

Caractersticas El ms adecuado para prefabricacin. La fuerza del acero se ancla por adherencia con el hormign. Los tendones se anclan en bancadas especiales hasta la fase de

transferencia No hay prdidas por rozamiento. Las zonas donde no interesa el pretensado quedan envainadas o

plastificadas lo que da una flexibilidad a la hora de disear. Ventajas

Produccin en serie, muy rpida. Reduccin de prdidas por fluencia del hormign gracias a la produccin

industrializada, con curado al vapor. Inconvenientes

No ahorra acero, ya que la traza de los tendones es recta. En raras ocasiones se realizan trazas poligonales de tramos rectos.

Desaprovecha la contribucin del acero a cortante. Con curado trmico se producen prdidas importantes debido a la

dilatacin del acero antes de su transferencia. Importantes prdidas debidas a acortamiento elstico instantneo y

deformaciones diferidas (hormigones muy jvenes)

Hormign PT: Con armadura postesa

Caractersticas Es el ms adecuado para fabricacin in-situ. La fuerza residente en el acero se ancla a travs de anclajes. Concentracin de fuerza en los anclajes (desde 20tn a 1100tn).

Ventajas Permite el trazado curvo de los tendones. Reduccin de las prdidas de tensin en el hormign al realizarse el

tesado a mayores edades del hormign. La inclinacin de los tendones tiene un efecto reductor del esfuerzo

cortante. Inconvenientes

La colocacin de los tendones se realiza a travs de un proceso menos industrializado.

Los trazados curvos introducen mayor incertidumbre en las prdidas pro rozamiento.

El empleo de vaina reduce (en el caso de la obra civil mas significativamente) el brazo mecnico de la armadura.

Tipologa: Pretensado Exterior

Caractersticas: Trazado recto y determinado por la

posicin de los desviadores. El tendn est situado fuera de la

seccin transversal del hormign, pero dentro del canto de la pieza

Ventajas Retesable Inspeccin a lo largo de toda la vida

til de la estructura.

Desviador

Tendn de Pretensado exterior

Alma

Losas superior

Losa inferior

Viga transversal

Adecuado para estructuras por dovelas sucesivas, Muy til en rehabilitacin y refuerzo de estructuras, Simplifica el trazado, Hormigonado ms sencillo y reduccin del canto.

Inconvenientes Sobrecostes de diseo por desviadores, macizados de anclaje, etc. Para la misma cuanta de acero requiere un 20% ms de canto que el

interior.

Tipologa: Pretensado Adherente vs. Pretensado No Adherente en Edificacin En el PT adherente tras el tesado la vaina se inyecta con lechada que

confiere al conjunto (acero+lechada+vaina+hormign) una adherencia adecuada.

En el PT no adherente la vaina o no se inyecta o se introduce unmaterial que no aporta adherencia al conjunto (grasa o cera).

El PT adherente se usa completamente el acero activo (hasta rotura en ELU), lo que reduce la cuantaarmadura pasiva y de punzonamiento.

El PT adherente usa habitualmente unidades multicordn lo que facilita el espaciamiento, la colocacin y el hormigonado, sobre todo en zonas de concentracin (junto a pilares).

En el PT no adherente la unidad habitual es monocordn. El PT no adherente se dispone unidades de anclaje menores

(monocordn), pero la concentracin de anclajes en los extremos ocupa mayor espacio que las unidades adherentes ya que debe existir un espacio entre ellas.

El PT adherente suele ir asociado a realizacin in situ o prefabricacin del tendn en obra

El PT no adherente suele transportarse a obra ya prefabricado.

EL HORMIGNEL ACERO PASIVOEL ACERO ACTIVO

Hormign PT: Los materiales

Las estructuras de hormign pretensado se componen de los siguientes materiales principales: El hormign, es la base del material y el que aporta

la resistencia a compresin necesaria. El acero pasivo, idntico que en hormign armado

tiene como finalidad aportar resistencia a traccin en las secciones que lo requieran.

El acero activo, tiene una doble funcin, por un lado introducir la compresin estimada en el hormign y por otro lado, cuando es adherente, ayudar a la pasiva en las zonas de la seccin donde aparezcan tracciones.

Hormign PT: Los materiales. Hormign

Como el hormign para la tipologa de hormign armado, est compuesto por: Cemento: Conglomerante hidrulico que confiere junto con los

ridos las propiedades fsicas del conjunto. ridos: Conforman entre el 75 y el 80% del volumen total, por lo

que son directamente responsables de las propiedades fsicas del conjunto.

Agua (de amasado): es el encargado de hidratar el cemento y confiere al conjunto la trabajabilidad necesaria.

Aditivos: sustancias que aadidas al hormign en una proporcin no superior al 5% dotan a este de propiedades en estado fresco o endurecido, que no hubieran tenido de no haberse aadido.

Si bien, cada uno de estos elementos debe presentar propiedades especiales para hacerlo compatible con las armaduras activas.

Hormign PT: Los materiales. Hormign

-No aireantes**Aditivos(Art. 29)

Cl-

Hormign PT: Los materiales. El acero pasivo

Es el mismo acero que se emplea en las estructuras de hormign armado y su funcin es exactamente la misma que en las estructuras de hormign armado.

Las barras de acero corrugado, estn normalizadas, por ejemplo en Espaa las regulan las normas (UNE 36068:1994- UNE 36065:2000 UNE36811:1996)

Las barras de acero corrugados se producen en una gama de dimetros que van de 6 a 40 mm. Las barras inferiores a 16mm. de dimetro se pueden suministrar en barras o rollos, para dimetros superiores a 16 siempre se suministran en forma de barras, habitualmente hasta una longitud mxima de 12m.

Los datos ms importantes de una barra pasiva son: Su lmite elstico. Su carga unitaria de rotura. Su alargamiento en rotura o lo que es lo mismo su ductilidad. La nueva

norma contempla un nuevo acero ms dctil (B400S/B400SD, B500S/B500SD).

Hormign PT: Los materiales. El acero activo (I)

La normativa espaola entiende por acero activo a Alambres (en bobinas) Barras (hasta 12m) Cordones. (en bobinas y de 3, 5 7 hilos)

En cualquiera de los casos son aceros con alto contenido en carbono (0.8%) y alto lmite elstico.

Los sistemas de postesado actuales estn enfocados en su mayora al cordn de 7 hilos: Compuesto por 1 hilo central recto y 6 arrollados helicoidalmente

alrededor de este. Fabricados conforme a norma UNE 36094-97 o EN 10138-3

Para trabajos especiales el cordn puede incorporar diversas barreras de proteccin contra la corrosin: Galvanizacin del cordn. Vaina individual de polietileno Relleno con grasa o cera petrolfera

Hormign PT: Los materiales. El acero activo (II)

Aceros empleados en Espaa en los sistemas de postesado habituales: Y1770S7 T15.2. 140mm2

Y1770S7 T15.7 150mm2

Y1860S7 T15.2 140mm2

Y1860S7 T15.7 150mm2

Y1820S7 T15.2 165mm2