Todo ingeniero civil debe conocer la respuesta a esta pregunta porque se considera que es la pregunta más importante para el ingeniero civil.
El concreto pretensado es una de las partes más importantes de la construcción y usted debe y debe tener un conocimiento adecuado al respecto. Vamos a entenderlo en detalle.
Una estructura de concreto pretensado es diferente de una estructura de concreto reforzado convencional debido a la aplicación de una carga inicial en la estructura antes de su uso. La carga inicial o el pretensado se aplican para permitir que la estructura contrarreste las tensiones que surgen durante su período de servicio. El pretensado de estructuras se introdujo a finales 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 por fuerza 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
Tensado previo de 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 hormigón, 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 de flexión, como vigas y losas. Para evitar tales grietas, la fuerza de compresión se puede aplicar adecuadamente en la dirección perpendicular. El pretensado mejora las capacidades de flexión, corte y torsión de los miembros de flexión. En tuberías y tanques de almacenamiento de líquidos, las tensiones de tensión del aro se pueden contrarrestar eficazmente mediante un pretensado circular.
El siguiente esquema explica la aplicación del pretensado.
Colocar y estirar varillas de acero dulce, antes del hormigonado.
Figura- Prensado de vigas de hormigón mediante varillas de acero dulce.
Las varillas de acero suave se estiran y el hormigón se vierte alrededor de ellas. Después del endurecimiento del hormigón, se libera la tensión en las varillas. Las varillas intentarán recuperar su longitud original, pero esto se evita por el hormigón circundante al que está unido el acero. Por lo tanto, el concreto está ahora en un estado de precompresión. Es capaz de contrarrestar el esfuerzo de tracción, como el que se deriva 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 redujo con el tiempo. Las capacidades de resistencia de carga de los miembros eran limitadas. Bajo cargas sostenidas, se encontró que los miembros fallaron. Esto se debió a la siguiente razón. El hormigón se encoge con el tiempo. Además, bajo carga sostenida, la tensión en el hormigón aumenta con el aumento del tiempo. Esto se conoce como deformación por fluencia. La reducción en la longitud debido a la deformación y la contracción también es aplicable al acero embebido, lo que resulta en una pérdida significativa en la tensión de tracción.
Formas de acero de pretensado
Alambres: el alambre de pretensado es una sola unidad de acero.
Hilos: dos, tres o siete cables se enrollan para formar un hilo pretensado.
Tendón: un grupo de hilos o alambres se enrollan para formar un tendón de pretensado.
Cable- Un grupo de tendones forman un cable de pretensado.
Barras: un tendón puede estar formado por una sola barra de acero. El diámetro de una barra es mucho más grande que el de un alambre.
Naturaleza de la interfaz hormigón-acero
Tendón adherido : cuando existe una unión adecuada entre el tendón pretensado y el concreto, se denomina tendón adherido. Los tendones postensados pretensados y enlechados son tendones unidos.
Tendón no unido : cuando no hay uniones entre el tendón pretensado y el hormigón, se llama tendón no unido. Cuando no se aplica la lechada 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 el funcionamiento.
b) En última instancia, durante eventos extremos.
Ventajas del Prestressing
El pretensado del concreto tiene varias ventajas en comparación con el concreto reforzado tradicional (RC) sin el pretensado. Un miembro de concreto totalmente pretensado suele estar sujeto a compresión durante la vida útil. Esto rectifica varias deficiencias de hormigón. El siguiente texto menciona ampliamente las ventajas de un miembro de concreto pretensado con un miembro de RC equivalente. Para cada efecto, se enumeran los beneficios.
La sección permanece sin fisuras bajo cargas de servicio.
Reducción de la corrosión del acero. Aumento de la durabilidad.
Se utiliza una sección completa.
Momento de inercia más alto (mayor rigidez)
Menos deformaciones (mejor servicio).
Aumento de la capacidad de corte.
Adecuado para uso en recipientes a presión, estructuras de retención de líquidos. Rendimiento mejorado (resiliencia) bajo carga dinámica y de fatiga.
Altos ratios de amplitud a profundidad Posibilidades más amplias posibles con pretensado (puentes, edificios con grandes espacios libres de columnas) A continuación se muestran los valores típicos de las relaciones de amplitud a profundidad en losas.
Losa no pretensada 28: 1 Losa pretensada 45: 1 Para el mismo tramo, menos profundidad en comparación con el miembro RC.
Reducción del peso propio.
Más atractivo estético debido a las secciones delgadas.
Secciones más económicas.
Adecuado para la construcción de prefabricados
Las ventajas de la construcción prefabricada son las siguientes.
Construccion rapida
Mejor control de calidad
Mantenimiento reducido adecuado para construcciones repetitivas. Uso múltiple de encofrados.
Reducción de encofrados.
Disponibilidad de formas estándar.
Postensado
Los sistemas de pretensado se han desarrollado a lo largo de los años y varias empresas han patentado sus productos. La información detallada de los sistemas se encuentra 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 que se proporciona en esta sección es de carácter introductorio, 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 de post-tensado se describen a continuación.
Etapas de postensado
En los sistemas de postensado, los conductos para los tendones (o hebras) se colocan junto con el refuerzo antes de la fundición del concreto. Los tendones se colocan en los conductos después del vaciado 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 concreto endurecido. Si los conductos se rellenan con lechada, entonces se conoce como postensado unido. La lechada es una pasta de cemento limpia o un mortero de cemento y arena que contiene un aditivo adecuado .
En el postensado no adherido, como sugiere su nombre, los conductos nunca están enlechados y el tendón se mantiene en tensión únicamente por los anclajes finales. El siguiente boceto muestra una representación esquemática de un miembro post-tensado con lechada. El perfil del conducto depende de las condiciones de soporte. Para un miembro de soporte simple, el conducto tiene un perfil de hundimiento entre los extremos. Para un miembro continuo, el conducto se hunde en el tramo y se asienta 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 el gato. Aplicación de tensión a los tendones.
Asientos de las cuñas.
Corte de los tendones
El hormigón reforzado (RC) es un material compuesto en el que la resistencia a la tracción y la ductilidad relativamente bajas del hormigón se contrarrestan con la inclusión de un refuerzo que tiene una mayor resistencia a la tracción o ductilidad. El refuerzo suele ser, aunque no necesariamente, barras de refuerzo de acero (barras de refuerzo) y, por lo general, está incrustado de forma pasiva en el concreto antes de que el concreto se asiente. Los esquemas de refuerzo generalmente están diseñados para resistir esfuerzos de tracción en regiones particulares del concreto que podrían causar grietas inaceptables y / o fallas estructurales. El hormigón armado moderno puede contener diversos materiales de refuerzo de acero, polímeros o materiales compuestos alternativos en combinación con barras de refuerzo o no. El hormigón armado también puede someterse a tensión permanente (en tensión), a fin de 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 fuerza relativa.
Alta tolerancia al esfuerzo de tracción.
Buena adherencia al concreto, independientemente del pH, la humedad y factores similares.
Compatibilidad térmica, que no causa tensiones inaceptables en respuesta a las temperaturas cambiantes.
Durabilidad en el entorno del hormigón, independientemente de la corrosión o la tensión sostenida.
Uso en construcción
Barras de 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 concreto reforzado se puede clasificar como prefabricado o concreto fundido en el lugar.
Diseñar e implementar el sistema de piso más eficiente es clave para crear estructuras de construcción óptimas. Los 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 definitiva, los costos operativos, los niveles de ocupación y el uso final de un edificio.
Sin refuerzo, la construcción de estructuras modernas con material de hormigón no sería posible.
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 las 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. Generalmente, las barras de acero están ásperas o corrugadas para mejorar aún más la unión o cohesión entre el concreto y el acero.
El ambiente químico alcalino provisto por la reserva alcalina (KOH, NaOH) y la portlandita (hidróxido de calcio) contenida en la pasta de cemento endurecida hace que se forme una película de pasivación en la superficie del acero, lo que la hace 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 alto pH disminuye gradualmente de 13.5 a 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 en órdenes de magnitud, el acero está protegido a un pH superior a ~ 11, pero comienza a corroerse por debajo de ~ 10 según las características del acero y las condiciones físico-químicas locales cuando el concreto se carbonata. La carbonatación del concreto junto con el ingreso de cloruro son algunas de las razones principales del fracaso de las barras de refuerzo en el concreto.
El área de sección transversal relativa del acero requerida para el concreto reforzado típico generalmente es bastante pequeña y varía desde el 1% para la mayoría de las vigas y losas hasta el 6% para algunas columnas. Las barras de refuerzo son normalmente redondas en sección transversal y varían en diámetro. Las estructuras de concreto reforzado a veces tienen provisiones tales como núcleos huecos ventilados para controlar su 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 reforzado no es homogénea.
Refuerzo y terminología de vigas.
Dos vigas de intersección integrales a la losa del estacionamiento que contendrán tanto el acero de refuerzo como el cableado, las cajas de conexiones y otros componentes eléctricos necesarios para instalar la iluminación superior para el nivel del garaje debajo de este.
Una viga se dobla en el momento de flexión, lo que resulta en una pequeña curvatura. En la cara exterior (cara de tracción) de la curvatura, el hormigón experimenta una tensión de tracción, mientras que en la cara interior (cara de compresión) experimenta una tensión de compresión.
Una viga reforzada individualmente es aquella en la que el elemento de hormigón solo se refuerza cerca de la cara de tracción 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 concreto también se refuerza cerca de la cara de compresión para ayudar a que el concreto resista la compresión. Este 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 hormigón y el acero de compresión (refuerzo inferior en la cara de tracción). Cuando el elemento de concreto reforzado está sujeto a un mayor momento de flexión, la tensión del acero se reduce mientras que el concreto no alcanza su condición de falla final. A medida que la tensión del acero cede y se estira, un concreto "poco reforzado" también cede de manera dúctil, exhibiendo una gran deformación y advertencia antes de su falla final. En este caso, la tensión de rendimiento del acero gobierna el diseño.
Una viga reforzada es aquella en la que la capacidad de tensión del acero de tensión es mayor que la capacidad de compresión combinada del hormigón y el acero de compresión (reforzado en la cara de tracción). Por lo tanto, la viga del "concreto reforzado" 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 del fallo ya que el fallo es instantáneo.
Una viga reforzada equilibrada es aquella en la que tanto la zona de compresión como la de tracción alcanzan el rendimiento en la misma carga impuesta sobre la viga, y el concreto se aplastará y el acero de tracción rendirá al mismo tiempo. Sin embargo, este criterio de diseño es tan arriesgado como el concreto reforzado en exceso, porque la falla es repentina ya que el concreto se aplasta al mismo tiempo que el acero a la tracción cede, lo que da una advertencia muy pequeña de tensión en la tensión.
Los elementos que transportan el momento de concreto reforzado con acero normalmente deberían estar diseñados para ser reforzados por debajo, de modo que los usuarios de la estructura reciban una advertencia de un colapso inminente.
La resistencia característica es la resistencia de un material donde menos del 5% de la muestra muestra una resistencia menor.
La resistencia de diseño o la 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.
