Postensado

1. 1. INSTITUTO TECNOLÓGICO DEQUERÉTAROSistemas Constructivos deAlta TecnologíaEstructura: PostensadoVelázquez NúñezProfesor: Cuevas Cruz CarlosSantiago de Querétaro, Qro. A 21 de Febrero de 2013Galván Pérez Miguel ÁngelVelázquez Núñez Luis Alberto

2. 2.  Página1ÍndicePOSTENSADO 2DEFINICIÓN 2ANTECEDENTES 2CARACTERÍSTICAS DEL CONCRETO POSTENSADO 3VENTAJAS 3DESVENTAJAS 4MATERIALES DEL CONCRETO POSTENSADO 4CONCRETO 4ACERO 5DUCTOS 5LECHADA DE INYECCIÓN 5ANCLAJES 6PROCEDIMIENTO DE POSTENSIÓN 6INSTALACIÓN DE LOSA POSTENSADA SIN ADHERENCIA 7APLICACIONES 7VIGAS 8LOSAS 8TIPOLOGÍAS USUALES DE LOSAS POSTESADAS 9TIPOS DE ANCLAJE 9COSTO 10CONCLUSIÓN 10FUENTES DE INFORMACIÓN 11

3. 3.  Página2EstructuraPostensadoDefiniciónEl postensado es un método de presfuerzo en el cual los cables de acero son tensados después de que elconcreto ha fraguado.El presfuerzo es la colocación de un elemento de concreto en estado de compresión antes de laaplicación de las cargas; el esfuerzo desarrollado por el presfuerzo puede ser pretensado o postensado.Concreto presforzado es el concreto estructural en el cual los esfuerzos internos han sido inducidos parareducir los esfuerzos a tensión resultantes de la acción de las cargas en direcciones contrarias hasta elgrado deseado. En el concreto reforzado, el presfuerzo es inducido comúnmente mediante la tensión delos cables.Diagrama de PostensadoAntecedentesCon el paso de los años, se han realizado distinto intentos para disminuir el agrietamiento del Concretobajo tensión, las contribuciones más importantes a su solución se atribuyen al Ingeniero francés EugéneFreyssinet, quien convirtió en realidad práctica la idea de pretensar los elementos de Concreto.Según Freyssinet, pretensar un elemento estructural consiste en crear en él, mediante algúnprocedimiento específico, antes o durante la aplicación de las cargas externas, esfuerzos de tal magnitudque, al combinarse con los resultantes de dichas fuerzas externas, anulen los esfuerzos de tensión o losdisminuyan, manteniéndolos bajo las tensiones admisibles que puede resistir el material.En 1886 se aplicó el principio de tensión al Concreto cuando P. H. Jackson, un ingeniero de SanFrancisco, California, obtuvo las patentes para atar varillas de acero en piedras artificiales y en arcos deconcreto que servían como losas de pisos.Dos años después, C. E. W. Dohering, de Alemania, aseguró una patente para concreto reforzado conmetal que tenía aplicado un esfuerzo de tensión antes de que fuera colada la losa.Para 1908, C. R. Steiner, sugirió la posibilidad de reajustar las barras de refuerzo después de que hubieratenido lugar cierta contracción y fluencia del Concreto, con el objeto de recuperar algunas de laspérdidas.

4. 4.  Página3R. E. Dill, de Nebraska, en 1925, ensayó barras de acero de alta resistencia cubiertas para evitar laadherencia con el Concreto. Después de colocar el concreto, se tensaban las varillas y se anclaban alconcreto por medio de tuercas en cada extremo.En 1928 registró su primera patente y estableció su teoría de Concreto pretensado.El título de su publicación en ese entonces fue "Una revolución en el arte de construir".En el año 1951 se levanta un puente pretensado en los Estados Unidos.En 1952 se crea la F.I.P. (Federación Internacional del Pretensado), en Cambrige, para difundir la técnicadel pretensado.Se construye el puente Tuxpan (carretera México - Tuxpan) en 1958, con una longitud total de 425 m.Estructura principal de tres luces de 92 m de Concreto pretensado, construidos con el procedimiento dedoble voladizo (primer puente de este tipo en América Latina).El Puente Coatzacoalcos se construye en 1962, con una longitud total de 996 m. Tramos de vigaspretensadas de 32 m y un tramo de armadura metálica levadizo de 66 m de luz, apoyados en pilas deConcreto Reforzado.Características del Concreto PostensadoVentajasAcortamiento significativo de plazos de ejecución de la obra rústica gracias a rápidos y eficientesprogramas de construcción. El

sistema de encofrado se puede retirar inmediatamente concluidoel tesado. Por lo general hay siempre eficientes programas de ejecución debido a que los moldesse deben reusar en niveles superiores.Ahorro en hormigón, acero, mano de obra y encofrados, ya que el sistema disminuye en formaconsiderable cada uno de ellos.Integridad estructural superior proporcionada por la continuidad de la losa y cables, con un buendesempeño sísmico.Livianas estructuras que permiten disminuir la altura del edificio, reducir las cargas de fundacióny aumentar las luces.Uniones sencillas y eficientes entre losas, vigas, muros y columnas, que eliminan problemas dejuntas entre dichos elementos. En losas sin vigas estas uniones son aún más sencillas ya que alno existir las vigas no hay que ser tan cuidadoso en el plomo de la viga que coincidiría con elplomo del muro.Bajos requerimientos de mantenimiento.Disminuye la fisuración del hormigón, aumentando su vida útil.Mayor firmeza, durabilidad y resistencia al fuego.Más eficiente que el hormigón pretesado porque se le da la forma al cable según los momentos,de forma de contrarrestarlos en toda la extensión de la pieza.Mayor flexibilidad en el diseño que el hormigón pretesado.En el caso de losas sin vigas, al eliminarse las vigas tradicionales estáticas, se logra una mayoraltura útil de piso a techo, dejando mayor espacio para la instalación de ductos y servicios. Esto

5. 5.  Página4permite resolver problemas de rasante así como, en algunos edificios en altura, agregar pisosadicionales sin modificar la altura total del edificio, o bien, agregar un subterráneo para unadeterminada profundidad.En caso de realizar estos elementos postesados de forma prefabricada, se cumplen variasventajas nombradas en la lista de ventajas de piezas pretesadas.DesventajasRequiere de maquinaria más especializada que el hormigón sin postesar.Requiere de mano de obra más especializada que el hormigón sin postesar.El cálculo es más complejo y por lo tanto más caro.El sistema es más caro que el de hormigón pretesado. Los anclajes no se recuperan y quedanperdidos en el hormigón. Precisa una vaina (ducto metálico corrugado) e inyección posterior degran complejidad de ejecución en el caso de no utilizarse el acero engrasado (que ya vieneenvainado y engrasado de fábrica y es más caro aún). El acero utilizado es un acero especial de“baja relajación” más caro que el acero común.Se deberá tener extrema precaución al utilizar acero engrasado en el diseño y ejecución de losanclajes y sus recubrimientos. En este caso los cables no quedan adheridos en ningún punto delrecorrido, más que en el principio y en el fin, a través de anclajes pasivos o activos, por lo quecualquier anclaje que se rompa generará un gran desequilibrio estructural y puede llegar agenerar el colapso del edificio o sector. Se deberá tener extrema precaución en el diseño de losanclajes y recubrimientos que queden en la caja de ascensores de un edificio o en cualquierelemento arquitectónico que pueda funcionar de chimenea para la propagación de humo y gasescalientes en caso de incendio.Los códigos sísmicos de algunos países no permiten su uso en zonas sísmicas, por la transmisiónde fuerzas producidas por la excitación dinámica. Es lo que se conoce como sistema de losasplanas.Materiales del Concreto PostensadoConcretoEl concreto utilizado en los elementos postensados debe cumplir con la resistencia requerida para queen las diferentes etapas de carga no se sobrepasen los esfuerzos admisibles, tantode tensión comodecompresión. Los límites de esfuerzos se pueden encontrar en el capítulo 18 del ACI 318 o en el manualde La Asociación Americana de Carreteras del Estado yFuncionarios de Transporte (AASTHO) en el capítulo deDiseño de concreto preesforzado.Una ventaja del postensado sobre el pretensado es queel concretopuede ganar resistencia fueradelmolde, porlo que no es necesario obtener altas resistencias inicialesparaoptimizar laproducción.

6. 6.  Página5El concreto que se usa para presforzar se caracteriza por tenermayor calidad y resistencia con respecto alutilizado en construcciones ordinarias.Los valores comunes de f´coscilan entre 350 y 500 kg/cm2, siendo el valor estándar 350 kg/cm2. Serequiere esta resistencia para poder hacer la transferencia del presfuerzo cuando el concreto hayaalcanzado una resistencia de 280 kg/cm2.AceroLos cables de postensión consisten usualmente de conjuntos de

torones de acero de alta resistencia.Esta es una característica importante pues el uso de aceros de resistencias de fluencia menores lleva aaltos porcentajes depérdidade fuerza. En Productos de Concreto S.A se utilizan torones de acero de bajarelajación con grado 270 el cual cumple con la norma ASTM A416 (Standard Specificationfor Steel Strand,UncoatedSeven-WireforPrestressed Concrete).Los alambres individuales se fabrican laminando en caliente lingotes de acero hasta obtener alambresredondos que, después del enfriamiento, pasan a través de troqueles para reducir su diámetro hasta sutamaño requerido. El proceso de estirado, se ejecuta en frío lo que modifica notablemente suspropiedades mecánicas e incrementa su resistencia.Posteriormente se les libera de esfuerzos residuales mediante un tratamiento continuo decalentamiento hasta obtener las propiedades mecánicas prescritas. Los alambres se fabrican endiámetros de 3, 4, 5, 6, 7, 9.4 y 10 mm y las resistencias varían desde 16,000 hasta 19,000 kg/cm2. Losalambres de 5, 6 y 7 mm pueden tener acabado liso, dentado y tridentado.DuctosLos ductos en los cuales se enhebran los cables pueden ser de diversos materiales. La AsociaciónAmericana de Carreteras del Estado y Funcionarios de Transporte (AASTHO por sus siglas en inglés)tienen requerimientos básicos para ductos de algunos materiales, como los metálicos y los plásticos. EnProductos de Concreto S.A. se utilizan ductos de fleje metálico en diversos diámetros según así lorequiera el cable a enhebrar.Lechada de InyecciónEsta se utiliza para completar los ductos una vez que ha concluido la operación de tensado. La lechadadebe ser lo suficientemente fluida como para garantizar el correcto llenadode toda la longituddel ducto.Normalmente la lechada se compone de cemento más agua y se suele incluir un plastificante retardante,sin embargo si el ducto esmuy grande puede emplearse un material de relleno comoarena fina.

7. 7.  Página6AnclajesLos anclajes tienen la función de transmitir la fuerza de tensado de los cables a la superficie de concretoendurecido. Estos pueden ser de dos tipos, anclajes muertos o fijos y anclajes vivos oactivos. Los anclajesmuertos son aquellos que quedan embebidos en la pieza de concreto y no permiten la operación detensado a través de ellos.Trabajan por adherencia y tienen la ventaja que suelen sermás económicos. Los anclajes vivos sí permiten la labor detensado y normalmente consisten en una placa o bloquede acero que reacciona contra el concreto.El tamaño de los anclajes va a depender del número de torones por cable, a continuación se adjunta unatabla donde se resumen las dimensiones de los accesorios para el sistemaK.Procedimiento de Postensión1. Enhebrar el cable en el ducto respectivo (puede existir más de un ducto en la pieza). Los toronesdeben estar limpios y aislados de sustancias que puedan perjudicar la adherencia contra el concreto,además de encontrarse libres de corrosión.2. Colocar el bloquedepostensión, así como las cuñas en cada torón.3. Proceder con lamaniobrade tensado.Se deben registrar las elongaciones obtenidas para diferentes etapas de carga. Estas mediciones sedeben verificar contra los valores teóricos para asegurarseque lamaniobra se está realizandocorrectamente.Para llevar este control, el encargado de la operación debe contar con la “Tabla de tensado”, en la cualse presenta la información necesaria para que se vaya revisando en sitio los valores obtenidos contra losteóricos, según AASTHO los valores no deben diferir entre sí más de un 5% en cables demás15moun7%en cables demenos de15m.Si los valores de error son excesivos, es un indicador de problemas y debe ser corregido, a continuaciónse enumeran una serie de razones por las que se puedenelevar los porcentajes de error.

8. 8.  Página7 Mayor elongaciónque la esperadaparauna fuerzade tensadodefinida:o Equipomal calibrado.o Fricciónentre los cables y el concretomenores que lo supuesto.o Menor secciónde aceroque la supuestao Módulode elasticidaddel aceromenor que el supuesto.o Asentamiento de los anclajes o deslizamiento del torón en la cuña:o Esta se caracteriza por un aumento de elongación sin elevación en la fuerza aplicada.o Falla de un torón: Normalmente esta falla va acompañada de un estallido yundescensorepentinoenelmanómetro. Menor elongación que la

esperada para una fuerza de tensado definida:o Secciónde aceromayor a la supuesta.o Módulode elasticidaddel aceromayor al supuesto.o Fuerza de fricción mayor que la esperada: Esto se puede dar por oxidacióndel cableoporentradade lechada al ducto.4. Una vez que se ha realizado el tensado de los cables y se han obtenido porcentajes de erroradmisible, se procede con la inyección de los ductos.Instalación de Losa Postensada sin AdherenciaLa ejecución de instalación del postensado (9) consta por lo general de las siguientes operaciones:Acopio de materiales y operaciones previas.Colocación de cimbras (alzaprimas) y encofrados (moldajes).Instalación de mallas o armadura pasiva inferior.Colocación de anclajes activos.Colocación de separadores o soportes (sillas) de acero para los tendones.Colocación de los tendones.Colocación de armadura pasiva superior y en anclajes.Protección de anclajes y acopladores frente a entrada de hormigón.Vertido y compactación del hormigón.Curado del hormigón.Tensado. Clavado de cuñas.Clareado de puntales. Reapriete de la cimbra (alzaprimas).Corte de los excesos de la armadura activa.Hormigonado de los anclajes para protección.AplicacionesEste postensado puede emplearse tanto para elementos fabricados en planta, a pie de obra o colados ensitio. Las aplicaciones más usuales son para vigas de grandes dimensiones, dovelas para puentes, losascon pretensionado bidireccional, vigas hiperestáticas y tanques de agua, entre otros.

9. 9.  Página8VigasDebido a que el postesado requiere de un gato portátil y anclajes permanentes; su costo hace que seaempleado para piezas de grandes luces, pesadas, cuyo transporte no es económico. Por esta razón, lautilización de vigas postesadas es apropiada cuando existen altas exigencias, utilizándose mayormentepara obras de ingeniería civil (como puentes, rutas aéreas, etc.), más que para obras arquitectónicas.Uso de vigas postesadas en puentes. Colocación de ductos en viga postesadaLosasConsisten en losas coladas en sitio, postesadas mediante el uso de cables de acero o torones de altaresistencia dispuestos según un trazado parabólico, y anclados a través de cuñas a sus anclajes extremos.

10. 10.  Página9Una vez colada la losa, cada cable es tensado en forma independiente según las indicaciones delproyecto, generando de esta manera una compresión en toda su sección, y un balanceo de las cargas enel centro de éstas.La flexibilidad del sistema ofrece mejores posibilidades creativas para el diseño, permitiendo mayoresluces, plantas libres y estructuras más livianas. La utilización del postesado en losas supone una ciertalimitación en las actuaciones, una vez terminada la estructura: su uso requiere que se haya definido, concierta precisión, el paso de instalaciones para, de esta forma, poder plantear una disposición de cablescompatible, que evite actuaciones posteriores. Sin embargo siempre es posible plantear un trazado decables concentrado sobre pilares, por ejemplo, que permita dejar extensas áreas libres de cables, yconsecuentemente, susceptibles de ser perforadas.Tipologías usuales de losas postesadasTipos de anclajeLas cabezas de anclaje son de tipos muy diversos, según las necesidades de proyecto, y se puedenenglobar en 2 grandes grupos: anclajes móviles, por medio de los cuales se realiza el tesado de loscables, y anclajes fijos. De acuerdo a las condicionantes de cada proyecto, se pueden alternar anclajesfijos y móviles o hacer un extremo enteramente fijo y otro móvil desde el cual se tesan los cables.Los tipos de anclaje utilizados para losas postesadas han ido variando a lo largo del tiempo. En elmercado uruguayo el primer sistema utilizado fue el BBRV patentado en 1948 por la empresa BBRHoldings, empresa líder en hormigón postesado a nivel mundial. El anclaje móvil más característico es eltipo “B”, formado por un disco roscado dentro de una trompeta, en el cual la cabeza de anclaje se apoyapor intermedio de una tuerca sobre una placa que queda embebida en el hormigón. Existen dentro deeste sistema otros tipos de anclajes móviles como el “J”, que resulta más económico, o el “C”, utilizadopara cables de fuerzas elevadas, etc.Dentro de los anclajes fijos, el “S” resulta el más económico yconveniente en la mayoría de los casos, quedando sus alambresíntimamente ligados al hormigón gracias a su forma de abanico.

11. 11.  Página10En caso de no haber suficiente espacio físico para este tipo deanclaje, este puede ser sustituido por uno tipo “F”, tipo “E”, u otroque sea conveniente.Sistemas de anclaje BBRV: Formados por placas de acero que se apoyan en elhormigón y reciben barras roscadas que luego se ajustan mediante tuercas.En 1972 fue desarrollado por la misma empresa el sistema CONA y aplicado por representantesmediante licencia alrededor de todo el mundo, siendo hoy en día el más utilizado en Uruguay. Estesistema está formado por hilos que pasan por cuñas de modo que el esfuerzo de pretensionado setransmite por fricción. Estos cables de acero trenzado son por lo general de ½” y pueden ser multi-torones o mono-torones dependiendo del caso, utilizándose cables individuales en losas y cablesmúltiples en vigas y puentes.CostoConclusión

12. 12.  Página11Fuentes de InformaciónGatica B. M. J. (2009).Estudio comparativo entre losa tradicional deHormigón armado y losa postensadaconAdherencia. Universidad Austral de Chile.Pankow N. R. H. (Mayo 2003). Hormigón Prefabricado - Postensado Vs. Elaborado In Situ - Hºaº:Comparacion De Proyectos De Viaductos. Curitiba.Torres P. A., Morales F. (Junio 2011). Sistemas constructivos: Hormigónpretesado y postesado. Facultadde Arquitectura UDELAR.(Abril 2010).Losas planas postensadas. México, DF.Estructuras de Concreto Postensado. Manual Técnico PC-Postensado. Disponible en:http://www.pc.cr/catalogo/catalogo_postensado/index.html#/1/zoomed