Postensado

"Propuesta normalizada de diseño para puentes urbanos con trabes cajón en el Distrito

Federal"

INDICE

OBJETIVOS

INTRODUCCIÓN

CAPITULO 1- CONCRETO PRESFORZADO.

1.1 Conceptos básicos.

1.2 Materiales.

CAPITULO 2 - PERDIDA DE LA FUERZA DE PRESFUERZO

2.1 Pérdidas instantáneas.

2.2 Pérdidas dependientes del tiempo o diferidas.

2.3 Estimación aproximada de la suma total de las pérdidas dependientes del tiempo.

CAPITULO 3. DISEÑO

3.1 Esfuerzos de adherencia, longitud de transferencia y longitud de desarrollo.

3.2 Estado de esfuerzos.

3.3 Proceso de diseño.

3.4 Separación y recubrimiento del acero.

CAPITULO 4. EJEMPLO DE DISEÑO.

CONCLUSIONES

PÁGINA

I

II-III

1-17

18-35

36-51

52-65

66-67

REFERENCIA BIBLIOGRÁFICA

68-69

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I

OBJETIVOS

Objetivo general:

Proponer las herramientas necesarias y adecuadas para el diseño de puentes urbanos con trabes cajón en el Distrito Federal en base a la reglamentación existente, AASHTO, NTC del RCDF, principalmente, misma que considere las características del concreto presforzado, la estimación de pérdidas de presfuerzo y consideraciones técnicas de diseño..

Objetivos específicos:

1. Determinar las características principales del concreto presforzado.

2. Estimar las pérdidas de la fuerza de presfuerzo según diferentes reglamentos.

3. Determinar las características de diseño de puentes con trabes cajón.

4. Aplicar los conceptos de diseño en un ejemplo de un puente con trabes cajón.

1

www.ingenieriacivil.cjb.net CAPITULO 1. CONCRETO PRESFORZADO

1.1 CONCEPTOS BÁSICOS

1.1.1 DEFINICIÓN DE PRESFUERZO

El presfuerzo significa la creación intencional de esfuerzos permanentes en una estructura o conjunto de piezas, con el propósito de mejorar su comportamiento y resistencia bajo condiciones de servicio y de resistencia. Los principios y técnicas del presforzado se han aplicado a estructuras de muchos tipos y materiales, la aplicación más común ha tenido lugar en el diseño del concreto estructural.

El concepto original del concreto presforzado consistió en introducir en vigas suficiente precompresión axial para que se eliminaran todos los esfuerzos de tensión que actuarán en el concreto. Con la práctica y el avance en conocimiento, se ha visto que esta idea es innecesariamente restrictiva, pues pueden permitirse esfuerzos de tensión en el concreto y un cierto ancho de grietas.

El ACI propone la siguiente definición:

Concreto presforzado: Concreto en el cual han sido introducidos esfuerzos internos de tal magnitud y distribución que los esfuerzos resultantes debido a cargas externas son contrarrestados a un grado deseado

En elementos de concreto reforzado el presfuerzo es introducido comúnmente tensando el acero de refuerzo.

Dos conceptos o características diferentes pueden ser aplicados para explicar y analizar el comportamiento básico del concreto presforzado. Es importante que el diseñador entienda los dos conceptos para que pueda proporcionar y diseñar estructuras de concreto presforzado con inteligencia y eficacia.

Primer concepto - Presforzar para mejorar el comportamiento elástico del concreto. Este concepto trata al concreto como un material elástico y probablemente es todavía el criterio de diseño más común entre ingenieros.

El concreto es comprimido (generalmente por medio de acero con tensión elevada) de tal forma que sea capaz de resistir los esfuerzos de tensión.

Desde este punto de vista el concreto está sujeto a dos sistemas de fuerzas: presfuerzo interno y carga externa, con los esfuerzos de tensión debido a la carga externa contrarrestados por los esfuerzos de compresión debido al presfuerzo. Similarmente, el agrietamiento del concreto debido a la carga es contrarrestado por la precompresión producida por los tendones. Mientras que no haya grietas, los esfuerzos, deformaciones y deflexiones del concreto debido a los dos sistemas de fuerzas pueden ser considerados por separado y superpuestos si es necesario.

En su forma más simple, consideremos una viga rectangular con carga externa y presforzada por un tendón a través de su eje centroidal (Figura 1).

2

Eje neutro

iclajes

p —D

P

P/A

Mc/I

P/A ± Md

Figura 1. Distribución de esfuerzos a través de una sección de concreto presforzada

concéntricamente

Debido al presfuerzo P, un esfuerzo uniforme se producirá a través de la sección que tiene un área A:

Si M es el momento externo en una sección debido a la carga y al peso de la viga, entonces el esfuerzo en cualquier punto a través de la sección debido a M es:

dónde y es la distancia desde eje centroidal e I es el momento de inercia de la sección. Así la distribución resultante de esfuerzo está dada por:

como se muestra en la Figura 1.

La trabe es más eficiente cuando el tendón es colocado excéntricamente con respecto al centroide de la sección, Figura 2, donde e es la excentricidad.

f = - P / A

1.1

p —HI A

3

Figura 2. Distribución de esfuerzo a través de una sección de concreto presforzado excéntricamente

Debido a un presfuerzo excéntrico, el concreto es sujeto tanto a un momento como a una carga directa. El momento producido por el presfuerzo es Pe, y los esfuerzos debido a éste momento son:

f =

Pey

1.4

Así, la distribución de esfuerzo resultante está dada por:

- = _ P ± Pey ± My

A~ I ~ I

1.5

Como se muestra en la figura 2.

Segundo concepto - presforzar para aumentar la resistencia última del elemento. Este concepto es considerar al concreto presforzado como una combinación de acero y concreto, similar al concreto reforzado, con acero tomando tensión y concreto tomando compresión de tal manera que los dos materiales formen un par resistente contra el momento externo (Figura 3). Esto es generalmente un concepto fácil para ingenieros familiarizados con concreto reforzado.

En el concreto presforzado se usa acero de alta resistencia que tendrá que fluir (siempre y cuando la viga sea dúctil) antes de que su resistencia sea completamente alcanzada. Si el acero de alta resistencia es simplemente embebido en el concreto, como en el refuerzo ordinario de concreto, el concreto alrededor tendrá que agrietarse antes de que la resistencia total del acero se desarrolle (Figura 4).

4

Figura 3. Viga de concreto a) Simplemente reforzada - grietas y deflexiones excesivas b) Presforzada - sin grietas y con pequeñas deflexiones

De aquí que es necesario pre-estirar o presforzar al acero. Presforzando y anclando al acero contra el concreto, se producen esfuerzos deseables. Estos esfuerzos permiten la utilización segura y económica de los dos materiales para claros grandes lo cual no puede lograrse en el concreto simplemente reforzado.

Figura 4. Momentos flexionantes a lo largo de vigas presforzadas simplemente apoyadas

ESFUERZOS

Viga

Condición

AL CENTRO DEL CLARO

Carga Presfuerzo Presfuerzo ( W ) Axial Excéntrico

Total

EN EL EXTREMO

Carga Presfuerzo Presfuerzo ( W ) Axial Excéntrico

Total

/- □* o . ÿ 1 o - Q « -

17 o - QVI

/-□*!= V « - Q « .

II

r

III

Figura 5. Esfuerzos al centro del claro y en los extremos de vigas simplemente apoyadas con y sin

presfuerzo

En la Figura 4 se muestran como ejemplo los diagramas de momentos debidos a carga vertical y al presfuerzo para una viga simplemente apoyada. La carga vertical es la misma para los tres casos que se muestran; sin embargo, los diagramas de momento debidos a la fuerza de presfuerzo son distintos. La viga I tiene presfuerzo axial, es decir, el centro de gravedad de los torones se encuentra en el eje neutro de la sección. Aparentemente, no existe ventaja alguna al colocar presfuerzo

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