INDICE
Pág. INTRODUCCIÓN……………………………………………………………………3 COMPORTAMIENTO DE LA SECCIÓN…………………………………………4 -
Vigas isostáticas…………………………………………………………….4
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Comportamiento de las vigas……………………………………………...5
ESTADO LIMITE DE FISURACIÓN………………………………………………9 -
Comprobaciones a realizar……………………………………………….10
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Sección no fisurada………………………………………………………..10
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Sección fisurada…………………………………………………………...12
CONCLUSIÓN……………………………………………………………………..13 BIBLIOGRAFIA…………………………………………………………………….14
INTRODUCCÓN
El comportamiento de la sección en el concreto pretensado, bajo la condición de no aceptar tracción en el concreto o de aceptar tracción mas no fisuraciones, conllevo a indagar en la investigación de nuevas soluciones confiables partiendo de las condiciones de estado de tensión normal sobre el concreto, armaduras pasivas y activas en el caso de que la sección en servicio este fisurada, con ello el estudio del comportamiento de la sección de una viga estáticamente determinada y el análisis en prefisuración en secciones simples y compuestas. Las vigas cumplen la función principal de soportar otros miembros estructurales que trasmiten sus cargas por efecto de la gravedad siendo recibidas directamente en las vigas y actuando lateralmente a lo largo de su eje longitudinal, estos elementos combinados con otros permiten la construcción de estructuras, vigas de puentes edificaciones entre otros. Esta condición permite que las vigas trabajen bajo condiciones de esfuerzos diferentes a la tensión simple, representados por esfuerzos de flexión. En toda estructura compuesta de hormigón es inevitable la aparición de fisuras originada por la insuficiente resistencia a la tracción o la deshidratación en los materiales, anexo a ello estas producen disminución en la rigidez de la sección de una viga aumentando las deformaciones de corrosión, el riesgo de corrosión de armaduras y pérdida de durabilidad del hormigón. Una de las características más relevantes en el estudio del comportamiento de concreto pretensado al igual que de toda la estructura son las cargas producidas por las acciones flexión.
exteriores, originada por la
COMPORTAMIENTO DE LA SECCIÓN Y DE LA VIGA ESTÁTICAMENTE DETERMINADA.
Las vigas son elementos cuya disposición en las estructuras es principalmente horizontal, aunque también pueden ser inclinadas, pero que en todo caso tienen la importante función de servir de apoyo de otros miembros estructurales que le transmiten las cargas verticales generadas por la gravedad, las cuales actúan lateralmente a lo largo de su eje. Gracias a estos elementos se pueden construir todo tipo de maquinarias y estructuras, tales como chasis de vehículos, soporte de maquinarias, vigas de puentes y edificaciones, entre otras. Esta condición hace que las vigas estén sometidas a esfuerzos diferentes a la tensión simple, representados por los esfuerzos de flexión.
Vigas Isostáticas o estáticamente determinadas, en estas vigas el numero de reacciones externas coincide con el numero de ecuaciones de equilibro disponibles. No sobra ni faltan reacciones para que el sólido permanezca en equilibrio estable, tiene grado de indeterminación (0) cero. A continuación se muestran algunos ejemplos:
COMPORTAMIENTO DE LA VIGA ESTATICAMENTE DETERMINADA El hormigón posee una buena resistencia a la compresión y resulta un material versátil para su uso en estructuras. Su principal inconveniente, no obstante, es su desigual resistencia: esta es muy pequeña a tracción. Este motivo obliga a suplir esta carencia mediante armaduras que tomen las tensiones de tracción resultando de esta manera el conocido material hormigón armado. La idea del pretensado es la de introducir un estado de tensión, previo a la carga de la estructura, de manera tal que anule, o disminuya, las tensiones de tracción en el hormigón. Esta idea puede ser comprendida fácilmente mediante un ejemplo. Considérese una viga isostática simple con una carga uniformemente distribuida q, como en la figura
El estado tensional en la sección más solicitada de la viga se muestra en la figura 2, considerándose un material ideal, homogéneo, elástico lineal, que no soporta tensiones de tracción. Se ha indicado con un supraìndice la causa de las deformaciones o tensiones. En este caso la carga externa q. Una primera mejora que se podría hacer, para disminuir las tensiones de tracción, es el agregado de una fuerza compresiva centrada P en la sección transversal (figura 3). Esta fuerza podría ser aplicada mediante algún dispositivo como carga externa, pero también lo puede ser a través de un cable (o una barra) en el interior de la viga, que sea estirado hasta alcanzar determinado estado de tensión, y luego anclado sobre los extremos de la viga. De este modo el cable produce un estado de compresión sobre la viga y esta un estado de tracción sobre el cable. Globalmente estas fuerzas están equilibradas. De esta última forma es como se utiliza el pretensado en estructuras de hormigón. El estado de deformaciones y tensiones, en la sección central de la viga, debido a esta fuerza se muestra en la figura 4-a. Si se superponen los
efectos de los dos estados de carga (figuras 2 y 4-a), se obtiene un diagrama como el indicado en la figura 4-b. Se observa allí que adoptando adecuadamente el valor de P se puede compensar completamente las tensiones de tracción. Sin embargo el diagrama final muestra al material trabajando en forma no uniforme: hay zonas con elevadas compresiones y otras con tensiones nulas. Una segunda mejora, tendiente a un mejor uso del material se puede obtener si se aplica la fuerza P con una excentricidad e como se muestra en la figura 5.
En este caso la viga se encuentra sometida, por parte de P, a compresión y flexión con el estado tensional indicado en la figura 6-a. Nuevamente, se puede ajustar los valores de e y P de modo de obtener algún diagrama como el de la figura 6-b. Finalmente cabe observar que el diagrama de tensiones sobre el que se ha trabajado es el de la sección central de la viga. Pero si el valor y excentricidad de la fuerza P ha sido calculado buscando anular las tensiones en la sección central, en otras secciones de la viga las tensiones debidas a P quedan como estados dominantes. Esto se debe a que los diagramas de N(P) y M(P) son constantes mientras que los de N(q) y M(q) no lo son. Una última mejora que se puede hacer en vista de esto es dar al cable una curvatura como en la figura 7. De este modo, además de las fuerzas P concentradas en los anclajes como en el caso anterior se tiene una carga transversal w que posee signo distinto al de la carga externa q y produce un diagrama de momentos flectores como el de la figura 7. Esto permite una mejor distribución de las tensiones a lo largo de la viga. El hormigón pretensado permite usar aceros de alta resistencia, que no se podrían usar en hormigón armado. Esto es debido a que hay un prealargamiento que permite llegar a las deformaciones (²(P) + ²(q)) en el acero. No se podría alcanzar estas deformaciones en hormigón Armado pues `por la adherencia entre el hormigón y el acero ambos deben deformarse lo mismo y estas deformaciones serian inaceptables en el hormigón.
FISURACIÓN EN ELEMENTOS PRETENSADOS En los elementos de hormigón pretensado se han observado dos tipos de fisuración diagonal: fisuración de corte por flexión y fisuración por corte en el alma. Debido a que se asume que la resistencia al corte nominal del hormigón es igual al corte que provoca la fisuración diagonal del hormigón.
Fisuración de corte por flexión: La fisuración de corte por flexión ocurre cuando las fisuras provocadas por flexión, que inicialmente son verticales, se inclinan por efecto del corte.
Fisuración por corte en el alma: La fisuración por corte en el alma se produce cuando la tensión principal de tracción diagonal en el alma supera la resistencia a la tracción del hormigón
ESTADO LÍMITE DE FISURACIÓN Como es bien conocido, en estructuras de hormigón es inevitable la aparición de fisuras en el hormigón por su escasa resistencia a tracción, salvo que esté muy descargado. Sin embargo, estas fisuras no suponen mayor inconveniente en lo que se refieren a resistencia del hormigón ya que la capacidad resistente a tracción de éste se ha considerado despreciable, trasladando la responsabilidad resistente al acero de las armaduras. Sin embargo, las fisuras producen una reducción de la rigidez de la sección y con ello un incremento de las deformaciones.
Además incrementan lógicamente la permeabilidad, aumentado el riesgo de corrosión de armaduras y pérdida de durabilidad del hormigón. El cálculo de fisuración considerado en la norma corresponde pues a cargas o deformaciones impuestas (temperatura, por ejemplo) debiendo considerarse las hipótesis de servicio establecidas en la misma norma con los coeficientes de seguridad correspondientes a estados límite de servicio. El cálculo de fisuración se plantea bajo hipótesis de comportamiento del acero y hormigón más simplificadas que las consideradas para el cálculo en Estados límites últimos:
Comportamiento elástico lineal del hormigón comprimido.
Comportamiento elástico lineal del acero.
Resistencia nula del hormigón a tracción
COMPROBACIONES A REALIZAR Comprobación a compresión: La tensión de compresión máxima que aparece en el hormigón en situación de servicio ha de ser inferior a la máxima admisible establecida en la norma: σc ≤ 0,60fck,j. Comprobación a descompresión: Para hormigón pretensado, a veces ha de comprobarse que se mantienen todas las fibras de la sección a compresión. Comprobación
de
fisuración
por
tracción:
La
abertura
característica de las fisuras ha de ser inferior a la abertura máxima permitida: wk ≤ wmax.
Limitación de la fisuración por esfuerzo cortante: Se supone que la fisuración se controla adecuadamente si se cumplen las separaciones entre estribos, sobre disposiciones de armaduras de cortante. Limitación de la fisuración por torsión: Se supone que la fisuración se controla adecuadamente si se cumplen las separaciones entre armaduras transversales establecidas en el epígrafe 10.4 sobre disposiciones de armaduras de torsión: o st ≤ a/2 (a - menor dimensión transversal de la pieza) o st ≤ b/3 (b - mayor dimensión transversal de la pieza) o st ≤ 200 mm.
Sección no fisurada en sólido libre o isostáticamanente vinculado No se generan reacciones de vínculos exteriores debido a la fluencia. El estudio de la sección se puede hacer empleando el procedimiento aproximado que emplea el módulo elástico efectivo. Cuando el diagrama de las deformaciones impuestas por fluencia es rectangular (caso de carga axial), trapecial (caso de flexión + compresión, equivalente a una fuerza excéntrica con pequeña excentricidad), o cruzado (caso de flexión + compresión, equivalente a una fuerza excéntrica con mayor excentricidad a tal punto de traccionar el borde más lejano) es más riguroso el empleo del mismo criterio utilizado para la retracción: se determina la deformación diferida (єcc) que sufriría el concreto si no fuese restringido por la
armadura, luego se impone esta deformación al concreto de la sección *
con armadura, haciendo є c = єcc y determinando las tensiones en los dos materiales de la manera indirecta mediante el artificio equivalente a la compresión previa de la armadura. El empleo del artificio de la compresión previa de la armadura es también aquí exactamente igual al caso de la retracción. Se puede emplear el mismo artificio cuando la sección no fisurada está sometida a flexión: si la sección y la armadura son simétricas, desaparece el término del esfuerzo normal Ns y el término flexional NS · e se transforma en NS · (| ys,sup | + | ys,inf |). Cabe recordar que cuando el diagrama de deformaciones impuestas es del tipo flexional, muy probablemente la sección se encuentra fisurada y es preferible, por su simplicidad, el empleo de la solución del módulo elástico efectivo.
Sección fisurada en sólidos libres o isostáticamente vinculados Al igual del caso anterior, no se generan reacciones de vínculos exteriores. El problema tensional se resuelve utilizando el procedimiento aproximado del módulo elástico efectivo.
CONCLUSIÓN El comportamiento de la viga o de una sección de ella dependerá de su resistencia, de su límite de flexión y su capacidad portante, así como también de su ductilidad, deformabilidad y de los miembros a los que esté sometida. La aparición de fisuras por retracción y cambios volumétricos es el principal inconveniente de los sólidos semi rígidos, debido a que existe la posibilidad de que dichas fisuras puedan reflejarse en la superficie del sólido y ocasionar daños, lo que conlleva a desventajas desde el punto de vista estructural. Las fisuras pueden ser la vía por la cual pueden entrar al hormigón, principalmente, los agentes agresivos de tipo químico. No obstante, las estructuras fisuradas de hormigón no son siempre peligrosas, lo que importa conocer es el tipo de elemento estructural en que han aparecido y la naturaleza de las fisuras. Éstas son especialmente peligrosas cuando sobrepasan determinados espesores y cuando están en determinados ambientes. El preesforzado es una solución alterna a este problema y permite que los miembros se mantengan sin fisuración en un rango de cargas más amplio, con ventajas adicionales de deflexiones pequeñas y una durabilidad mucho mayor, por su menor fisuración y la posibilidad de cubrir mayores luces, para la misma altura.
BIBLIOGRAFIA
Bianco Giovanni (1995). El Comportamiento Del Concreto Pretensado. Ediciones Codecih. Valencia, Venezuela. https://upcommons.upc.edu/pfc/handle/2099.1/3230 http://ctorrestrj.blogspot.com/2011/11/vigasestaticamenteindeterminadas.html
