Instituto Universitario Politécnico “Santiago Mariño” Valencia - Estado Carabobo Extensión Valencia.
CONCRETO PRETENSADO.
Alumnos:
Elisa Díaz (42) 15.066.462 Manuel Rodrígues. (42) 17.613.116 José Delgado (42) 10.621.856 Revisado Por:
Ing. Fernando De Macedo
Valencia, 03 de Octubre de 2012. 1
INDICE. 1. Concreto Pretensado……………………………………………………………….. 3 1.1. Concepto 1.2. Ventajas 1.3. Desventajas 1.4. Usos 1.5. Clasificación 1.6. Ensayos que se le Realizan a dicho Concreto 1.7. Perdidas Instantáneas 1.8. Perdidas Diferidas. 2. Concreto Postensado………………………………………………………………. 14 2.1. Concepto 2.2. Ventajas 2.3. Desventajas 2.4. Usos 2.5. Clasificación 2.6. Ensayos que se le Realizan a dicho Concreto 2.7. Perdidas Instantáneas 2.8. Perdidas Diferidas. 3. Torones o Guayas………………………………………………………………….. 19 4. Ductos……………………………………………………………………………… 33
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1. Concreto Pretensado.
1.1 Concepto. Se denomina concreto pretensado a la tipología de construcción de elementos estructurales de concreto sometidos intencionadamente a esfuerzos de compresión previos a su puesta en servicio. Dichos esfuerzos se consiguen mediante cables de acero que son tensados y anclados al concreto, como también se puede decir que consiste en eliminar los esfuerzos de tracción del Acero mediante la introducción de tensiones artificiales de compresión antes de la aplicación de las cargas exteriores y que, superpuestas con éstas, las tensiones totales permanentes, y para todas las hipótesis consideradas queden comprendidas entre los límites que el material puede soportar indefinidamente. Esta técnica se emplea para superar la debilidad natural del concreto frente a esfuerzos de tracción, y fue patentada por Eugène Freyssinet en 1920. El objetivo es el aumento de la resistencia a tracción del concreto, introduciendo un esfuerzo de compresión interno que contrarreste en parte el esfuerzo de tracción que producen las cargas de servicio en el elemento estructural. El esfuerzo de pretensado se puede transmitir al concreto de las siguientes formas: -
Mediante armaduras pretensadas (generalmente barras o alambres), método utilizado mayoritariamente en elementos prefabricados.
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Mediante armaduras postensadas, (generalmente torones, grupos de cables), utilizadas mayoritariamente en piezas de concreto.
1.2 Ventajas.
Eliminación de fisuras por estar sometido a esfuerzos de compresión bajo todas las hipótesis de carga. Disminución de los esfuerzos de tracción en el concreto, bajo cargas de trabajo. Aumento de la capacidad de concreto para resistir esfuerzo cortante. Notoria reducción de las fisuras bajo cargas anormales y recuperación de las mismas cuando desaparecen los factores de perturbación. Al disminuir los esfuerzos de tracción sobre el concreto, los postes pueden ser manipulados sin sufrir daños. Los postes de concreto pretensado son relativamente elásticos. Resisten la corrosión Son considerablemente más resistentes y livianos. 3
El resultado de una mejor cohesión entre el acero y el concreto produce una mayor contracción y un acabado más denso y liso. Son fabricados con amplios espacios internos para colocar cables, aparatos eléctricos y de control Comportamiento elástico y utilización de la sección total. Permite salvar grandes luces con cantos muy reducidos. Ahorro de acero debido a la posibilidad de utilizar totalmente la armadura hasta cerca de su límite elástico y, como consecuencia, una reducción en la cuantía. Aligeramiento de la construcción y, por tanto, reducción de las secciones de elementos sustanciales como pilares y cimientos. Eleva la durabilidad de la construcción. El sistema de pretensado garantiza una mayor calidad en el desempeño de los postes de concreto. Algunas de sus mayores ventajas son: Disminución de los esfuerzos de tracción en el concreto, bajo cargas de trabajo. Aumento de la capacidad de concreto para resistir esfuerzo cortante. Notoria reducción de las fisuras bajo cargas anormales y recuperación de las mismas cuando desaparecen los factores de perturbación. Al disminuir los esfuerzos de tracción sobre el concreto, los postes pueden ser manipulados sin sufrir daños. Los postes de concreto pretensado son relativamente elásticos. Resisten la corrosión Son considerablemente más resistentes y livianos. El resultado de una mejor cohesión entre el acero y el concreto produce una mayor contracción y un acabado más denso y liso. Son fabricados con amplios espacios internos para colocar cables, aparatos eléctricos y de control. Se mide el alargamiento de los tendones, así como la fuerza aplicada por los gatos:
Con la cimbra en su lugar, se vacía el concreto en torno al tendón esforzado. A menudo se usa un concreto de alta resistencia a corto tiempo, a la vez que curado con vapor de 4
agua, para acelerar el endurecimiento del concreto. Después de haberse logrado suficiente resistencia, se alivia la presión en los gatos, los torones tienden a acortarse, pero no lo hacen por estar ligados por adherencia al concreto. 1.3 Desventajas. Salta a la vista, la importancia que tiene el hormigón pretensado, no obstante, ofrece algunas desventajas como la aplicación del pretensado en obras de pequeña y mediana importancias, así como en la fabricación de elementos pretensados en serie donde se necesitan grandes inversiones de capital para efectuar las instalaciones.
1.4 Usos.
Viguetas: Es la fabricación más importante y la que se ha desarrollado más eficazmente. Su fabricación se efectúa en serie y requiere importantes inversiones de capital. Generalmente, las fábricas más destacadas poseen instalaciones de calefacción y curado, con lo cual se reduce a un mínimo el ciclo de la fabricación. El curado de las viguetas se hace comúnmente por inmersión de las mismas en agua; para ello es necesaria la existencia de unas amplias balsas que, generalmente, se hallan al final de la nave de producción para aprovechar los movimientos de los puentes grúa. Una vez han sido curadas, pasan al parque o al almacén y de allí se procede al suministro en las obras. El curado de vapor es muy efectivo y rápido pero las instalaciones son excesivamente costosas. El movimiento de las piezas terminadas se realiza mediante puentes-grúa que se desplazan a lo largo de la nave de producción. Asimismo, la mayoría de las fábricas poseen un laboratorio en el que se llevan a cabo ensayos de granulometría de los áridos, ensayos de viguetas a la rotura y fisuración, y rotura de probetas para determinar la resistencia del hormigón. Las dimensiones de estos elementos son variadas. Para edificios destinados a viviendas con crujías normales, se emplean las alturas de 16 a 23 centímetros. Para sobrecargas mayores –almacenes, fábricas, garajes, etcétera- se emplean alturas superiores. actualmente, la mayoría de las fábricas dedicadas a la producción de viguetas pretensadas, suministran jácenas con destino a cargaderos, división de crujías, etc. alcanzándose normalmente momentos flectores entre 3.000 y 10.000 kgm (fig.6) 5
Canales para Regadío: Hasta ahora su comportamiento ha resultado altamente satisfactorio, ya que se evita la fisuración tan frecuente en los canales construidos de hormigón armado. La sección de los canales semicircular o muy parecida a ésta, realizándose el pretensado en el sentido longitudinal. (Figura 1) Jácena de hormigón pretensado lista para su colocación en obra.
Pistas para Carreteras y Aeropuertos: El empleo de hormigón pretensado en estas obras presenta notables ventajas técnicas. Se reduce el grosor del pavimento, se suprimen las juntas de dilatación y proporciona una economía muy importante en lo que atañe a la conservación. El empleo del hormigón pretensado en la construcción de carreteras todavía está en una fase experimental, pero sin duda alguna, se prevé una aplicación en gran escala.
Tubería de Alta Presión: Se fabrican tuberías con presiones de servicio variables. El diámetro oscila entre 0,30 y 1,50 metros. Las ventajas técnicas y económicas hacen que sean aceptadas en la mayoría de obras importantes.
Traviesas para Ferrocarril: Estas deben ser ligeras, manejables y lo bastante resistentes para soportar los esfuerzos de las percusiones transmitidas por los carriles al paso de los trenes. Asimismo deben resistir indefinidamente a los efectos de la intemperie. El enorme consumo de madera que tuvo lugar durante la pasada guerra, dio lugar a una serie de ensayos de traviesas de hormigón que terminaron en la fabricación industrial en gran escala. Al principio tuvieron lugar algunos fracasos, pero después de las investigaciones llevadas a cabo por Freyssenet, se dedujo que la rotura era debida al esfuerzo cortante, como consecuencia del apoyo normal del carril, o por torsión debido a la mala distribución del balasto. El alambre empleado en la fabricación de traviesas es de armadura delgada (cuerdas de piano) y el anclaje es por adherencia con el hormigón, pudiéndose tensar simultáneamente varias traviesas. 6
Corrientemente las fábricas dedicadas a la fabricación de traviesas poseen notorias y efectivas instalaciones de curado a vapor. Estas consisten en unas cámaras con vapor a presión y con temperatura que oscila entre 70 y 80 grados centígrados. Las traviesas se encuentran en condiciones de ser expedidas al cabo de 7 u 8 días de permanecer en dichas cámaras. La fabricación de traviesas está muy extendida en Inglaterra, Francia y Alemania. Concretamente, la firma alemana Thormann und Stiefel, A G., tiene una producción anual de 200.000 traviesas pretensadas por año.
Depósitos o Almacenes: La aplicación del hormigón pretensado se ha empleado ventajosamente en la construcción de grandes depósitos de agua. Como las tensiones de tracción del hormigón producidas por la presión del líquido, no deben sobrepasar de un determinado valor, a fin de evitar la fisuración, las armaduras se tensan. Mediante el pretensado se consigue una perfecta estanqueidad del depósito y, por tanto, la anulación de fisuras. Los Estados Unidos van a la vanguardia en la construcción de depósitos de hormigón pretensado, técnica que han desarrollado ampliamente, mientras que en Europa se ha dado más importancia a la fabricación de elementos pretensados sometidos a flexión. La solera más indicada para los depósitos es la formada por una losa monolítica de gunita, con una cuantía de armadura de 5% en cada dirección. Cuando el espesor del fondo no excede de 5 centímetros puede prescindir de las juntas de dilatación.
Figura 2
Al hormigonar la pared del depósito se dejan unos huecos en el que se introducen posteriormente tirantes verticales que se fijan en sus extremos por anclajes embebidos en la masa del hormigón. El tensado de estos tirantes se realiza con gatos hidráulicos. A continuación se tensa la armadura periférica. 7
Con el tensado de los tirantes verticales, se eliminan las grietas horizontales originadas durante el pretensado circular. Si la pared se construye de gunita se levanta un encofrado, para el paramento exterior solamente, y sobre él se lanza el hormigón con pistola (cement-gun). Seguidamente se dispone un zuncho pretensado de 5 mm. de diámetro anclado previamente a la pared. El espesor de la cubierta varía entre 5 y 15 centímetros según las dimensiones del depósito. Encima de la cimbra se coloca un mallazo metálico y a continuación se proyecta el hormigón. La figura 7 representa la sección vertical de un depósito circular con la disposición de la armadura. Cuando el depósito se construye de hormigón se forma un encofrado circular vertical y en él se vierte la masa. Antes de aplicar el pretensado a los alambres, el hormigón tiene una edad mínima de siete días.
Puentes: Actualmente el hormigón pretensado está desplazando al hormigón armado en la construcción de puentes. Resaltan las ventajas de economía, canto reducido de las vigas y el aspecto agradable del conjunto. La construcción de puentes puede hacerse de dos maneras:”in situ” o mediante piezas fabricadas en taller que más tarde se acoplan en la obra. El primer sistema ha alcanzado gran desarrollo en Alemania, mientras que en Francia y otros países se ha optado por el segundo sistema. En la construcción de puentes se emplean cables de elevada resistencia. Una vez las piezas prefabricadas han sido colocadas en sus emplazamientos correspondientes, se hacen pasar los cables por los agujeros dejados en ellas previamente. El anclaje de los cables es terminal, es decir, que no existe adherencia entre el hormigón y la armadura a lo largo de la viga. Los cables se tensan después del endurecimiento del hormigón.
Figura 3
La figura 3 muestra un dispositivo de anclaje terminal muy corriente. Después de tensar la armadura mediante el gato hidráulico, se introduce a la pieza de acero A embebida en el hormigón, el cono B. Después de su fijación se sueltan los hilos del cable enhebrados 8
en el gato hidráulico. A continuación se maciza con hormigón todo el dispositivo de anclaje. Posteriormente al anclaje de la armadura, se inyecta en la vaina hormigón a presión, macizándose así todo el conducto a lo largo de la pieza. En algunos puentes interesa volver a tensar los cables al cabo de cierto tiempo, debido a la pérdida de tensión que han sufrido; en este caso no se realiza la inyección del hormigón. Además de la armadura longitudinal, existe otra secundaria (estribos) para absorber el esfuerzo cortante, armadura que también suele tensarse. Puede también existir una armadura horizontal tensada (figura 4). En la figura 5 puede verse la disposición de los cables en una viga apoyada. Un problema de capital importancia que se presenta en este caso, es el rozamiento que tiene lugar en las zonas de curvatura de los cables.
Figura 4
Figura 5
Otros elementos de hormigón pretensado: también se fabrican postes para la conducción de energía eléctrica, postes para vallas, pilotes, soportes de madera, placas, estructuras, etc. La figura 6 representa un techo formado con placas pretensadas en forma de U.
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La figura 7 muestra una estructura de hormigón pretensado.
1.5 Clasificación.
Tipos de pretensado, existen varios tipos de pretensado, dependiendo de la modalidad de construcción y condiciones específicas de obra: El primero de estos tipos es el pretensado en banco o pretensado con adherencia inmediata”, el cual es aquel que lleva a cabo en las piezas pre-fabricadas. Como dijimos anteriormente, se requieren plantas donde se coloca el cable en el molde de la pieza; se pone en tensión; luego se hormigona y cuando el hormigón está seco y ha endurecido se corta los extremos del cable que trata de contraerse poniendo así en tensión al hormigón. En general los cables son rectos, pero podemos formar torones en forma helicoidal o poligonal, dependiendo del tipo de resistencia, ya que esto aumentará la fuerza de soporte obteniéndose un estado de pretensión circunferencial. El segundo tipo se refiere al “pretensado con adherencia posterior”, el cual se basa en un método del postensado, ya que requiere que la estructura de concreto tenga tubos por donde circularan los torones; dichas vainas incluidas en la pieza de hormigón, permitirán la inserción de los cables para pretensado, los mismos que se ponen en tensión mediante gatos. Alcanzada la tensión se anclan los cables a la estructura a través de dispositivos específicos denominados anclajes (los cuales son de acero). Ahora lo que lo hace pretensado es que el espacio entre la vaina y el cable se rellena inyectando mortero. En cuanto al grado de pretensado, el sistema puede mostrar un “pretensado total”, relacionado con que la fuerza P se coloque de manera de eliminar completamente las tensiones de tracción del hormigón; por otro lado el “pretensado limitado”, indica que no se ha eliminado completamente la tracción en el hormigón, pero se mantiene los valores de tensión por debajo de la resistencia a tracción del hormigón. Se presenta también en 10
algunos casos un “pretensado parcial”, el cual no elimina la tracción y tampoco se mantiene por debajo de la resistencia del hormigón, este pretensado requiere colocar una armadura convencional (no tesada) para evitar la fisuración a manera de un pretensado moderado.
1.6 Ensayos que se le Realizan a dicho Concreto. Los alambres para cables de acero son sometidos a varios procesos de ensayo para comprobar su calidad, los ensayos a los que son sometidos son: Ensayo de tracción. Ensayo de torsión. Ensayo de doblado. Determinación de la adherencia del recubrimiento de zinc. Ensayo de uniformidad del recubrimiento de zinc. Determinación del peso del recubrimiento de zinc. Ensayo de tracción: Los términos ensayo de tensión y ensayo de comprensión se usan normalmente a la hora de hablar de ensayos en los cuales una probeta preparada es sometida a una carga monoaxial gradualmente creciente (estática) hasta que ocurre la falla. En un ensayo de tensión simple, la operación se realiza sujetando los extremos opuestos de la pieza de material y separándolos. Ensayo de Torsión: El ensayo de torsión consiste en aplicar un par torsor a una probeta por medio de un dispositivo de carga y medir el ángulo de torsión resultante en el extremo de la probeta. Este ensayo se realiza en el rango de comportamiento linealmente elástico del material. Los resultados del ensayo de torsión resultan útiles para el cálculo de elementos de máquina sometidos a torsión tales como ejes de transmisión, tornillos, resortes de torsión y cigüeñales. Las probetas utilizadas en el ensayo son de sección circular. El esfuerzo cortante producido en la sección transversal de la probeta (t) y el ángulo de torsión (q) están dados por las siguientes relaciones:
La figura 8
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Ensayo de doblado: Este ensayo sirve para obtener una idea aproximada sobre el comportamiento del acero a la flexión o esfuerzo de doblado, necesaria para prevenir roturas frágiles durante las manipulaciones de doblado y transporte. Se comienza el ensayo, colocando la pieza sobre dos apoyos, cuya separación está normalizada. Se aplica luego una fuerza controlada y que aumenta paulatinamente hasta que la barra se dobla completamente o comienzan a aparecer las primeras grietas. Determinación de la adherencia del recubrimiento de zinc: La verificación de la adherencia de la capa de cinc se realizará según la norma ASTM A-123, el procedimiento es determinar la adherencia del revestimiento de cinc a la superficie del metal base cortando o levantando con la punta de un cuchillo grueso, aplicado con considerable presión para lograr remover una parte del revestimiento. La adherencia será considerada inadecuada si el revestimiento se descascara en forma de una capa de revestimiento y se deja expuesto el metal base antes de usar la punta del cuchillo. No usar los ensayos realizados en bordes o esquinas (sectores de más baja adherencia) para determinar la adherencia del revestimiento. Tampoco quitar pequeñas partículas del revestimiento cortando o tallando para determinar la falla. Ensayo de uniformidad del recubrimiento de zinc: La verificación de la uniformidad de la capa de cinc se realizará según la norma ASTM A-123 A-239. El ensayo de uniformidad se emplea, especialmente, para tornillos, tuercas y otros artículos de tamaño similar. Sólo sirve para establecer cuál es la parte más delgada del revestimiento, y consiste en determinar el número de veces, descontada la última inmersión, que es necesario sumergir la muestra en una solución adecuada de sulfato cúprico, para obtener un depósito adherente de cobre después de desalojado el cinc. No debe utilizarse, por lo tanto, para determinar el espesor relativo de la capa de cinc, pues éste se disuelve con distinta velocidad, según su grado de pureza y la manera como ha sido depositado. Determinación del peso del recubrimiento de zinc: La verificación del espesor de la capa de cinc se realizará según la norma ASTM A-123, A-153 y E-376, El procedimiento que la masa del revestimiento de cinc se determinará pesando las muestras luego de su decapado y secado y nuevamente luego de cincarlas. El espesor del revestimiento de cinc estará determinado por un indicador de grosor magnético según la Práctica E 376. El espesor se medirá por lo menos en cinco sectores muy separados en una muestra. Ninguna medición de un único sector será la causa de rechazo. Se deben promediar en una muestra las cinco o más mediciones individuales de grosor de revestimiento de cinc para determinar el grosor promedio de revestimiento de cinc de la muestra. El grosor promedio de revestimiento de cinc para el lote de inspección se 12
determina realizando un promedio de los valores de grosor promedio de revestimiento de cinc para la cantidad de muestras ensayadas. 1.7 Perdidas Instantáneas (Fricción). Por diversos motivos que vamos a ver, el esfuerzo inicial de Pretensado previsto para aplicar en un elemento, no se puede mantener. Esta pérdida no puede anularse pero sí se la puede controlar y tratar de disminuir. Ocurren en el momento de aplicación del esfuerzo de pretensado. •Según el orden de tesado (postensado con varios cables). •Por cedimientos en los anclajes (postensado). •Fricción entre acero y vaina. •Fricción en el pistón del gato y el cilindro. •Desanclaje del banco en armaduras pretensadas. VX = V0. e -μ (α X + β. l X) V0. e -μ. γ Siendo: V0: Esfuerzo de Pretensado aplicado en el extremo VX: Esfuerzo de Pretensado en la sección distante x α: Suma valores absolutos desviaciones angulares hasta x β: Variación angular no prevista x: Distancia desde el punto de aplicación de V0 μ: Coeficiente de fricción entre acero y vaina. La suma de ángulos} debe expresarse en radianes γ = π/ 180 (Σαi + βl).
La figura 9
1.8 Perdidas Diferidas. Las Perdidas Diferidas, son las más difíciles de evaluar debido a la interdependencia entre ellas, ocurren a lo largo de la vida de la pieza y las mismas están sujetas a las siguientes descripciones: Relajación del acero Fluencia lenta del Hormigón Retracción o Contracción de fraguado del Hormigón
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Relajación del Acero: Depende de la calidad del material y de la tensión de trabajo. Existen aceros tratados denominados BR que significa de “baja relajación”. Fluencia del Hormigón. Depende de: •Condiciones higrométricas del ambiente. •Dimensiones de la pieza. •Composición granulométrica del H°. •Grado de endurecimiento (edad). •Magnitud y duración de las cargas. Retracción o Contracción de Fraguado del Hormigón. Depende de: •Condiciones higrométricas del ambiente. •Dimensiones de la pieza. •Composición del Hormigón.
2. Concreto Postensado 2.1 Concepto. El concreto postensado es una forma de concreto preesforzado en donde los cables de preesfuerzo son tensados directamente contra el concreto una vez que este ha endurecido. Los cables pueden ubicarse en ductos dentro de la sección de concreto o inclusive fuera de ella. La base principal del concreto preesforzado es someter al concreto a compresiones antes de que existan cargas externas que produzcan tracciones excesivas. Es así que las cargas externas deben vencer a las fuerzas de compresión producto del preesfuerzo para que en el concreto aparezcan esfuerzos de tracción. Es el término descriptivo para la aplicación de compresión tras el vertido y posterior proceso de secado del concreto. En el interior del molde de concreto se coloca una vaina de plástico, acero o aluminio, para seguir el trazado más conveniente en el interior de la pieza, siguiendo la franja donde, de otra manera, se registrarían tracciones en el elemento de estructural. Una vez que el concreto se ha endurecido, los tendones se pasan a través de los conductos. Después dichos tendones son tensados mediante gatos hidráulicos que reaccionan contra la propia pieza de concreto. Cuando los tendones se han estirado lo suficiente, de acuerdo con las especificaciones de diseño, estos quedan atrapados en su posición mediante cuñas u otros sistemas de anclaje y mantienen la tensión después de que los gatos hidráulicos se retiren, transfiriendo así la 14
presión hacia el concreto. El conducto es rellenado con grasa o lechada de cemento para proteger los tendones de la corrosión. 2.2 Ventajas. Una de las ventajas principales de la postensión es la variedad de trayectorias que se logran definir por medio de los ductos, lo cual hace posible la optimización del preesfuerzo cuando este se coloca basado en el diagrama de momentos del elemento. Otra ventaja del postensado sobre el pretensado es que el concreto puede ganar resistencia fuera del molde, por lo que no es necesario obtener altas resistencias iniciales para optimizar la producción. Calidad comprobada • Rapidez en la construcción • Rentabilidad por rendimiento en la obra. Obtención de estructuras muy esbeltas; El uso del pretensado permite la utilización de cantos muy estrictos, con relación canto/luz de 1/30 a 1/45, dependiendo de las condiciones de contorno. Esto conlleva una reducción de la magnitud del peso propio de los forjados, disminuyéndose la carga total del edificio. Asimismo, la reducción del canto, rente a soluciones convencionales, puede suponer un mejor aprovechamiento de la altura total del edificio, en especial cuando existe un gran número de plantas. Sin embargo la mayor esbeltez exige un control más cuidado de las deformaciones.
Control de la fisuración y deformaciones; Debido al estado de esfuerzos resultante producido por el postesado más las cargas permanentes, las secciones más solicitadas no se fisuran, lo que permite mantener intacta la rigidez y, consecuentemente, controlar las deformaciones instantáneas con toda la inercia que ofrece la sección. Además el postesado puede introducir deformaciones contrarias a las producidas por las cargas exteriores de manera que también la flecha diferida puede reducirse. Se incrementa la resistencia frente a flexión, cortante y punzonamiento. Fuerzas de tensado de hasta 1200 toneladas, Escala de gatos adaptada a los cables de composición más usual, Gatos con amarre y desamarre frontal, simultáneo y automático con acuñado hidráulico, Mínimo desperdicio de cable; puntas de tensado de 25 cm., Velocidad de operación: tensado de un cable 12 T 1/2” en 5 minutos.
2.3 Desventajas. El postensado requiere de un gato portátil y anclajes permanentes; su costo hace que sea empleado para miembros de gran luz, pesados, cuyo transporte no es económico y de igual forma estos transportes no son muy comunes, adicional el cuidado que se debe tener a la hora de transportar dichos elementos, Mayor inversión inicial, Diseño más complejo y especializado (juntas, conexiones, etc), Planeación cuidadosa del proceso constructivo, sobre todo en etapas de montaje, Detalles en conexiones, uniones y apoyos
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2.4 Usos. Este método es comúnmente utilizado para crear losas monolíticas para la construcción de casas en los lugares donde los suelos expansivos crean problemas típicos para el perímetro de la cimentación. Todas las fuerzas producidas por la expansión temporal y asentamiento del suelo subyacente son absorbidas por la losa pre-tensada, que soporta la construcción sin flexión importante. El postensado también se utiliza en la construcción de puentes, siendo prácticamente imprescindible en los sistemas de construcción por voladizos y dovelas. Su versatilidad permite una gran variedad de usos en la construcción. Edificios para oficinas, habitacionales, centros comerciales, pisos industriales. Con este método se obtienen elementos estructurales más esbeltos, con menos acero de refuerzo, más ligeros y con una mayor capacidad de carga logrando mayores claros o espacios entre los elementos de soporte. En losas postensadas, en las cuales se requiera un esfuerzo mínimo de compresión de 175 kg/cm2 para el tensado a 72 horas (tres días) y de 161 kg/cm2 a 48 horas (2 días), Vigas de puente, Edificios, Pisos industriales, Tanques, Naves industriales, Instalaciones deportivas, entre otras.
1.5 Clasificación. Aún cuando podrían elegirse otros métodos para la clasificación, es conveniente agrupar los sistemas mediante el método que se adopta para el anclaje de los tendones, y aquí tenemos ya sea un sistema de tuerca enroscada o a base de cuña. En la primera categoría, se encuentran BBRV, Dividag y Macalloy. Todos los demás sistemas emplean cuñas. BBRV: Este sistema está clasificado como de tuerca roscada debido a que, en la parte media baja del rango de fuerzas disponibles, es una contratuerca la que se apoya en una placa de acero y que transmite la compresión al concreto. En la parte media superior del rango de fuerzas, el esfuerzo se transmite por medio de calzas metálicas que se insertan entre el ancla de tensado y la placa de apoyo. En todos los casos el elemento básico consiste en un cilindro de acero con un cierto número de agujero axiales taladrados que acomodan los alambres por separado. El anclaje de cada alambre se efectúa mediante una cabeza redonda preformada. Las cabezas redondas se forman en ambos extremos del alambre después que han pasado después que han pasado a través del cabezal del anclaje. La longitud del cable es por lo tanto fija y debe determinarse en forma precisa, de tal manera que cuando el cable ha sido tensado el cabezal de anclaje quede en posición correcta en relación a la placa de apoyo. 16
Todo el cable, incluyendo la camisa preformada y los anclajes en ambos extremos, se deben ensamblar en el taller y ser transportados posteriormente a la obra siempre y cuando se pueda realizar, si no es posible determinar la longitud del cable, las cabezas redondas en un extremo se forman en la obra con el empleo de una máquina portátil. El número de alambres varía entre 8 y 163, proporcionando fuerzas en el gato que pueden ser entre 37 y 790 toneladas. Dividag: Este sistema utiliza como tendón a una barra de acero de aleación. Se emplean 2 tipos de barras: lisa y corrugada. En la barra lisa las roscas están laminadas en frío únicamente en los extremos de la barra; y la otra, tiene corrugaciones laminadas en los lados de su longitud. La fuerza se transmite a la placa de apoyo extrema por medio de una tuerca que se atornilla a los extremos de la barra; las fuerzas de pretensado varían desde 13 hasta 96 toneladas para tensado sencillo y desde 63 hasta 202 toneladas para tensado múltiple. Los tendones de cualquier longitud pueden ensamblarse en la obra mediante acopladores huecos de acero roscado internamente para recibir las barras lisa o corrugada. Durante la operación de tensado, la barra sea estirada por el gato, se atornilla a la tuerca en forma continua y posteriormente se transfiere la carga al anclaje una vez que se ha aflojado el gato. Macalloy: El presforzado Macalloy consiste en un sistema de barras lisas con roscas laminadas en sus extremos. La fuerza se transmite al concreto por medio de una tuerca roscada que se comprime contra roladas de acero colocadas sobre una placa sólida de acero que distribuye el esfuerzo, o sobre una camisa acostillada de hierro forjado, o una placa de acero taladrada que está situada en un anclaje muerto proporcionando fuerzas de tensado desde 23 hasta 350 toneladas. En todos los sistemas de tuercas roscadas, la carga se puede aplicar por intervalos para ajustarse a los requisitos de diseño de construcción, y las pérdidas pueden compensarse en cualquier momento antes de introducir la lechada. El anclaje es totalmente positivo sin que exista pérdida del presfuerzo en la transferencia de carga del gato a la tuerca.
2.6 Ensayos que se le Realizan a dicho Concreto. Para los ensayos de dicho concreto, se deben cumplir con las normas y recomendaciones existentes para los procedimientos de colocación, manejo, vibrado, protección y curado. Cumplir con las normas básicas del manejo de concreto certificado. Tener en cuenta prácticas de acabado o nivel superior del concreto en el elemento, con el fin de minimizar
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rajaduras. Garantizar el sellado de formaletas y el uso de materiales que eviten deformaciones, con el fin de disminuir desperdicios. 2.7 Perdidas Instantáneas. En elementos postensados, la pérdida por acortamiento elástico varía desde cero, si todos los tendones se tensan simultáneamente, hasta la mitad del valor calculado para el caso de pretensado, si varios pasos de tensado tienen lugar. Cuando se tensan al mismo tiempo todos los tendones, la deformación elástica del concreto ocurre cuando se aplica la fuerza en el gato, y existe una compensación automática para las pérdidas por acortamiento elástico, las cuales por lo tanto no necesitan calcularse. Para el caso en que se usan tendones múltiples y se tensan siguiendo una secuencia, existirán pérdidas. El primer tendón que se ancle sufrirá una pérdida de esfuerzo cuando se tense el segundo, el primero y el segundo sufrirán pérdida de esfuerzo cuando se tense el tercero, etc. Según las referencias 1, 3 y 5 la pérdida debido al acortamiento elástico en miembros postensados puede tomarse como:
(Kg/cm2) 2.10
Flujo Plástico. Es la propiedad mediante los cuales existen deformaciones atraves del tiempo considerables sin aumento de carga, esta deformación es grande al principio del esfuerzo pero va disminuyendo con el tiempo. En elementos de concreto presforzado el esfuerzo de compresión a nivel del acero es sostenido y el flujo plástico resultante en el concreto es fuente importante de la fuerza pretensora la fuerza que produce el flujo plástico va disminuyendo con el tiempo, esto debido al relajamiento del a c e r o y a l a c o n t r a c c i ó n d e l c o n c r e t o , a d e m á s d e l o s c a m b i o s generados. La deformación resultante está atada a las siguientes variables.-Magnitud de la carga aplicada-Duración de la carga aplicada-Diseño de mezcla y proporcionamiento. Condiciones de curado. Edad de la carga Condiciones del medio ambiente. La pérdida por flujo plástico debe calcularse con la siguiente fórmula:(Kg/cm2) Donde: K Fp = 2.0 para miembros pretensados y 1.6 para miembros postensados H = el promedio anual de la humedad relativa del ambiente (%)
2.8 Perdidas Diferidas. Relajación. El relajamiento se define como la perdida de esfuerzo en el acero de presfuerzo, esta depende del tiempo para el acero de presfuerzo es el porcentaje de perdida de temperatura 18
constante y longitud constante. La perdida de esfuerzo debe preverse en el diseño ya que produce una pérdida significativa en la fuerza pretensora. La relajación en el acero pude ser instantánea, ocurre al momento d e a p l i c a c i ó n d e l a c a r g a o d i f e r i d a q u e s e p r o d u c e e n f u n c i ó n d e l a perdida de la fuerza tensora a través del tiempo.
3. Torones o Guayas Los Torones de un cable de acero, están formados por un determinado número de alambres enrollados helicoidalmente alrededor de un alambre central y dispuesto en una o más capas. A cada número y disposición de los alambres se les llama CONSTRUCCION y que son fabricados generalmente según el concepto moderno, en una sola operación con todos los alambres torcidos en el mismo sentido, conjuntamente en una forma paralela. En esta manera se evitan cruces y roces de los alambres en las capas interiores, que debilitan el cable y reducen su vida útil y puede fallar sin previo aviso. Expresada como Número de Cordones x Número de Alambres. Ejemplo, 6x25, indica que la guaya tiene 6 cordones y que cada uno de éstos tiene 25 alambres individuales. Usualmente las construcciones se agrupan en clases, por ejemplo, 6x7, 6x19, 6x36, 8x19, 19x7, 8x19, 7x7, 7x19, 1x7, 1x19, etc. Como se ha mencionado, los alambres conforman los elementos primarios o fundamentales de una guaya o cable de acero. Están ordenados según un patrón definido en una o más capas para formar un torón o cordón. A su vez los torones o cordones se enrollan alrededor del alma para constituir la guaya o cable de acero. Es importante resaltar que los torones o cordones proveen toda la resistencia mecánica de una guaya de alma de fibra y cerca del 90 % de la resistencia de una guaya de alma de acero. Igualmente, características primordiales de la guaya como su resistencia a la fatiga y su resistencia a la abrasión están directamente relacionadas al diseño de los torones o cordones. Como regla general, se puede indicar que una guaya que posea torones o cordones fabricados con pocos alambres gruesos tendrá mayor resistencia a la abrasión y poca resistencia a la fatiga, mientras que una guaya que posea muchos alambres finos será más resistente a la fatiga y menos resistente a la abrasión. Las principales construcciones de los torones, se pueden clasificar en tres grupos:
Grupo 7: Incluyen construcciones que tienen desde 3 a 14 alambres. Grupo 19: Incluyen construcciones que tienen desde 15 a 26 alambres. 19
Grupo 37: Incluyen construcciones que tienen desde 27 a 49 alambres. El torón según el requerimiento del cable final, puede ser torcido a la derecha o a la izquierda. Como se ha dicho, la guaya o cable, es el producto final y se identifica por el número de torones y el número de 2 alambres de cada torón, su tipo de alma y si son negros o galvanizados. Los principales grupos de cables son: Grupo 6x7 (con 3 a 14 alambres por torón): Aunque hay varias alternativas en esta serie la más común es donde cada uno de los seis torones que forman el cable, está construido de una sola hilera de alambres colocado alrededor de un alambre central Grupo 6 x 37 (Con 27 a 49 Alambres por Torón): Las construcciones de este equipo son más flexibles que las de los grupos 6 x 7 y 6 x 19, debido a que tienen un mayor número de alambres por torón. Este tipo de cables se utiliza cuando se requiere mucha flexibilidad. No se recomiendan cuando son sometidos a una abrasión severa, porque el diámetro de sus alambres externos es pequeño. En este grupo la construcción 6 x 37 es generalmente encontrada en cables con diámetros menores a 9 mm. En diámetros superiores a 8 mm los cables son fabricados con el concepto moderno con todos los alambres torcidos conjuntamente en una forma paralela en cada torón, evitando roce interno y logrando una mayor útil. Como existen varias construcciones en este grupo, se presentan las de mayor uso y sus rangos de diámetros para obtener el óptimo rendimiento. Diámetro mínimo de poleas y tambores. 23 veces el diámetro del cable. Grupo 8 x 19: Además de los grupos antes señalados, es conveniente mencionar las series 8 x 19 que están fabricados con 8 torones alrededor de un alma (generalmente de fibra). Al utilizar 8 torones en vez de 6, hace que el cable sea más flexible, pero debido a que este tipo de cable tiene un alma más grande que los cables de 6 torones, lo hace menos resistente al aplastamiento. Las construcciones básicas de los cordones o torones se presentan a continuación en la Figura.
La figura 10
Single Conocida como construcción simple, el ejemplo más conocido es la construcción 1x7. Tiene un solo alambre central rodeado por seis alambres del mismo diámetro. 20
Warrington Esta construcción tiene dos capas de alambres, una interna donde todos los alambres tienen el mismo diámetro y una externa, donde alambres de diámetro grande y de diámetro pequeño se alternan. Seale Esta construcción tiene dos capas de alambres alrededor de un alambre central, la capa interna es de menor diámetro que la capa externa. Cada capa tiene el mismo número de alambres. Todos los alambres de cada capa tienen el mismo diámetro. Filler Wire Construcción formada por dos capas de alambres de igual diámetro alrededor de un alambre central. La capa interna tiene un número de alambres igual a la mitad de los de la capa externa. Pequeños alambres de relleno (en igual número a los de la capa interna) se colocan en los valles de los alambres de la capa interna. Existen también patrones combinados de las construcciones anteriores, por ejemplo, Warrington-Seale, Filler Wire-Seale, etc., así como construcciones especiales de diversos fabricantes, generalmente patentadas. Abrasión Vs. Fatiga Para cada aplicación de izamiento existen numerosas opciones que pueden ser utilizadas, sin embargo, es necesario evaluar las características individuales de cada cable a fin de lograr la selección óptima. Existen dos características de los cables de acero que son contrapuestas; en otras palabras, o se tiene una o se tiene la otra, pero ambas no se pueden tener al mismo tiempo. Estas son: La Resistencia a la Abrasión y la Resistencia a la Fatiga. A continuación se definirán dichas características. Resistencia a la Abrasión consiste en la capacidad que tiene el cable de soportar el desgaste que se produce principalmente en sus alambres externos, a consecuencia del roce o fricción con otra superficie dura. Por ejemplo, el desgaste superficial que sufre un cable al ser arrastrado sobre un suelo de cemento. Resistencia a la Fatiga consiste en la capacidad que tiene el cable de soportar el trabajo en frío que se genera al doblar cíclicamente o repetidamente los alambres del mismo. Dicho trabajo en frío va aumentando gradualmente la dureza de los alambres y eventualmente se producen microgrietas en el acero, hasta que el alambre se fractura. Por ejemplo, las fracturas que suelen ocurrir en cables que trabajan durante mucho tiempo en poleas o tambores, como ascensores, grúas, etc. La Figura 11 muestra las Curvas de Resistencia a la Abrasión-Fatiga para diversas construcciones de guayas, basadas en el número de alambres por cada cordón o torón. Dicha curva muestra que entre menos alambres externos por torón o cordón existan y a su vez que dichos alambres sean lo más gruesos posible, entonces el cable tendrá buena resistencia a la Abrasión. Esto se explica porque en estas circunstancias se reduce el 21
efecto de desgaste superficial. Ejemplo de cables: 6 x 7, 6 x 19 S. Por otra parte, también muestra que entre más alambres externos por cordón o torón existan y que dichos alambres sean finos, entonces el cable tendrá mayor capacidad de doblez y por ende mayor resistencia a la Fatiga. La explicación de esta característica radica en que el trabajo en frío es menos impactante en un alambre fino por su gran flexibilidad mecánica. Ejemplo de cables: 6 x 46 SFW, 6 x 41 SFW. Aquí es importante resaltar que dadas las condiciones de trabajo, es técnicamente ventajoso emplear un cable que en un momento dado tenga mayor resistencia bien sea a la Abrasión o a la Fatiga, sin embargo, ningún cable es totalmente inmune a estos efectos y eventualmente el modo de operación y el tiempo de servicio determinarán la condición final del cable y su necesidad de reemplazo. Finalmente, de la Figura 10 se nota que en la intersección de las resistencias a la Abrasión y a la Fatiga se especifica un cable que tiene moderada resistencia a ambos fenómenos. Ejemplo de cable: 6 x 25 FW.
La figura 11. Curvas de Abrasión-Fatiga
Criterios para Seleccionar Guayas o Cables de Acero: Se consideran siete factores importantes: 1. Resistencia Mecánica La resistencia de guayas o cables de acero viene expresada en toneladas métricas (1000 kg), toneladas cortas (2000 lbs.), kilogramos fuerza, libras fuerza, kiloNewtons, etc. En las normas y demás publicaciones la resistencia mecánica de una guaya o cable de acero se designa como la resistencia “nominal”. Esta resistencia se refiere a los valores aceptados dentro de la industria de fabricación de guayas o cables de acero y corresponde al valor mínimo al cual se rompería una guaya nueva, sometida a una prueba de tracción, en cualquier parte del mundo. Por esta razón también se le conoce como resistencia, fuerza o carga de rotura. Es importante señalar que este factor 22
solamente es aplicable a guaya nueva, sin uso y que jamás una guaya debe operar al valor de resistencia nominal (o cercana a éste). Para ello posteriormente se presentarán en este Catálogo Técnico los Criterios de Cargas de Trabajo y Factores de Seguridad. Debe tenerse en cuenta que durante la vida útil de una guaya, ésta va perdiendo resistencia gradualmente a medida que se va deteriorando naturalmente por abrasión o por fatiga. 2. Resistencia a la Fatiga Como se ha indicado anteriormente, para tener buena resistencia a la fatiga mecánica la guaya o cable de acero debe ser capaz de doblarse repetidamente, por ejemplo, sobre poleas, tambores o rodillos. Por lo tanto es de gran importancia seleccionar la guaya adecuada para la polea en uso e igualmente cerciorarse que dicha polea se encuentra en buenas condiciones, tanto en su ranura como en su buje o cojinete de rotación. Es de suma importancia indicar que los parámetros de vida útil en condiciones de fatiga mecánica evaluados por los fabricantes de guayas o cables de acero no contemplan condiciones corrosivas; si la guaya es empleada en condiciones corrosivas se produce el fenómeno de corrosión-fatiga, el cual disminuye drásticamente la vida útil de la guaya. 3. Resistencia al Aplastamiento El aplastamiento representa el efecto de la aplicación de un esfuerzo externo sobre el cuerpo de la guaya. El más común es el aplastamiento debido a la operación con cargas excesivas y también al uso de tambores lisos o con ranuras que no dan apoyo suficiente al cable. El aplastamiento ocasiona daños al distorsionar la sección transversal del cable, al adelgazar los alambres y al deformar al alma, ocasionando dichos efectos que los alambres no puedan moverse o ajustarse durante la operación normal. Por lo tanto la resistencia al aplastamiento representa la habilidad del cable para soportar fuerzas externas laterales y el término se emplea para comparar guayas. En general, las guayas con alma de acero (IWRC) son más resistentes al aplastamiento que las guayas con alma de fibra (FC); las guayas con arreglo ordinario son más resistentes a este efecto que las guayas con arreglo Lang y las guayas con 6 cordones o torones son más resistentes que las de 8 o 19 cordones o torones. 4. Resistencia a Pérdida del Metal (Abrasión) y a Deformación La pérdida del metal se refiere a la remoción de material de los cordones o torones de cable y la deformación a los cambios o variaciones de forma de dichos cordones o torones. Como se ha mencionado anteriormente, en el primer caso, la resistencia a la pérdida de material por abrasión se denomina “Resistencia a la Abrasión”. Durante el desgaste por Abrasión los alambres externos de los torones o cordones sufren pérdida del material de acero, pero los alambres generalmente conservan su redondez. Por otro lado, la forma más común de daño por deformación se conoce como “martilleo o machacado” ya que los alambres externos de los cordones o torones aparecen como si se hubiesen martillado (el espesor del alambre aparece disminuido y el mismo pierde su redondez); este tipo de daño 23
aparece con frecuencia en tambores (“winches”), donde se ocasiona por el contacto cablecable durante el enrollado. 5. Estabilidad Este término se emplea usualmente para describir características de manejo o de trabajo y no representa una propiedad física definida. Por ejemplo, se puede decir que un cable es estable cuando se enrolla uniformemente sobre el tambor, o no tiende a enredarse cuando es estirado. 6. Capacidad de Doblez Este término describe la capacidad que puede tener un cable para doblarse fácilmente en arco. Existen cuatro factores que afectan esta capacidad: a) Diámetro de los alambres que conforman el cable; b) Tipo de construcción del cable; c) Composición del metal del cable y acabado del mismo (desnudo o galvanizado); d) Tipo de alma, de acero o de fibra. Algunos cables tienen por naturaleza mayor capacidad de doblez que otros, por ejemplo, cables de menor diámetro se doblan más fácilmente que los de diámetros mayores, cables de alma de fibra se doblan en mayor grado que otros comparables de alma de acero y en general, los cables con muchos alambres pequeños se doblan más que otros del mismo diámetro pero con alambres gruesos. 7. Resistencia de Reserva Este factor equivale a la resistencia combinada de todos los alambres de un cable, menos los de las capas exteriores de los cordones o torones, los cuales siempre son los primeros en dañarse o desgastarse. A mayor número de alambres mayor es la resistencia de reserva, ya que al disminuir el diámetro de los alambres exteriores, mayor sección metálica estará concentrada en las capas internas del cordón o torón. La resistencia tiene mayor importancia en los casos donde la rotura de un cable puede ocasionar accidentes de importancia. En estos casos es recomendable la inspección frecuente del cable por técnicos competentes y la operación cotidiana con un coeficiente de seguridad adecuado. Cargas de Trabajo y Coeficientes de Seguridad: Al seleccionar un cable para cualquier instalación es necesario considerar cuál será su Carga de Trabajo segura. Por definición la Carga de Trabajo es la fuerza máxima o peso máximo permitido que puede soportar una guaya o cable de acero trabajando en usos normales, cuando la tensión se aplica en línea con respecto a su eje central. Por lo tanto, el Coeficiente de Seguridad (conocido también como Factor de Seguridad o Factor de Diseño) es una relación numérica que denota la capacidad de reserva teórica de la guaya o cable de acero. Entonces, Coeficiente de Seguridad = Carga de Rotura/Carga de Trabajo
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El Coeficiente de Seguridad se expresa como una relación, por ejemplo 5:1. Es imposible utilizar un mismo coeficiente para todos los casos, ya que las condiciones operacionales nunca son las mismas. Existe una variación tan grande que los Coeficientes de Seguridad varían entre 3,5 y 24. Entre los factores que deben considerarse están el peso muerto de la carga, la velocidad de izaje, la aceleración y desaceleración del izaje, el diámetro, número y disposición de las poleas, el tamaño del tambor, posibles efectos de corrosión y abrasión, importancia de la carga, etc. No obstante, a manera de guía, para trabajos industriales comunes se emplea en casi todos los casos un coeficiente de 5:1, o sea la Carga de Trabajo segura será 1/5 de la Carga de Rotura de la guaya o cable de acero, según clase y su diámetro, expresada en la norma API 9A, o en las especificaciones de los fabricantes. La tabla adjunta muestra otros coeficientes para diferentes escenarios.
Tabla de Coeficientes de Seguridad para Guayas o Cables de Acero
Clasificaciones Standard En cada clasificación todas las guayas o cables de acero del mismo diámetro, del mismo grado y de la misma alma tienen la misma resistencia nominal y el mismo peso por longitud. Dentro de cada clasificación, para diferentes construcciones, lo que varía son las características de trabajo y es de suma importancia tomar en cuenta estas diferencias al momento de seleccionar un cable para una determinada aplicación. La tabla siguiente
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muestra la clasificación standard para guayas o cables de acero, otras clasificaciones (por ejemplo, cables antigiro) serán presentadas posteriormente.
A continuación se presentan diversas tablas con la respectiva data, para las clasificaciones más usuales: Clase 6 x 7: Los cables de este grupo presentan la máxima resistencia a la abrasión con un mínimo de flexibilidad. Sus alambres exteriores tienen aproximadamente el doble de diámetro que los correspondientes a la construcción 6 x 25 FW, por lo que poseen un alto grado de resistencia al desgaste o abrasión, pero sacrificando su capacidad de doblez y su resistencia a la fatiga. La construcción standard 6 x 7 es con alma de fibra, pero también se fabrica con alma de acero.
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Clase 6 x 19
Clase 6 x 36
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Clase 19 x 7 NR: Cable empleado cuando se requieren características antigiratorias durante la operación de izamiento, ejemplo, en grúas de un solo cable. Su característica antigiro se obtiene enrollando un cable 6 x 7 en una dirección y luego enrollando 12 cordones en dirección opuesta, de tal forma que cuando el cable está en tensión, se crean fuerzas rotacionales opuestas entre las capas exteriores e interiores de los alambres. Debido a su diseño este cable tiene poca Resistencia de Reserva, por lo que debe ser cuidadosamente seleccionado, por otra parte, durante su empleo se requieren inspecciones regulares frecuentes, ya que la presencia de alambres rotos es crítica.
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Clase 8 x 19: Por tener 8 cordones en lugar de 6, los cordones de esta clase de cable son de menor diámetro que los de 6 x 19 o 6 x 36, mientras que el alma es mayor. Esto produce mayor flexibilidad pero menor resistencia a la abrasión y al aplastamiento.
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Lubricación La vida en servicio de una guaya o cable de acero será directamente proporcional a la periodicidad de la lubricación en campo y a la efectividad del método empleado. Por tener tantas piezas metálicas (alambres) en movimiento en un momento dado, una guaya o cable de acero requiere necesariamente de una adecuada lubricación. La lubricación efectuada al cable durante su fabricación nunca será suficiente para durar toda su vida útil y por lo tanto debe ser lubricada periódicamente. Generalmente la superficie de las guayas se cubre de arena, polvo, sucio, etc. durante el servicio y estos contaminantes ejercen una acción de desgaste sobre los alambres de acero, impidiendo también el libre movimiento o deslizamiento de los mismos. Esta condición se complica si dichos contaminantes penetran al interior del cable. Para llevar a cabo una lubricación apropiada en campo es necesario, entonces, primero limpiar concienzudamente el cable y luego aplicar el lubricante. Este debe tener la viscosidad apropiada para poder penetrar hasta el alma del cable, reducir la fricción, proteger al cable contra la corrosión y tener un buen coeficiente de adherencia. El lubricante no deber ser tan liviano que se escurra totalmente ni tan pesado, porque entonces atrapa demasiados contaminantes. Normalmente el lubricante se puede aplicar en campo mediante uno de los siguientes métodos: a) Goteo; b) Atomizado; c) Brocha. 30
Lo más conveniente es aplicarlo donde el cable forme un arco, ejemplo, en una polea. Adicionalmente existen en el comercio lubricadores a presión que permiten una mejor penetración. Inspección Todas las guayas o cables de acero inevitablemente se deterioran en servicio y su capacidad de trabajo va disminuyendo gradualmente. Por estas razones las inspecciones periódicas son críticas y se pueden indicar tres objetivos fundamentales: a) Las inspecciones revelan la condición del cable en un momento dado y pueden indicar la necesidad de reemplazo; b) Las inspecciones revelan si se está usando el cable apropiado y c) Las inspecciones permiten el descubrimiento y la corrección de defectos en los equipos o en la operación, que pudieran estar causando deterioro prematuro del cable. Todas las guayas o cables de acero deben ser inspeccionadas a intervalos regulares y entre más tiempo lleve la guaya en servicio o entre más severo sea éste, más frecuentes y completas deberán ser las inspecciones. De cada inspección deben mantenerse registros. Los cables deben ser inspeccionados según las circunstancias siguientes: -
Antes de ser puesto en servicio a menos que sea nuevo. Antes de ser puesto en servicio cuando haya sido instalado en otro equipo distinto al original. Antes de cada utilización si está sujeto a condiciones extremas de deterioro, por ejemplo, ambientes muy contaminados con polvo o arena, ambientes corrosivos, ambientes muy calientes, etc.
La frecuencia de inspección deberá ser: -
Cables empleados en elevadores de personal: Cada 6 meses. Cables empleados en grúas: Cada 8-12 meses. Cables empleados en condiciones extremas: Según sea necesario.
Se deben tomar en cuenta los aspectos siguientes: -
Abrasión: Desgaste superficial por roce mecánico, por ejemplo, con el suelo, tambor del malacate, etc. Reducción del diámetro: Causado por estiramiento dúctil. Fatiga: Ocasionada por esfuerzos alternos de doblez.
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Pérdida de Resistencia Mecánica: Causada por roturas o fallas de alambres individuales. Corrosión: Ataque del material por el medio ambiente Distorsión o Deformación. Ejemplo: “Jaula de Pájaro”, “martillado”.
Al realizar las inspecciones se debe documentar y fotografiar los posibles defectos presentes, tales como: -
Fallas o defectos localizados. Signos o manchas de recalentamiento. Exposición del alma. Daños en los terminales. Aplastamiento. Fatiga Estiramiento. Fracturas de alambres.
Criterios para Reemplazar un Cable de Acero: -
Determinar el número, naturaleza, tipo y posición de los alambres fracturados o rotos, visibles al examinar el diámetro de la guaya con una lupa de 10 aumentos. Considerar la Tabla siguiente:
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Tomar en cuenta la cantidad de alambres rotos visibles (Máximo de 3 en un torón o cordón). Deterioro o daños cerca de los terminales (Máximo de 3 alambres rotos a una distancia de 6 mm del terminal). Deterioro del alma (Disminución del diámetro del cable). Durante el uso normal del cable o guaya ésta se desgasta y se debe reemplazar al detectar una reducción del 10 % del diámetro nominal en cables de 6 y 8 torones y 3 % en cables multitorones, como máximo.
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Si presenta corrosión interna. Si presenta corrosión externa (considerar el grado de deterioro). - Si presenta deformación (considerar el grado de severidad). Si presenta daños por temperaturas elevadas.
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Medición del Diámetro del Cable -
Es importante la verificación del diámetro del cable antes de su instalación para estar seguros que cumple con los requisitos del equipo y que se ha recibido el cable indicado. Un cable de bajo diámetro se puede romper por exceso de carga y uno de diámetro alto puede dañar los equipos y desgastarse prematuramente.
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Anclajes
De izq. a der.: 1. Anclaje AS
2. Anclaje AE
3. Anclaje AF
4. Anclaje PA
5. Anclaje PC
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1. AS Activo Simple: Los anclajes activos o móviles son los que van situados en el extremo de los cables y desde el cual se aplica la fuerza de tensado 2. AE Activo para postensado externo: Diseño especial para trabajar ante solicitaciones dinámicas en los extremos de tendones externos y asegurar la correcta protección anticorrosiva. 3. AR Activo con Rosca: Se usa cuando el Proyecto exige ajustes en la fuerza de tensado posteriores al gateo 4. PA Pasivo por Adherencia: Pasivo o fijo, se unen cuando el proyecto solo exige el tensado desde un extremo del cable. Si existe espacio para la longitud de adherencia, los PA son los más apropiados. 5. PC Pasivo con Cabezas: Se usan en el lado desde el cual no se tensa, cuando no se admiten los PA, ni existe acceso para utilizar los AS como pasivos
4. Ductos Los ductos para cables que se inyectan con mortero de inyección deben ser impermeables y no reactivos con el concreto, acero de preesforzado, mortero de inyección e inhibidores de la corrosión. Los mismos inyectados para un solo alambre, un torón o una barra deben tener un diámetro interior al menos 6 mm mayor que el diámetro del acero de preesforzado, también para los inyectados para alambres, torones o barras agrupados deben tener un área transversal interior al menos igual a dos veces el área transversal del acero de preesforzado. Los ductos deben mantenerse libres de agua empozada si los elementos que van a inyectarse con mortero de inyección pudieran estar expuestos a temperaturas bajo el punto de congelamiento antes de la inyección del mortero. Los ductos en los cuales se enhebran los cables pueden ser de diversos materiales. La Asociación Americana 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.
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