MANUAL BASIco PARA EL 059% DE ELEMENTOS PREFABRICADOS ASOCIACION NACIONAL DE INDUSTRIALES DEL PRESFUERZO Y LA PREFABRICACION A.C. 9:5 I anippac ASOCIACION NACIONAL DE INDUSTRIALES DEL PRESFUERZO Y LA PREFABRICACION, A.C. MANUAL BASIgo g PARA EL DISENO -_ DE ELEMENTOS anippac PREFABRICADOS lng. René Carranza Aubry lng. David F. Rodriguez Diaz Este manual esta basado en la cétedra que impartia el lng. René Carranza Aubry en la escuela de Postgrado de Arquitectura de la Universidad Auténoma Nacional de México, de donde él es egresado de la carrera de lngenieria Civil de la generacién del afio 1954 ”GEINFUCUM”, y como reconocimiento a su trayectoria de mas de 50 afios siendo pionero en esta industria y dedicado a la promocic’m y difusién de obras de concreto presforzado en nuestro pais, se realizé la edicién de este Manual Ba’sico para el disefio de estructuras prefabricadas y presforzadas por parte de la ANIPPAC, siendo el lng. René Carranza sociofundadorde esta asociacién. La intencién de este manual es contar con una herramienta para los estudiantes y profesionistas que estén interesados en aprender a disefiar elementos prefabricados y presforzados, y poder continuar asi con la difusién del uso de estas técnicas para la construccién en nuestro pais. Actualmente el crecimiento en la utilizacién de estos sistemas constructivos ha tenido un gran auge debido alas bondades que brindan en cuanto a tiempos de ejecucién, limpieza en obra, baja emisién de contaminantes y costos competitivos. ASOCIACION NACIONAL DE INDUSTRIALES DEL PRESFUERZO Y LA PREFABRICACION. A.c. L‘ In anippac INTRODUCCION El presente “Manual del Estudiante" busca presentar de una manera clara los principios necesarios para comprender como trabaja el concreto pretensado. Enumera los conceptos de la mecanica de materiales que se deben manejar para iniciar con el disefio de elementos prefabricados, presenta también los factores de conversién de Unidades entre el sistema MKS y el SI mas usados en el disefio. Se resaltan Ias caracterl’sticas del concreto, el acero de presfuerzo y de refuerzo que en combinacién permite incrementar en gran manera Ia resistencia del concreto, para dar innumerables soluciones a los problemas de ingenieria de puentes y de Edificacién industrializada. Finalmente presenta 1 ejercicio académico para ejemplificar el calculo de y esfuerzos, asi como 2 ejemplos que permiten entender el concepto de pérdidas, vehicular. de puente de cémo se puede disefiar un elemento tipo trabe cajén Sirva esta modesta contribucién a la formacién de estudiantes de ingenieria civil, 6 para introducir a ingenieros en el disefio de concreto prefabricado. g» In - anippac CONTENIDO - 1a Parte - Conceptos Bésicos - 2a Parte - Materiales - Ba Parte - Ejercicios de Disefio g» In, - anippac CONCEPTOS BASICOS 1ra PARTE 0 o O o o o O O o o 0 O o O . . . o PRESFUERZO, CONCEPTOS. DEFORMACIONES TIPICAS UNIDADES/ CONCEPTOS BASICOS LEY DE HOOKE / MODULO DE ELASTICIDAD MOMENTO DE PRIMER ORDEN DE UN AREAY CENTROIDE MOMENTO DE SEGUNDO ORDEN O MOMENTO DE INERCIA ECUACION GENERAL DE ESFUERZOS (ESCUADRIA) CONCEPTO DE PRETENSADO CONCEPTO DE POSTENSADO PRESFUERZO PARCIAL Y TOTAL ETAPAS DE UN ELEMENTO POSTENSADO TIPOS DE APOYO PERDIDAS DE PRESFUERZO CALCULO DE ESFUERZO EN ELEMENTOS PRESFORZADOS RESUMEN DE ETAPAS Y ESFUERZOS ESFUERZOS PERMISIBLES FLEXION CORTANTE CONCEPTOS BASICOS DEL PRESFUERZO - El concretO presforzado consiste en crear deliberadamente esfuerzos permanentegen un eleme_n_tO estructural para mejorar su comportamlento de serVICIO y aumentar su resmtencia. - Gracias a la combinacién del concreto y el acero de presfuerzo es posible producir en un elementO estructural, esfuerzos y deformaciones que contrarrester) tOtaI O parcialmente a los producidos por Ias cargas graIVIta~CIonales que actL’Jan en un elementO, Iogréndose asi disenos mas eficientes. DIAGRAMAS DE MOMENTOS FLEXIONANTES - Como trabaja el presfuerzo: Memento: Flexionantes Viga Condicién 9. D.M.F. ( w) D.M.F. ( P) . I TRABES POSTENsADAE’ D.M.F. (total)! Vi PRETE NSADO 0 POSTE NSADO DEFORMACION TiPlCA DE TRABES PRETENSADAS 1) 9 "\ f , , Pp + Presfuerzo N 7" 3) P Agrietamiento a tension del concreto TRANSFERENCI A WW+WV :. , ,, 2),'“‘""""" (Pp + Cm + Cv) + Presfuerzo SERVICIO K1 ( XW) 5 _ 4) . K2(XW) Fluencia del acero de presfuerzo Pp = Peso propio K1( X w) = Suma de cargas factorizadas Wm = Carga muerta Wv = Carga viva K2( Z w) = Cargas incrementadas as» _- I anippac ONCEPTOS BASICOS / UNIDADES DEFINICION CONCEPTO FUERZA AREA DEFORMACION RESISTENCIA Y ESFUERZO MKS SI . Acc'?“.capaz 0'9 Pmduc" ”” Kg.. Ton Newton, KN 1 Ton/ml x 9.81 = 9.81 KN/ml Kg/ml x 0.00981=KN/ml Las dimensiones que quedan comprendidas dentro de un cuerpo. cm.’, m2 1m” -_- 10‘000 cm? mm.2 1cm 2 ___ 100 mm 2 Cambio de forma. Iey de Hooke cm.m mm. Limite de capacidad. Kg. / cm. = [Pa = W Fuerza por unidad de érea 1 Kg, = 0.0986MPu mowmlento I C S Inercia Centroide Médulo de Seccién M Momento Flexiénante V Cortante 1N = 0.10197 Kgf 1 Kgf = 9.81 N . Pa MPa m2 1MP” ‘1’”0 ,Aé/M = h _ 2 lMPa 10.2 5, cm” cm“ Pa, MP3 Kg./cm2 MOdulo de elasticidad E UNIDADES mm? mm. mm3 cm4 cm cm3 N mm . KN mL N KN. Kg. cm. Kg.m. Ton.m Kg, Ton. LEY DE HOOKE : MODULO DE ELASTICIDAD B Para estructuras dentro del rango eléstico tenemos que el esfuerzo es directamente proporcional a la deformacién 8 "'1 0: EE Ley de Hooke. (Robert Hooke matemético lng/es 1635-1703 ) E = Médulo de elasticidad 6 médulo de Young [ Kgl cmz] Tomas Young cientlfico lng/es (1773—1829 ) c Parémetro que caracteriza el comportamiento eléstico de Ios materiales y Se obtiene experimentalmente mediante una prueba de traccién. E: Alargamiento unitario Esta ecuacién se puede reescribir como: (1) 6:6: P =5 E AE":>E L :>5:EL S e: 5 Sustituyendo (2) en (1) tenemos: (2) L u:{> =PL SAE B MOMENTO DE PRIMER ORDEN DE UN AREA CENTROIDE DE UN AREA Y CENTROIDE DE UN AREA SE DEFINE ‘ COMf: Y X I I dA Y A \ 0 ~ > x = IA ydA Qx Anélogamente el momento de primer orden respecto aY A XdA - A I Q c \ ‘y k 0» Momento de primer orden del AreaA respecto a X Qy = X I / /.1 _ X > X Qy Qx A A ' ' EI eje cenIrondal de una area Irregularo . u , ; v I compuesta es Igual a la suma de Momentos Esta’ticos de Ias éreas en que se divide entre la suma total del Area. EJEMPLO: MOMENTO DE PRIMER ORDEN Y YI 10 ~ 3 ,4 3 SECCION b h A=bh yi Q=Ax yi 1 10 5 50 225 1125 4 20 80 10 800 5 2 20 c _ Y2=22.5 . z= ‘ _ Y‘=10 I30 Z= y =14.81 cm 82 y = Q; = I732: =14.81(‘IH 1.925 anippac MOMENTO DE SEGUNDO ORDEN O MOMENTO DE INERCIA. Radio de giro Momento de lnercia es una medida escalar que refleja Ia distribucién de la masa de un cuerpo en rotacién respecto al eje de giro. Indica la resistencia de un cuerpo a rotar respecto de un eje determinado Ix = L, )2s 7 / i/ T Y‘ Iy = [A xs 7' 1' ; IX _ 7; — A 9aralelos. I, T y1T/ _ p o x 4 _ Teorema de los ejes . 122% X1 C p J“ X Ix = lx' + Ad2 EJEMPLO DE MOMENTO DE INERCIA Ix i Seleccionamos un elemento de érea diferencial dA como una franja horizontal de longitud b y espesor dy, como todos los puntos de Ias franjas estén a la misma distancia y del eje X, eI momento de inercia de la franja respecto dicho eje es: " ' " W T >X h 'T . b i‘ri T T T [1* 10 D i ’ h hasta 2 h + h 2* h zbd—1b3‘2_h -I s‘IZ -_,,.vvy-3y Ix-Ay , 2 12 8 3' 8 Radio de girory TV] 2 - > “TE—0T” ”Tl ”X T¢ ’) 7 lntegrando desde ”‘y T T 2 T ,/ T Ta T d = y“dA = y‘(bdy) r: [7:312t \TA ‘i ~ H! = h ‘2‘,l EJEMPLO: Determine el Ix del érea mostrada con respecto al eje centroidal x Y1 20 7 ' V' 7A1 1 1 \ ‘ ”" ’ C 60 2 20:2 1 £0 1 1 «11:24 1‘ v b h AI yl Q‘AI yl A1 80 20 1.600 70 112.000 2 y =4.000 m 30 3 _ Qx -_ I84 .000 -_ — Ai 4.000 1 1 1 lnercia de/ Area2 . 2.400 12 12 =974,933cm 4 SECCION 60 l x80x203 =53,333.3cm4 IX' = 71* bh3 = -».:_£0 :1 l I UK“) 2 = 12 1:113: 12 x40x603=720.000 1) Localizacién del eje centroidal 40 X’ ] >~, [Dimensiones en cm] A2 lnercia de/ Area1 It IX =(Lv)1 +A d 2 =53,333+l600x24 2 yz=30‘Y=46 ‘ ,/ 52 , 11:70 1’2‘161 ‘ \ ‘ MOMENTO DE INERCIA 2) ' 1 72.000 184.000 7 1x2 =(Ix") +A2d2 =720.000+2400xus2 =1.334.400cm4 2 ’ cm 5 1M, Ix = (IX) + (IX) = 974.933 +1.334,400 = 2,309.333cm4 2 1 ‘ 46cm PROPIEDADES GEOMETRICAS DE AREAS PLANAS FIGURA AREA A= bh A T A ‘_ a, CENTROIDE o Y = M INERCIA 1 h 3 v — a_ 2 MODULO SECCON s= (‘. bh3 [C = i S : [X y lo =1 9 _' 6 35 12 ‘ 11 a» .m’ - anippac Caso general de carga axial Excéntrica Wo ejeneutro . P > \r e ‘ \ Y2 \ < P xv1 « r \ 5 3 ‘ 0'x=i PPeM M i i xyzt yx A [x [X [y O usando eI médulo de seccién Esfuerzo flexionante. . . . Para cualqunerdnstancna Y Mc Mv ()O'x 0' x = I I / C : Depende solo de la geometria de la seccién transversal y se conoce como médulo eléstico de seccién y se denota por S , _ . . S _ l . Sustltuyendo en elO'flex. C 0x=iPiiMxiMl A Ix Sx Sy _ O'x Elementos mecénicos m5 G=M S Anclaje del Visa tenddn ‘; Mesa de C°|ad° . Produccién en serie: Gm V ' :a . ‘' ‘ (a) moldes autotensables. Gato 5090'“? Anclaje ‘ sujecibn _ V'9a‘ v .- Tendbn continuo 12 ' 4 v 9 Fuerza de 4) Se reutilizan moldes e instalaciones. Gate . “9° 2 (c ) 3) Se aplica a produccién en serie en plantas prefabricadoras. 5) El anclaje se da por adherencia. (b) ' 2 . 2) Se requieren de muertos de anclaje o Tend“ ' “ Fuerza d6 , Caracterlstlcas: 1) Se tensan Ios torones “antes" del colado. . Mesa de colado ' 6) Se requiere enductar torones para controlar Ios esfuerzos durante la transferencia. Aplica a; Trabes de puentes y edificios, Losas extruidas, Viguetas, Losas T, TT, TTV. POSTENSADO 1‘ ,/ Anclaje Viga 1}’ Gat°\\ v\ A: ' 4 3) Se reqwere dejar ductos ahogados y ubicados segr’m Ias trayectorias de célculo. (a) / l, y 7 la fwga \ f "I /..7Anc|aje x,— g Diaf'agmas LL‘DSL * — 223:: 9fifr°m°Ga§° 4) Una vez colocados y tensados Ios torones “v H _. " m,“ r se requiere inyectar Ios ductos con mortero para proteger a los torones. 5) La accién del postensado se ejerce externamente por medio de anclajes especiales. ( b) _1__* 1) Se tensan Ios torones una vez que se ha realizado el colado. 2) Se realiga en o_bra principalmente. Wendon conducto Viga Caracteristicas: Gato\\ _” ‘ Tendon apoyado (c) '7 ”Y 1;. Apllca a: Dovelas y Trabes para puentes, Losas con presfuerzo bidireccional, Diafragmas de puentes, Vigas hiperestaticas. PRESFUERZO PARCIAL Y TOTAL El término de presfuerzo parcial se aplica a aquellos elementos que contienen en su armado longitudinal, tanto su refuerzo ordinario como presforzado para resistirel momento flexionante que actL'Je en este. A su vez un elemento se considera con presfuerzo total cuando su I'ndice de presfuerzo, “lp” esta comprendido entre 0.9 y 1 incluyendo Ios valores extremos. Si el lndice de presfuerzo es menor a 0.9 pero mayor o igual a 0.6, se considera una seccion parcialmente presforzaday si el lndice de presfuerzo es menor a 0.6 se considera una seccién sin presfuerzo, Ia expresién para obtener el I'ndice de presfuerzo es la siguiente. lp = Mrp —— Mrp + Mrr Mrp = Momento resistente provocado por el acero de preesfuerzo Mrr = Momento resistente provocado por el acero de refuerzo Ip = lndice de presfuerzo Una forma mas sencilla de obtener el lndice de presfuerzo es con la slguiente formula: Asp Fsp lp = —— Asp Fsp + As Fy Asp = Area de acero de presfuerzo As = Area de acero de refuerzo Fsp = Esfuerzo en el acero presforzado cuando alcanza su resistencia Fy = Esfuerzo de fluencia del acero de refuerzo ordinario 13 gt .u' anippac REFUERZO, PRESFUERZO PARCIAL Y PRESFUERZO TOTAL 7 ,7 » , ‘ ~ . , ‘ y MR A (C: B. ..... , . A B C Edificacién en sitio Edificacién Prefabricada Puentes. Losas o Trabes © ® 1, (A) " ./ , r' ’ DeflexiOn Ip 2) (0.9 — 1) Ip 2) 0.6 S lp < 0.9 Parcialmente presforzada Ip => lp < 0.6 Reforzada 0 sin presfuerzo 0.9 S lp S 1 Totalmente presforzada ETAPAS DE UN ELEMENTO PRESFORZADO l P (carga) P., _______________________ PF _______________ I _P_A_ _-_ :__:______:_____ Po ....... : Catga V-vn PCM In" _ -4- _. pFl P” ’, . E51395 550M; F“? ‘ 0W D ‘arga P:| (Targn rial fume P=F' ('Iarga delpex‘o promo 14 montaje Flechas: 8 pp = Deflexién debida al peso propio. X: 5(deflexibn) V 5 f = Deflexién debida al firme. 5 cm= Deflexién debida a la carga muerta. 8 cv =Deflexién debida a la carga viva. . n—‘SP—éu _nn En 4. Condiciones finales ; E Sacar del molde En transporte (3:1:921 de BesmmpIéSIén P3 PPM (,Iargamuedaadlcuonal a 3' E: :2::::'L';‘::":mmo : . 1. 2. Minna : : : : E ' PJ Para prefabricados se debe analizar: F an“ DISENO EQUILIBRIO DE FUERZAS FUERZAS EN UN CUERPO Externas Internas Entre dos cuerpos se genera una fuerza en el punto en que se tocan. {' EXTERIORES F INTERIORES Equilibrio = exteriores + interiores =0 APOYOS Simplemente apoyado: T Empotrado: f T Cantiliver: —» K WWI T f 15 55 .u' - anippac PERDIDAS DE PRESFUERZO La magnitud de la fuerza de presfuerzo en un elemento no es constante, sino que esta va perdiendo fuerza durante su vida Util. A este fendmeno se Ie conoce con el nombre de pérdida de presfuerzo. Exrsten dos tipos de pérdidas de presfuerzo, aquellas que se presentan mstanténeamente aI aplucar el presfuerzo, y aquellas que dependen del tiempo para que se presenten. También exusten pérdidas que dependen de las cargas aplicadas a dichos elementos. Las pérdidas de presfuerzo que son inmediatas, se presentan por las siguientes razones: *Deslizamiento del anclaje, ya que al momento en que la fuerza pretensora se transfiere de Ios gatos a los anclajes, las cufias de friccién que se emplean para sostener Ios cables de presfuerzo, se deslizan una distancia pequefia antes de sujetar firmemente al cable, provocando que este se afloje perdiendo consecuentemente algo de presfuerzo. *Por acortamiento eléstico del concreto, ya que al transferirse la fuerza de presfuerzo al concreto, se provoca un acortamiento elastico en este, a medida de que este elemento se va comprimiendo. Dicho acortamiento provoca que los cables de presfuerzo también sufran un acortamiento ocurriendo portal motivo una perdida de presfuerzo. *Friccion. Solo en elementos postensados, debido a la curvatura intencional o accidental. PERDIDAS DE PRESFUERZO Por otro lado las pérdidas de presfuerzo que dependen del tiempo se deben a las siguientes razones. *Por contraccién del concrete al momento de que este se seca. lo que provoca una reduccion en la deformacion del presfuerzo traduciéndose en pérdidas. *Por relajamiento del acero esta es una propiedad del acero que se presenta en el momento en que a la pieza se Ie aplican las cargas de servicio. Se puede decir que el relajamiento es la perdida de esfuerzo de un material que se mantiene esforzado a una longitud constante. La magnitud del relajamiento varia dependiendo del tipo y del grado de acero, aunque las causas principales son eltiempo y la intensidad del esfuerzo inicial. *Se presentan también por escurrimiento o flujo plastico del concreto, el cual es la propiedad de que el material se deforma continuamente bajo un estado de esfuerzo 0 de carga. Primeramente Ia deformacién es eléstica hasta que alcanza un valor constante, y este fenomeno se traduce en perdidas de preesfuerzo a lo largo del tiempo. 16 METODOS PARA ESTIMACION DE PERDIDAS METODOS DE ESTIMACION A) GLOBAL: Se aplica en caso de no tener informacién para evaluar las pérdidas de presfuerzo. En elementos pretensados se pueden suponer que la suma de las pérdidas varian entre20 y 25 % de la fuerza aplicada por el gato. En postensados la suma de pérdidas, incluyendo las de friccion se puede suponer de un 25 al 30% de la fuerza aplicada por el gato. B) ESTIMACION INDIVIDUAL: C) ESTIMACION POR EL METODO DE INTERVALOS Se suma la contribucién de cada una de ellas para obtener la pérdida total. Se efectdan estableciendo como minimo cuatro intervalos de tiempo, que toman en cuenta la edad del concreto en la cual ocurre la pérdida. CRITERIOS PARA SELECCIONAR EL METooo DE EVALUACION DE PERDIDAS PRETENSADO POSTENSADO Estimacién Preliminar Estimacién Definitive Estimacién Preliminar Estimacién Definiliva A B A C ESFUERZOS EN ELEMENTOS PRESFORZADOS Siempre que el concreto y el acero de un elemento estén trabajado dentro del rango eléstico, se pueden calcular los esfuerzos tanto de la fibra inferior como de la superior del elemento provocados por la fuerza presforzante inicial mediante la superposicién de los efectos axiales y de flexion, por lo que: \ I e P, if) 5‘ if Y2 .‘\.Y1Pl [12- [2, pm A I YI ( - ) Compresién ( + ) Tension /'2=-P’+P‘Y_ f 1 = Esfuerzos en la fibra inferior f 2 = Esfuerzos en la fibra superior Pi = Fuerza presforzante A = Area de la seccion simple e i 6 l = Excentricidad del presfuerzo medida desde el centroide de la seccién simple II Distancia medida del centroide de la secciOn simple a la fibra inferior. II Distancia medida del centroide de la secoién simple a la fibra superior = Momento de inercia de la seccion del elemento de la seccion simple 17 s» .u’ - anippac ESFUERZOS EN ELEMENTOS PRESFORZADOS En el momento en que se transflere la fuerza presforzante aI elemento. se presenta una contaflecha en éste, lo que provoca que el elemento en vez de tener toda la superficie inferior de este como apoyo, solo Ie queden algunos puntos de apoyo en Ios extremos, por lo que el peso propio de la pieza provoca esfuerzos inmediatamente después de la aplicacién de la fuerza presforzante y estos se calculan de la siguiente manera: Esfuerzos debidos al presfuerzo Wo ‘4 . ‘, ‘ '7 y —' e18 “9””0 v — - t i . h Ie ‘ “'2 TY2 x s < -P- Y1 \ '7. x \‘6 P? 7’ . ‘/i=-Z-’;6Y|+A:0Y| P Fe Y' M0 I“ ‘l2--A+ I 5 = Contraflecha al actuarel presfuerzo Mo = Momento flexionante debido al peso propio del elemento. Wo _ — = W01"2 . Peso propio [Kg/ml] 8 (1) (2) Esfuerzo debido al prosfuerzo Eafuerzo debido al peso prom P = Fuerza efectiva del presfuerzo después de que han ocurrido las perdidas instanténeas de presfuerzo. ESFUERZOS EN ELEMENTOS PRESFORZADOS El siguiente estado de esfuerzos que se debe analizar es el momento en que se le aplica el firme a la seccién. Sin embargo, al encontrarse este en estado fresco, es una carga que en este momento debe ser absorbida solamente por la seccion simple del elemento, por lo que se presentan Ios siguientes esfuerzos. Pe YI+ (MM/W)“ f!‘= _ l)— 1 I A (MrH-Mf) P-e . ' - P+ Y2 Yz‘1 2 = I I A Mf = Momento flexionante debido al peso del firme. Una vez que el firme ha adquirido su resistencia necesaria, se aplican las cargas muertas y vivas adicionales. La seccién se debe de revisar para ver que esfuerzos se presentan, ya incluyendo la seccién compuesta. ' fl= _ P A - Pc YI + (M0 + MD Y1 + (Mc'm {Mg'vmt‘ lc I I ‘ ) L . P PC, (M0 + W) Y2 - ( M'(m +M JYZ' + I.“ YZ./ 2 = - A .f .2,“ 18 I I =(Mcn1+ Iz- M(-v)ry2‘ ‘ Mcm = Momento flexionante causado por las cargas muerta Mcv = Momento flexionante causado por las cargas vivas " " El subindice c en algunas Ietras signiflca que es de la seccion compuesta. ' ‘ . _ = F2‘ Fibra superior, Incluyendo el flrme de la pieza Y2" = Distancia a la fibra superior. ya incluyendo el firme de la seccién ETAPAS DE UN ELEMENTO PREFABRICADO nb. / l h“ li h“ l l \ k ., . . (x , | I . A . ' ' ; 1 .‘ 5‘ A5" ~ \ er \ \ | Y, | ‘K I Y“ l \ \Tc \ Yl‘c Yr: \ \ Sunplo Curnpmston E|C nculro seccmn conmuesla Ele neulm secmuu Simple I ,SOCC'O" yz- Y\ Tensu’m PARAMETROS GEOMETRICOS 580cm Curnpuesla fp = Esfuerzo debido al presfuerzo axial. Etapa ‘ , SGCCIOn Srmple fpe= Esfuerzo debido al presfuerzo excéntrico, Area A” fpp= Esfuerzo debido al peso propio en seccién simple. ff: Esfuerzo debido al peso del firme. See = Compuesta A“ lss Concrete ‘ F' or Y1 o Y2 lsc Seccién fmc= Esfuerzo debido al peso de la carga muerta. ' fcv = Es f uerzo debl'd o a | peso d e | a carga vw a_ Propiedades Iss 350 = L F'c Y1"c . Y2“c 6 Y2‘ Secclén Simple Secclén Compuesta ESFUERZOS PERMISIBLES Existen ciertas restricciones en cuanto a los esfuerzos méximos a que pueden ser sujetados tanto el concreto como el acero de los elementos pretensados y estos son los siguientes: - Los esfuerzos permisibles en el concreto inmediatamente después de la transferencia del preesfuerzo, y antes de las perdidas de preesfuerzo dependiente del tiempo deben ser menores a: *Esfuerzo a la fibra extrema a compresién 0.6 f'ci *Esfuerzo en la fibra extrema a tensién 0.8 —./ ’ci *Esfuerzo en la fibra extrema de tensién. en los extremos del elemento simplemente apoyado 1.6 . fi’ci - f ci = En Kg/cm2, es la resistencia a compresién del concreto a la edad en que ocurre la transferencia. Esto ocurre en el concreto pretensado en el momento de que se cortan los cables 0 se disipa la presién del gato. - Cuando el esfuerzo a tensién excede a este valor, se requiere de acero de refuerzo en esta area de la seccién para que resista la fuerza total de tensién. 19 .‘v anippac ESFUERZOS PERMISIBLES Los esfuerzos maximos cuando se aplican las cargas muertas y vivas de servicio son: — Esfuerzo a la fibra extrema a compresién 0.45 f'c — Esfuerzo en la fibra extrema a tensién 0.6-]? c - Estos valores pueden excederse con tal que se justlfique que el comportamiento estructural del elemento seré eI correcto. y siempre y cuando el valor a tensién no sea mayor a 3.2 .. f'c En el oaso de que el valor a tensién sea mayor a este, se puede colocar acero de refuerzo en la fibra a tensrdm, de tal forma que se consrdera un elemento parcualmente presforzado SI su indice de presfuerzo asl lo Indlca. f'c = Kg/cm2 En lo que se refiere a los esfuerzos permisibles en el acero de presfuerzo, se entiende lo siguiente: — Debidos a la fuerza aplicada por el gato 0.8FSR (15, 200 Kg/cmz) — lnmediatamente después de la transferencia 0.7FSR (13,300 Kg/cm’) FSR= Es el esfuerzo resistente del acero de presfuerzo,en Kg/cm’(19,000 Kg/cmz) FLEXION Se puede calcular de una forma aproximada el acero de presfuerzo a la falla con la siguiente expresion, suempre que el esfuerzo efectivo en este no sea menor a 0.5 FSR. Para elementos con cables adheridos. fsp = fsr(1- 0.5 pPf”) NC fsp = Esfuerzo en el refuerzo presforzado a la resistencia nominal. fsr= Resistencia especificada en el acero de presfuerzo (19,000 Kg/cmZ) Pp = Porcentaje de acero f”c = Resistencia del concreto = 0.85 f‘c; f‘c= 0.8 f'c. El porcentaje de acero esta dado por: p” = :5 Ap = Area de presfuerzo en el area de tensién del elemento b = Ancho de la cara compresion d = Peralte efectivo de la seccién 20 FLEXION Partiendo de la base de que la compresion debe ser igual a la fuerza detergsién de Ios elementos, la profundidad del bloque de esfuerzos a compresién, se puede calcular de la srgurente manera: C=T f”c(ab) = Apt/JV?) Eje neutro en AP (/S'P) a = _/"'c<b) Ialalla '7‘ ‘- A“. Finalmente el momento resistente de la seccién esta dado por la siguiente expresién: Mn = Aps *_/.§p(a' - 3) Mr = FrMn ( ) * Esta expresion esta afectada por un factor de reduceién que en este caso para elementos a flexion, su valor es de 0.9, de tal forma que la expreSIén queda de la siguiente manera: *Mr = 0.9Mn RESISTENCIAAL CORTANTE En elementos presforzados donde Ios cables estan adheridos, Ia resistencia al cortante del concreto esta dado por la siguiente expresién: Vcr = fl(b)(d)[ 0.15,, f *c +50 V53”) ] Fr b d f*c dp M V = Factor de resistencia, el cual para el cortante es igual a 0.8 = Al ancho del alma = Peralte efectivo de la seccién = 0.8 f’c = a la distancia de la fibra extrema a compresién al centroide de los cables de preesfuerzo = Momento flexionante = Fuerza cortante Sin embargo el valor mlnimo de Y no debe ser mayor a '* Vcr = 0.5Fr d b “ j C Vcr = 1.3Fr b d [f* c 21 g» In anippac RESISTENCIA AL CORTANTE Ia En secciones con preesfuerzo parcial se aplican las siguientes ecuaciones para obtener case: capacidad del concreto al cortante segL'Jn el p < 0.01 Vcr = Fr(b)(d)[ 0.2 + 20p 15/ *c [220.01 Vcr = 0.5Fr(h)(d) ,d f*c E| refuerzo por tension diagonal en vigas presforzadas estara formada por por malla estribos perpendiculares al eje de la pieza, de grado no mayor a 4200 Kg/cm2, o Kg/cm2. 4200 a mayor ser no debe electrosoldada cuyo valor de fluencia ecuacién: La separacién de los estribos cuando Vu es mayor a Vcr, esta dada por la siguiente Fr(Av)(fj/)(d)(sen(1+ cos (1) S Fr(Av)(fi/) S= Vu Av (I Vcr 3.5b = Area transversal del refuerzo por tensién comprendido en una distancia S. = Es eI angulo que forma el refuerzo transversal con el eje de la pieza. RESISTENCIA AL CORTANTE existen las siguientes Para Ia separacién de Ios estribos en elementos totalmente presforzados Iimitaciones: *Esta no debe ser menor a 5 cm *Si Vu es mayor que Vcr pero menor o igual que : 1.5Fr(b)(d) 5’f*c ------- (b) *La separacién no debe ser mayor que 0.75 h h = peralte total de la pieza *Si Vu es mayor Ia expresién (b) 0.37h *La separacién de Ios estribos no debera ser mayor que *Vu nunca debe ser mayor a: 2.5Fr (b)(d) f* c 22 RESISTENCIA AL CORTANTE En el caso de que la seccién sea parcialmente presforzada, la separacién de los estribos se calcula con la misma ecuacion, y las limitaciones seran las siguientes: *La separacién no debe ser menor de 5 cm *Si Vu es mayor que Vcr, pero menor o igual a : l.5Fr(b)(d).‘f*c ----- (6) *La separacién méxima de los estribos no debe ser mayor que 0.5 d *Si Vu es mayor que la expresion (o), la separacién méxima de Ios estribos es de 0.25d En ningL’Jn caso se permite que Vu sea mayor que: 2.0Fr(b)(d) . 'v 23 g» In anippac PROPIEDADES GEOMETRICAS DE LA SECCION TRABES TIPO AASHTO 1.. TIPO I II III IV V PeraIte 71 91 115 135 160 A (cm’) 1.743 2,325 3,629 4.974 6,463 1 (cm4) 926,273 2,056,660 5,257,638 10,261,070 21,565,200 81.3 32.00 40.07 51.2 61.5 y2 (cm) 3900 51.00 63.8 73.5 73.84 W0 (Kg/m) 418 1.194 1.551 Y1 (cm) 871 558 TRABES TIPO NEBRASKA TIPO NU 1100 NU 900 1 ' 1 Y1 NU 1350 NU 1600 NU 1800 NU 2000 180 200 90 110 135 A(cm 2 ) 4.168.32 4,467.40 4,841.06 5,214.74 5,513.81 5,812.88 4,589,490.94 7,587.024.8 12,584,09118 19.083.461.65 25.445.392.49 32.906.923.52 40.89 49.78 60.96 72.14 81.26 90.68 49.11 60.22 74.04 87.87 98.72 109.32 1.251 1.323 1.395 y2 (cm) W0 (Kg/m) 1,161 1,072 1.000 . 1 pawn: W (cm) 0 . 1 ,1 160 I (cm4) \ 1 V2 1 \ 122.5 Y2 . C .‘ .. 1 ‘ Y1 15, 97.5 ,1" ' TRABES TIPO CAJON 1 PERALTE A=cm’ I =cm4 y1=cm y2-cm W0 Kg/m 24 170 85 115 135 150 5.1427 5.7377 6.0955 6.367 6.734 4,905,294 10,541,098 15,669,164 20,306,424 27,602,737 100.3 . _ ’ 200 C ‘1 i 51.6 69.2 80.6 89.1 33.4 45.8 54.4 60.9 69.7 1.234 1,377 1.463 1,528 1.616 , *-. ‘ Q “1.?” ; 1"} w y2 {1 1‘ 39.!l:= y1 u‘ 4 1 MATERIALES O CONCRETO, TIPOS. O VALORES DE DISENO Y MODULO DE ELASTICIDAD o TORON. E, Fpu. 2d a PA RTE . ACERO DE REFUERZO O ACERO ESTRUCTURAL O MALLA ELECTROSOLDADA CONCRETO 0 Simple Resistencia a la compresién, pero débil a la tensién O Reforzado Para resistir tensiones se emplea acero de refuerzo, el acero restringe el desarrollo de grietas originadas por la poca resistencia a la tensién. También el refuerzo aumenta Ia resistencia del elemento, para reducir Ias deformaciones debidas a las cargas de larga duracién y para proporcionar confinamiento. 0 Presforzado Es la modalidad del concreto reforzado, en la que se crea un estado de esfuerzos a compresién ante Ia aplicacién de las cargas. De este modo, los esfuerzos de tensién y producidos por las acciones quedan contrarrestados é reducidos. El concreto que se usa para presforzar se caracteriza por tener mayor resistencia con respecto al utilizado en Ias construcciones ordinarias. Los valores comunes se encuentran de f'c=350 Kg/cmz a f'c=500 Kg/cmz . Se requiere de tales resistencias para poder hacer Ia transferencia del presfuerzo cuando haya alcanzado un f'ci = 280 Kg/cm2 . L 25 55 In, - anippac VALORES PARA DISENO DE ACUERDO A LAS NTCRESISTENCIA Fe Kglcm’ CONCRETO E=11.000 7}"; E= 14,000 was f‘c F c 0.8 N: 0-85 N: agmgado grueso do CaIIza Para concrotos con Para concntos con Kglcm’ Kg/cmz Kglcm' Kg/cm’ CLASE agrogado grueso Basaltico 300 I 240 204 242,487 190,525 350 I 280 238 261,916 205,791 400 I 320 272 280,000 220,000 450 I 360 306 296,984 233,345 500 I 400 340 313,049 245,967 resistencia especificada. f'c I Resistencia del concreto para diseno con una probabilidad del 2% de que no cumpla con la = elasticidad. de Module E = VALORES MEDIDOS DE MODULO DE ELASTICIDAD. E Kflf'c Regién KgfIEm’ Ag::g::° K E ( Kglcm') Digs/:11? Puerto Penasco 264 Calizo 13,760 223,961 2,500 Hermosillo 276 Calizo 16.930 281,457 2.6!!) San Luis Potosl 337 Calizo 19,513 358,077 2,700 Manzanillo 428 Calizo 13,060 270,316 2,500 Guadalajara (1) 372 Calizo 16,910 327,359 2.6!!) Guadalajara (2) 556 Basaltico 9,150 215,735 2,400 Veracruz (1) 277 Calizo 14,260 237,359 2,450 Veracruz (2) 305 Andesltico 9,370 163,684 2,350 Cancfln 30: Calizo 12.510 219,908 2200 Fuente: HoIcim- Apasco 26 CARACTERiSTICAS DEL CONCRETO O EFECTO DE LA RELACION AGUA—CEMENTO. La resistencia del cemento depende del Ia relacién agua / cemento; cemento, menor resistencia. A mayor relacién agua / o CONTRACCION POR SECADO Uno de Ios efectos del fraguado del concreto es la disminucién de volumen del mismo, esto es por la evaporacibn del agua excedente de la que se requiere para la hidratacién del cemento. Esta contraccién es proporcional a la cantidad de agua empleada en la mezcla, si se requieren contracciones mlnimas, la relacién agua-cemento debe ser mlnima. o RELACION DE POISSON La relacién entre deformacién transversal y la longitudinal y su valor varia de 0.15 a 0.20 O DEFORMACION POR FLUJO PLASTICO Debido a la presencia de esfuerzos permanentes, las partlculas que forman el concreto sufren un reacomodo que modifica las dimensiones de los elementos. Depende de la magnitud de las cargas permanentes; de las mezclas; de las condiciones de curado y de la edad en que el concreto empieza a ser cargado. CARACTERiSTICAS DEL CONCRETO 5 A S max ________________________ S, (0.40% 5) ........... ' : 5 81 (0.000050) . 5 0.000050 32 - s1 E= — e2 - 0.000050 5 i e2 (0.405) 27 5» In’ anippac CURVA ESFUERZO DEFORMACION DE TORON (diferentes diémetros) Curva lipica compamlva do alamamlento 23 000 ,a I z/ ,7 24.000 32”= 0 C :9 '2 2 16.000 fl 12.000 .9 0 C 2 .2 3 ’— z ’,... // E = 2,000,000 Kg/cm2 Fsr b Fpu= 19,000 Kg/cm2 /// / 5 ._ NORMAL ----- BAJO RELAJAMIENTO , , 11'2“ ./ 20.000 0.6" EI esfuerzo de fluencia se calcula con unitaria del 1%. Para el deformacién la = 17,000 a 17,500 Kg/cm2 1/2" den torén y de baja relacién normal acero para respectivamente A(torén de V1): 0987 cm2 // El esfuerzo maximo al que se tensan es igual a 0.8 fsrpara torOn de‘/z" = 15,200 Kg / cm2 8.000 C 4.000 0 0.2 0.4 0.6 08 1.0 12 Se utilizan principalmente aceros de Baja relacién b LO-LAX. 1.4 1,6 Povcentale de alargamlento ACERO DE REFUERZO para tomar los Es comL'm el uso de acero de refuerzo en elementos de concreto presforzado tension durante la de esfuerzos esfuerzos cortantes y de torsién, los esfuerzos por temperature, los transferencia, los esfuerzos durante el transporte y dar confinamiento. ACERO DE REFUERZO fy = 4,200 kg/ cm2 Wilt“ 2 (alambrdn) 3 4 5 0 8 10 12 28 DIAMETRO NOMINAL mm pulg 6.35 0.5 12.7 150 19.1 25.4 31.8 38.1 1/4" %" 1/2 28" 3/4" 1" 1%" 1 /2 AREA NOMINAL EN cm2 PESO EN Kg/m 0,32 0.71 1.27 1 09 2.87 5.07 7.04 11.40 0 25 0.50 1 00 1 50 2 26 4.00 6.23 8.94 O ACERO ESTRUCTURAL Se emplea el Acero A-36 para accesorios meta’licos que sirvan para diafragmas metalicos, conexiones en edificaciones fc = 2,530 Kg / cm2 I MALLA ELECTROSOLDADA Por su fécil colocacién se usa principalmente como armado en aletas (Iosas) de trabes cajén, trabes T,TT y TTV Fy = 5.000 Kg / cmz 29 30 EJERCICIOS DE DISENO 3ra PARTE . EJEMPLO1 1.1 PRESFUERZO AXIAL 1.2 PRESFUERZO LIMITE NUCLEO CENTRAL 1.3 PRESFUERZOA7.5 cm FIBRA INFERIOR . EJEMPLO 2. DISENO DE VIGA DE CONCRETO TOMANDO EN CUENTA LAS PERDIDAS O EJEMPLO 3. DISENO DE TRABE DE CAJON PARA PUENTE 9 Ejemplo 1 ESTADO DE ESFUERZOS AL CENTRO DEL CLARO iii) Esfuerzos debido al presfuerzo axial. CASO 1) .- PRESFUERZO AXIAL P 90.000 Kg 6. _ _ ‘‘ A ...................... = 100 kg /(-m 2 900 pm iv) Esfuerzos debido a W _ L=6.0 mts. I= I IZ l1h§= 11° \‘ISXNI‘ = 270,000 (-01 “ I = 270 .000 S = (' 30 = 9,000 ('In ‘ O S = bh2 =15xoo2 6 6 = 9,000 ('m ‘ ii) Elementos Mecénlcosn L/2 WL. = 2X62 M = =9l0n.m x x =900.000Kgcm fC ( I S 3 . Car93 (2:30 EN ' . C 60 .. 15 cm . O + 0 = A: 200Kg/cm. 2 ‘ j . ' C G). = 0 Kg/cm. Presf. Axial + LC 6, =100 Kg/crn.2 K, Presfuerzo ’ Excéntrlco t 6 :100 Kg/cm. 2 W 1 + ‘ . Tolal. PTeSf; ~100Kglcm.‘2 ‘ c=30 . W Axial , . § 9,000 Presfuerzo i) Propiedades geométricas Area= bh = 15 x 60 = 900 cm2 = 1 Mt = 1 M = )00‘000 = :tIOOkg/cm‘ fl = [.8 = - P ;t I _ ft Excénlrico + (5‘. =100Kg/cm2. 0 = 1 C (SC: 100 Kg/cmz. Solo actfla la fuerza presforzante ya que el Momento en el extreme as 0 31 .3» In anippac CASO 2) .- VIGA CON PRESFUERZO EN EL LIMITE DEL NUCLEO CENTRAL W=2 t/ml. ~' P=4i‘ton -, , A ‘ A p x A L=6 m / L XL/ > ‘ P=45 ton e=10 / |h/6 + ,1 ( + ) Tensién 60 (- ) Compresién J 5, x, Estado de Esfuerzos en L12 fi = —_ fS P A |, = - 50 Kglcm 2 Fibra Inferior F7, , CASO 3) .- 9070000 + 9.000 9.000 + t‘ C \ + [I] t 7, = ,C ’ " - 50 Kglcm 2 - 100 Kglcm 2 - 100 Kglcm 2 Z ‘ + = - 50 Kglcm 2 4; c)». fl r - \_ 50 Kglcm Ecuacion de la escuadrla fi = Esfuerzo en la fibra inferior fs = Esfuerzo en la fibra superior Cargas + 45,000 x 10 + 2) S Externas Excéntnco 9 900 Fibre Super S C 45,000 + Pram: ”it?” lal M _ Fe i g, [if ‘ 100 Kglcm 2 PRESFUERZO UBICADO A 5 cm. DE LA FIBRA INFERIOR W=2 t/ml ton 6% ‘ }' P=22.5 ‘ 05:25 cm P=22.5to>rj x; ,1“ L=6m 4/} [e=o.25 », . ? . (/9 15 ~°°MPRES'°N +TENSION A Esfuerzos al centro del claro fi=fs=-PiPe¥M S S A 22,500x25 22,500 900 $ 9,000 900,000 9,000 = -25 7n :I: 62.5 n $100kg/cm2 \ cm c V + 37.5 Kg/cm2 t } _ Jo - 87.5 Kg/cn? 32 + + W - 100 Kg/cm2 ‘c tJ 100 Kg/cm2 - 62.5 Kg/crfi = \c ,/ M ‘ doMPRESION 12.5 Kg/cm2 » Wt» TENSION Ejemplo 2 DISENO DE VIGAS DE CONCRETO PRESFORZADO CONSIDERANDO PERDIDAS DE Momento debido a la sobre carga Util PRESFUERZO F'c= 350 Kg/ cm= {Vic’s “ = 1 ‘ 000 x lo: = 12,500Kgm/ =1.250.000Kg('m M = W12 1“" Tanteo = 4 torones de G V: 8 Tensién T = 14.000 Kg ‘7 torén 1 ”-5 Q. 1;) 1;; (g: {p ‘1 ' 17.5 dd 3 l Perdidas de Presfuerzo. Fuerza inicial =4 torones x 14,000 = 56,000 Kg 10 % Pérdidas iniciales = 5.600 Kg 10 % Perdidas a largo plazo = 5.600 Kg L _ 10 mts Sobre carga =1'000 Kg/ ml . 20 ' ' ' Pé’d'das{1o% 22%;: 31:39:59,320 y 10% . Solucnén. 1 2 f Progiedades geométricas. =+ P A t Fe S Area = 20 x 50 = 100 cm2 5 J(00 5 ‘ 600 x 17 ' 5 = 17.36Kg/U'12 ffibra inferior =1.000 + 8,333.3 Elementos mecénicos. ffibra supernor = 2 2 =81“ 3cm‘1 S = bl‘6 =20"50 6 W0 5.600 - 5.600x 17.5 —_ - 6.16Kg/cm’_ _ 1,000 8.3333 = 0.2mx0.5mx2.400 KI}, =240Kg/ml 1 2 III’ N Mpp = (0;; =24();10 =3.000Kg.m=300,000 Kg.cm Vi ' I r I O Esfuerzos Permisibles en Transferencia I Fibra Inferior Comgresién F . ° = 35° Wm 2 I Fibra Superior Tensién (51 =0.8x/?ci = 0.8 \. 280 = 13.39 Kg/cm2 F ci = 0.8 f c = 280 Kg/cm2 (Sc = 0.6 f ci = 0.6x 280 = 168 Kg /cm2 0 Esfuerzos Permisibles en Servicio Fibra inferior (Compresién) (Sc = 0.45f’c = 0.45 x 350 = 157.5 Kg lcm’ Fibra Superior (Tensién) (St = 0.6 .fic = 0.6 .fiso = 11.22 Kg /cm’ 33 g,» I.) CONCRETO PRESFORZADO Esfuerzos en el claro central Fibra Inferior Concepto P _- 56,000 A - 56 Esfucrzos dcbidos Fibra Superior - . 56 Presfucrzo Amal 1,000 - 118 +118 + 36 - 36 P :50 P roploV + 17.4 - 6.2 Pérdidas instanténeas - 121 19.8 figgfiu +150 '150 + 17.4 - 642 E_ 56,000x175 P res f uegzo excéntnco —_—8333.00 S Mpp —_ 300,000 —S 8,333 Perdidas d: presfuerzo (10%) Transferencia (suma)= M 1250 000 —C—S = -—’—’— S Sobre Carga 8,333 Perdidas dc presfuerzo (10%) + 46 No pass: por lmnte-s - Pérdidas a la largo plazo Finales 136,4 CONCRETO PRESFORZADO 2 da ., lteracnon con 5 0 ‘/2” Por tamo T= 5 x 14,000 = 70,000Kg Concepto :_' 70,000 A 1,000 P_e_ ’ 70 ,000 X175 s ‘_ 300,000 8,333 erdtdas dc presfuerzo ° 70 ,000 x1735 700 -— 715 -—-— 8333 ,3 00/” 1,000 Transferancia Mcs = 1.250 ,000 S -70 -70 . 147 + 147 + 36 - 36 + 21 .7 - 160 34 ‘requiere acero +150 '150 + 21 -7 ll — 123 8,333 Perdxdas do presfuerzo (10%) 1'31 Ina-:0 34 Fihra Superior 8,333 .00 5 pp Fibra Inferior CONCRETO PRESFORZADO ~ . EJEMPLO DE DISENO. E'em J P lo 3 'Trabe caién 2299/1355 L=24'0m Com-0,6,, de AMOS; - Trabe Simp/emente Apoyada (Puente) Firme de Compresrbn . g ' :5 L=24 ms Cargas: -Carga Muerta= 254kg/m2X2= 508kg/m . MATERIALES: - Trabe Prefabricada =f'c=350kg/cm2 -Firme de Compres/én=f’c=250kg/:::m2 -Acero de Presfuerzo=Fpu=19,000kg/cm2 - Torones de %" fl ICarga Viva: 1227kg/m2X2= 2454kg/m CONCRETO PRESFORZADO 200 SECCIONES MACIZAS H—A PROPIEDADES GEOMETRICAS «*r co ‘9‘ 38.3 ~ . 1. I 200 4+ 33+ < + .4“ FT—4- .735. .f’jv 124 Y2 105 ‘I Y1 o h as Y1=77.93 v15v 81 .. Centriode de la Seccio'n . ‘ 88 . ‘ :3 70 "Q . . ‘x i ‘ SECCIONES HUECAS 68 ‘ 116 | . 135 101 4—“4k . l——————: L’\\ ’ ,/// \ ’ 40 ' ‘ 7O 35 s" In I anippac CONCRETO PRESFORZADO CALCULO DEL CENTROIDE DE LA SECCION Z Ai Ai SECCION Yi AiYi li No.1 1720 1720 130.7 224804 10600.93 .g No.2 550.8 2270.8 124.57 68613.16 520.87 (LI? No.3 805 3075.8 119.59 96269.95 3280.4 No.4 10846 13921.8 60.58 657050.68 120895244 No.1 -780 13141.8 119.77 -93420.6 6464.4 é): No.2 -6715 6426.8 74.11 497648.65 40254987 I No.3 -825 5601.8 23.18 -19123.5 15085.2 2 (D 2 5,601.8 cm2 Y : 2 436,545.04 cm3 EALY,, ___ 436,545,104 : 77,93cm ZAi 5,601.80 CONCRETO PRESFORZADO CALCULO DE MOMENTO DE INERCIA I: [C + A as: d 2 87+550. 8*46. _=(10,693 .3+1, 720*52. 77 2)'*'(520. (12,089,524. 4+10, )+2 642 (4,025 498 7+6 715*3 822 )35 2)— (6464.41’780*41.842 )- 200 846*217. (15,082.2+825*54.75 2) " I = . 14,770 ,243 .3cm Y2=57.07 4 Simple: a) Propiedades Geométricas de la Seccién A = 5,601 .80cmz I =14'770,243.306m4 Y1= 77.93cm. Y2 = 57.07cm 36 2)“'(3, 280. 4+805 *41 .266 '+ Y1=77.93 CONCRETO PRESFORZADO b) Propicdadcs Geométricas dc la Scccién Compucsta: 2 — ‘ _ 250 kg / Cm F Cv/irmu F'Cscccitin ' _ 1” _ 350 kg /Cm 2 1 F'Cfirm‘, = [1250 firmc V , l [mm \‘J‘ 350 V F'CSCC L'in'n = (169*15‘) = 47,531.25c'm4 12 A, * Y, = 2,535.46 *142.5 = 361,303.05cm3 N = 0.845 1. 15W = 200 *0.845 = 169cm AW“, = 169* 15 = 2,535.46cm2 Y =135+7.5 =142.5cm b=200 A" *Y.' =5,601.80*77.93= .4 nb=169 , J r J Y2'=51.95 1 + 436,548.27cm3 797,851.326m 3 A, = 2,535.46cm2 A, = 516,0 158011113 A, = 8,137.26cm2 )1 .32cm3 = 77* = 797,851 98.05am , 8,137.26cm‘ CONCRETO PRESFORZADO 1(,=ZI+A*d2 1‘, = (47,531.25 +2,535.46*44.452) + (14'770,243.3+ 5,601.80*20.122) 1, = 22'095,032.06cm“ Y2' ntrpgie _ A, = 8,137.26cm2 1, = 22'095,032.06cm“ Y1'= 98.05cm Y2'= 36.950m Y2* = 51.95cm 37 L‘! IJ I anippac CONCRETO PRESFORZADO DATOS: Propiedades Geométricas: Materiales: - Trabe Prefabricada =f’c=350kg/cm2 A = 5,601.80cm2 1 =14'770,243.30cm4 Y1 = 77.93cm. Y2 = 57.07cm -Firme de Compresicjn=f’c=250kg/cm2 -Acero de Presfuerzo=Fpu=19,000kg/cm2 - Torones de 72” fl Cargas Propiedades de la Seccién Compuesta: A = 8,137.26cm2 1‘, = 22'095,032.06cm4 Y1'= 98.05cm Y2' = 36.95cm wa = 0.56018m2 >Q400kg/m3 =1344kg/ml Wm, = 360kg/m2 )Qm = 720kg/ ml w"' = 254kg/m2 >Qm = 508kg/ml Y 2* = 51.95cm w‘, = 1227kg/m2 >Qm = 2454kg/ml CONCRETO PRESFORZADO Pérdidas: ‘ 4. .p g. * q, .;. Rev/saremos con 28 torones de Q Xe" = 7.3cm s =1,5’:5+1,3"10 28 " e = 77.93 - 7.3 = 70.63cm T =14,000kg x28 = 392,000kg 38 .:, 1 m cig‘ Por experiencia en Prefabricados las pérdidas rota/es son del 18 al 25% de las cuales e/ 40% aproximadamente son instanténeas. Para este caso consideraremos 20% de pérdidas totales Fuerza con pérdida total=392, 000x0. 20= 78,400kg Pérdidas Instantaneas= 78, 400x0. 4:31, 360kg CONCRETO PRESFORZADO REVISION POR TRANSFERENC/A ESVUBT‘IOS debldos al presluerzo 3x13! ‘64 38 Estuorzos debIdos al prestueuu oxcénlnco ‘98 84 + Eshmrzos dehldos a1 F’ p ‘37 39 v ['1 ' c 11 Y1T7793 3134 39 M5105 447 72 | Presruerzo=392,000-31.360 kg ' =360.640 kg I Se revisa con la fuerza de tensién después de Ias perd/das instantaneas 2 l 1.. 1. 2 1 M = 0716:1344 ’94, = 9,676,800kg xcm 360,6410/(5 360,640 x770.63 >(77.973 14,770,243? + '9,676,800 x7793 6,: - 64.38 - 134.39 + 51.05 = - 147.72 kg/cm2 .s'imple .s'imple Esfuerzos para la Fibra Superior Esfuerzos para la Fibra Inferior '__ _ 5,601.80m2 _ 01.112 = - :1: [31:19:15]; MLvlo’yz) 14,770,2433 6 = _ 360,640 + 360,640 X7063 >67.07 _ 936763006707 5,6(fi 147702433 62 = - 64.38 +98.84 - 37.39 = - 2.93kg/cm2 14,770,233 CONCRETO PRESFORZADO Esfuerzos Permisib/es en Transferencia ~Fibra Extrema a Compresién = 0.6 f’ci ~Fibra Extrema a Tens/o'n = 0.8 x/f'ci -Fibra Extrema a Tensio’n en los extremos de elementos simp/emente apoyados = 1.6fici Donde: f’ci = Resistencia de/ concreto en el momento de la transferencia (0.8f’c) = 0. 8x350 kg/cm 2=280 kg/cm2 0.6f'ci = 0.6 x280 = -168 kg /cm2(c0mpresién ) 0.84/1”c1 = 0.87280 = 13 .38 kg /cm 2(tensio’n ) Fibra mm,“ = L/2- 168 kg /cm2 > - 147 .72kg /cm2 < +13.318kg/cm2 Fibra SUM” = L /2- 168 kg /cm2 > -2.93kg /cm2 < +13.38kg /cm2 39 5!! «rm—u - CONCRETO PRESFORZADO Estados de Esfuerzos debidos a Ias Pérdidas 3 Largo Plaza P41 Y2 Esfuerzos debidos al presfuerzo axual 84 ‘ 1284 444 5707 4 w Esfuerzos debidos a! preafuerzo excéntnco + [ H) "Y‘l 77 93 I I Tperdldas = Pérdidas Toraies-~ Pérdidas : Instantaneas IFZa perdida = 78,400— 31,360 I A largo Plazo =47,040 kg I I I L ______________ P __ P6 (yl lyz ) _ = + ’ Ix ’ _ + ’ lv2 I A G Esfuerzos Fibra Superior Esfuerzos Fibra Inferior ' = 47940 570.63 X57 .07 _ +47049 _ 14‘707 ,243 .3 +5601.8 0'2 =+8.4- 12.84 = -4.44 x70. 63 >q7_ 93 +47 ,040 +4L70fl 2 14‘707, 243 .3 +5601.8 G, =+8.4+17.53=+25.93 Esfuerzos debidos ai Firme de compresio’n L - = wIL2 , . , 7 I' = _____ Y2=57.07 720 x242 -51 84X10-‘kg km - V" ' I 8 8 .2003 kgmmz .1 ' 1.-Se utiliza la Seccién simple para la revisiOn de esfuerzos 2» 2593 -1753 ‘84 | ————————————————— I W Y1 7793 _____ ‘ \7 ~___._. H _ — . ,' 1’ +27.35kg/cm’ Esfuerzos Fibra Inferior ol=+ M. xxI : +(51-84X105X77-95) = +27.35kg/cm2 14,770,243.30 Esfuerzos Fibra Superior 02 40 {"1322 I (51_-§4X105)(sz..oz) = - 20.03kg / cm2 14,770,243.30 m CONCRETO PRESFORZADO Esfuerzos debidos a la Carga MuerTa mm 2‘. W—— I 1V-Se utt/iza Ia Sew/On compuesta ' swim EfififiiRH r3 5025195 m7: l Came ‘ A A” P * _ _ M I I L——/ 8 8 : ' -------- "- ---------' K v1':98.05 MW l ' = “1m = 508(24): =36 ~ 5761mm é I MW =36.576X10-‘kg x cm I :2 " : “[61?" Kg/C'W 2_ I : » 3" CWT" = r, . 31')” [WW/("I“)- Uh ) I I 1161;3kq/cm‘ 5 + 7 , I, = (3Z:;:§;22§:05)= +16.23kg /cm‘(Fibra Inferior) 5 62, = -(362::)69::)22)(g6695)= - 6.12kg/cm2(Fibra Superior) 5 61*: €6.576X10)(§1'95)= - 8.6kg /cm2(Firme) ‘ 22,095,032.06 Esfuerzos deb/dos a la Carga Viva “7m ' 41 54 kg/cm? m; F. [—Ah% \k“ ‘~ / Y2‘=36 95 g'— 7”: WH . ' _Cg1!r9glei I Y2 ._“5’95 ,{J _ > ----------------- 1 I 1 -Se LIN/(28 la Secoldn compuesta I 2. I - : Y1'=98 05 \ v ' ‘ I WUXL' = 2.454(24) ml MN = =176.688kg 8 8 MU. =176.688X105k_v7>t'm I I I I 3__ Mfl,(vl,hl,':,(}y2.) l 6]”. ' = I I IL ———————————————— .l _. 78.1; kg/‘cm’ ' Gin/brim OSUperim‘ = +( 176.688X105) 98.05 7 7 ( 22,095,032.06 if): 78'41kg /Cm2 (176.688X105) 36.95 = - 7 ( 22,095,032.06 )= - 29'55kg / cmz (176.688X105) 51.95 )= -41.54kg/cm‘, 7 Cm", = - , ( 22,095,032.06 41 In CONCRETO PRESFORZADO Estado i116! Y2'=36.95 ‘ 10:2 135 [/03 de Esfuerzos Y2'=51v95 Cenlqolde Y1'=98.05 ~14? 72 +2593 4-27.33 +0.18 ESFUERZOS PERMIS/BLES EN SERVICIO 1. -En la fibra extrema a compresio’n—= 0.45 ic 2. -En la fibra extrema a tensio'n = 1. 6 Wc (ma'ximo 3 2 v f c) “Solo si se justifica estructura/mente el buen componamiento del elemenlo 1.- 0.45‘f'c = 0.45'350 = ~157.5kg/cm’ (compresién) 2.- 1.6 Jf‘c = 166/350 = +29.93kg/cm’ (tensidn) RESUMEN Fibra inferior = -157.5kg/cm’ > 0.18kg/cm" < 29.93kg/cm’ Fibra superior = -157.5kg/cm2 > -63.1kg/cm" < 29.93kg/cm’ Bien las fuerzas se encueniran dentro de Ios esfuerzos permisibles CONCRETO PRESFORZADO REVISION A LA RUPTURA Momento Ultimo actuante (para puentes segUn el cédigo AASHTO 93). Mu: 1”3|:CM3+ (C +0] {3 = 1 para elementos de concreto presforzado, preco/ado y producido en planta. M" =1.3[(96,768 + 51,840 + 36576) + 2 (176,688)] Mu = 623,563.2kg m Nota: Los factores de carga varian segdn ei Reg/amento en Funcio'n del destino Del eiemento prefabricado en cuestién ai tipo de Estructura y a su importancia. 42 CONCRETO PRESFORZADO (5.372 ’TSP a-b 2/51 = Asp 7w _ a_ JP .ffw =19,0001- 05.000098] b'./(‘ 971 pP _ Asp _ b .d - 19000 I4 . 8 M11' = (28179584) 142% 2 _/.‘vp = l7,958.4kg / cm2 M - ‘C 28 'l 200-1427 N = 68 . 033,602_6kg m MN = 680,336kg - m 0,5 p” -;/.§'r] 28479584 = 0 = 14.8cm < l5cm(delfirme) 200.170 e) refuerzo presforzado a la res/s!enc7a nomma/ 173173 . I70 a = profund/‘dad de/ bloque de compresmn {Sp = esfuerzo 150 MN =(ASp 2/501) -(d- ‘2’) AsP 1f? I /.'cp= i [.913— d MR = 0.9MN = 612,302 < M“ =0.00098l NO PASA -REQU/EREACERO DE REFUERZO pp = porcenIa/e de acero CONCRETO PRESFORZADO | ' 1“» ' . I, ‘. 1.1::J ‘ dp=142 7 f‘refilerzo = 4,200 kg /cm2 , , Asr = 2 x 1.27 cm‘=2.54 cm“ TM” = Asr x13 = 2.54cm2 x1200 =10,668kg T1/ = 280m2x17,958,4 = 502,835kg T = 513,503kg a= T b ’9“. 7 = 513,503 = 15.1cm » lScm 200 X170 “‘_“ c - dr=145 :73 Se propane/1 2V3 #40 aj t 5 MR1 = " TSP - TR 0.9[502,835' (142.7 _ 7 12.1)]100 g (1’res/iterzo) ' MR = 61 1,623.35k - m = ' 15 1 MR3 0'9E0’668' (145 2 )1/‘00 MR2 = 13,1 96.85kg-m(refuerzo) MRmm = 624,820.2kg -m > 714,, FA SA POR FLEX/ON 5» In anippac CONCRETO PRESFORZADO REVISION POR ACERO MIN/MO IPara Secciones Compuestas Mm =M1 +M2 MR > (1.5 - 0.3Ip)Magr MAGR = Momento de Agrietamiento M1 = MP, +MF = 96.768X105kg-cm + 51.84X105 Ml =148.601X105kg-cm I M2= SC yisc [P6 _yi + Z + 2'\,1"/.f'c _ _ (fr =Médu/o de rupture = 2%) 1:1] yZI 22,095,032 313,600 * 70.63 * 77.93 + -313,600 + 21/350 _ 14§.60X10 5 _77 . 9 3 = 2 ] 98.05 [ 14,770,243 5,601.8 14,770,243 M2 =297.14X105kg-cm CONCRETO PRESFORZADO indice de Presfuerzo l8*17,958.4 Asp-fsp _ P _ Asp>€fsp+AsXfi2 = 18*17,958.4+2.54*4,200 ' Factor = (1.5 - 0.3 *0.97)= 1.21 MAGR =148.601X105 +297.14X105 = 445.74X105kg.cm 1.2mm = 539.35X105 kg m < MR = 624.820X105kg. cm 44 CONCRETO PRESFORZADO REVISION POR CORTANTE wv 2454 NW 9 R1cm 30.864kg R1cv 29,4451“; 1353 ' ”w- , U4 L/4 R1 RH ‘ , wx M x = R,x 2 Mx R1x WI X’R CORTANTE (kg) MOMENTO (kg m) C” °" W W 1 35 27,391 a 26.135 39322 37,518 50 11.9598 “411 138,8w 132.516 1 II'EIHI TI “MAX/MU , = 25 . FRbd‘I /; 0-5 FIebd«If}. 5 Va 51 ~3FRbd' If: CM+3CV Vdp <1 V: 1.3 27,392+ 5 (26,135) = 92,235kg II'hRAIJI Vx R1 W100 1 2 5 Vu=l.3 V" V X POSICION (m) UN PERALTE L 24 mm ‘ 600m RESTRICCIOJES Wx 9 RH » ‘ wm wo 1wf~wmad 2572 kg/m M 3 V” I, A = 1.3[1 1,960+ 5(11,411)] V“ l~ ‘ = 40.272kg 3 CONCRETO PRESFORZADO REVISION A UN PERALTE (COMO REFORZADA) Notas: Se rev/3a como reforzada ya que el presfuerzo no se encuentra rota/meme adher/‘do por los enductados 0 Men por la longitud de adherencia dp=1427 RESTRICCIOVES Vmax d= = AS :73 V.(R =0.5'FR 'b'd \/ ff 2‘5 FRd/l z5 7 ,. VCR =0.5-0.8-20-1431280 f p ‘ d M S' f .' dA. ' S [’21 f b+A If} ~ - . + -"2 . 54 - 4 1 200 , 5 82’142‘;‘ d = 2 8-17S; 28-17,958.4+2.54-4,200 dr=145 VCR = 19,142/‘8 < V” 145 d =l43cm . Vmax =2.5-0.8-l8-143J280 =86,142kg Vmax > Vu\:.se—> propane—>b = lOcm/ pared Vmax = 2.5-0.8-20 -143Jfi1 = 95,7l4kg > 1. .'. requiem -> estribos FR A VI". ,d FR A M" , = S 5 35b - V" VCR 0.8(2'1.27X4,200X143)=16.70" 5, = 92,235 - 19,235 s2 = 08 2.127 4,200 P’0P0"g" 3 3.5- 20 Est#4c @ 150m =12192 ' cm 45 a» In I anippac CONCRETO PRESFORZADO REVISION EN L/4 COMO PRESFORZADA Restricciones 0.5-FR -b 41/“f 5 VC 5 1.3 'FR -b djf; 0.5 ~FR -b vhf/(T = 0.5-0.8- 20 -I43\580 = 19,143kg 1.3 "FR 'b'dff? =1.3-o.8-2o-143V/280 =49,771kg VCR'L/4 = FR 'b 'd[0.15\/f: +50 Vfi‘4d'p] VCR.“4 = 0.820 -143[0.15 \/280 + 271 .404X 10 50.23,371-1425.7]=19800kg V0” /4 = 19,800kg < V“ = 40,272kg(requiere -> estribos) Van/4 = 19,143 5 19,800 5 49,771 Revisaremos con estribos #3c Av=0. 71 cm2 0.8(; -0.771X4,200X143) = 33.33cm S= 40,272- 19,800 Proponemos Est. #30 @300m CONCRETO PRESFORZADO Restriccio'n a la separac/én de Estribos ].- S>5cm 2.- SW" > VCRperoV" <1.5FRbd.,/f:"=> SW = 0.75h 3.- SW“ >1.5FRbd\/f: =>Smx =0.37h REVISANDO: /’ 1.5 *0.8 * 20 * 143 280 = 54,428kg <VU1peralre = 92,235/(9 >VU U4 = 40,272kg en L1peralre Smax = 0.37X743 = 53 > Stethrica'; 750m (r/ge) en U4 46 Smax = 0.75h = 107 > Slew/ca: 330m (rige) CONCRETO PRESFORZADO REVISION DE DEFLEXIONES A —-A +A,,,, 1)Etapa de Transferenc/a (Contra Flecha) Contra F/echa deb/do a/ presfuerzo A W" =_1'V§'e-i= _1_(28*14,000)(70.63)(2400)2=_5156m ' 8 8 E” -1_\.,,,,,,,L, 261,916 *14,770,243.3 E” = 14,000 0/350 = 261,916 kg /c'm 3 Flecha debido al peso prop/o AW _ 5 384 .1 .L“ wwr = , 5 _(1344kg/m/100X2400) “156," 384 E I 261,916'14,770,243.3 .'. Contra/[what Ar =-5.15+1.5 = -3.65cm CONCRETO PRESFORZADO 2)Deflexiones Fina/es Ar _ ‘ 'Awmmr' ' A pres] - +A L-umraf* 2 Cr = Coeficiente de Flujo PIéstico= ACM,» =Afirnw +A (‘mm‘rm AW —_ 384 Cf +(A CM,.+A,,,,)(1 5-" 51 = 2_4 + Cf) +ACV ( Valor recomendado en normas) 8’ L4 57 ,, (720kg/m/100)(2400)4 w_, 777: —— _—0.8cm 7 W E I” 384 261,9l6*l4,770,243.3 4 _ 5 1w,"-L _57 . (508kg/m/100)(2400) = 038”" Am,” 384 E ‘xlv =384 26l,916*22,095,032 ACM, =1. 18cm 5 w L4 _57 _ (2,454/100)(2400) 4 = 1.83m _ Au 384 E' 1. =384 261,916*22,095,032 A, = -3.65- 3152—365 '2.4+(l.18+l.5)(1+2.4)+l.83 =-3.37cm-> Conq/Iec/m + A,mm: = L 240 +05 cm = 2400 + O- 5 = IO - 5cm' >Aflna, ‘ 240 47 9 =3"! - anippac BIBLIOGRAFiA NTC, Disefio de Estructuras de Concreto Reforzado. Manual de Disefio de Estructuras Prefabricadas y Presforzadas. Anippac, Instituto de Ingenierfa de la UNAM. Mecénica de Materiales. Ferdinand P. Beer y E. Russell Johnston, Jr. Curso SMIE-ANIPPAC 2008 48 NOTAS 49 A" .u’ - amp,“ NOTAS MANUAL BASICO PARA EL DISENO DE ELEMENTOS PREFABRICADOS Una publicacién editada por la ANIPPAC Insurgentes Sur 1673-602 Col. Guadalupe Inn GP. 01020 Mexico, D.F. Tel.: 5661-5337 50 Mayo de 2009. Tiraje 3,000 ejemplares, impresos sobre papel couché de 135 grs. libre de Cloro Elemental y libre de a’cido. FSC (Forest Stewardsship Council). Disefio e Impresién: Grupo Especializado FMP, SA. de CV. 9:5 I anippac ASOCIACION NACIONAL DE INDUSTRIALES DEL PRESFUERZO Y LA PREFABRICACION, A.C.