Evaluación de la variación en la fuerza de pretensado.

La magnitud de la fuerza aplicada a la armadura de pretensado mediante los equipos de tesado, llamada fuerza de gateo, se modifica a lo largo del elemento durante y después del estiramiento, lo mismo que de una a otra sección. En realidad se trata de una variable cuya magnitud depende del tiempo en que se quiera evaluar.

Se distinguen básicamente dos tipos de variación de la fuerza o tensión de pretensado: 1) Debida a las deformaciones que experimenta el acero bajo la acción de las cargas exteriores, que puede significar un incremento de la tensión o fuerza si se tratase de un alargamiento (caso de la sobretensión que tiene lugar cuando el acero está ubicado en

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la zona traccionada por las cargas exteriores), o de una disminución si en lugar de alongarse, el acero se acorta por estar situado en la zona de compresión.

2) Pérdidas de la fuerza de pretensado, debidas a la disminución de la tensión que sufre el acero pretensado producto del propio proceso de tesado, la fricción entre el acero y el conducto por el que este viaja en el caso del postensado, así como por las deformaciones reológicas que tienen lugar tanto en el acero, como en el hormigón. Estas pérdidas pueden llegar a ser significativas y justifican la necesidad de aceros de mayor límite elástico que los que usualmente se emplean en hormigón armado, de manera que se pueda lograr el pretensado permanente deseado una vez que se desarrollen tales pérdidas de tensión

Las pérdidas de pretensado se pueden clasificar en instantáneas y diferidas. Se deben estudiar con el fin de evaluarlas de modo que para cualquier etapa de la vida del elemento, pueda determinarse la fuerza de pretensado que está actuando sobre la sección de hormigón en ese instante. Se puede entonces evaluar el esquema de tensión a que estará sometido el acero de preesfuerzo y el propio hormigón en ese instante, y compararlo con los valores límites definidos por los reglamentos para cada material y estado de carga que se analice.

1.3.2.3.1. Pérdidas instantáneas.

Ocurren durante el proceso de estiramiento de la armadura activa e inmediatamente después de la transferencia de la fuerza de pretensado a la pieza de hormigón. Son de muy diverso origen y dependen en lo fundamental del tipo de pretensado que se considere: pretensado o postensado.

Para el primero de estos dos casos, las características del proceso tecnológico que se siga en la planta, definen el tipo de pérdida que debe ser cuantificada, mientras que para el postensado las más frecuentes tienen lugar debido a las siguientes razones: a) Pérdidas por rozamiento o fricción a lo largo de los conductos, o de las sillas de apoyo si se tratase de un pretensado no adherente.

b) Pérdidas por asentamiento o penetración de anclajes.

c) Pérdidas por acortamiento elástico instantáneo del hormigón. Estas dos últimas también tienen lugar en el caso de pretensado.

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1.3.2.3.2. Pérdidas diferidas

Las pérdidas diferidas tienen lugar con el tiempo y se evalúan en el espacio de tiempo transcurrido entre los instantes de inicio y fin, respectivamente, del período que se esté considerando. Son más intensa en los primeros momentos transcurridos luego de la transferencia, y van convergiendo a un valor hasta que llegan prácticamente a disiparse. Algunos autores consideran que son más intensa en los 2 ó 3 primeros meses que transcurren a partir de la transferencia de la fuerza de pretensado a la pieza. Las pérdidas diferidas que tienen lugar son, en esencia, las siguientes:

d) Pérdida por fluencia del hormigón.

e) Pérdida por retracción del hormigón luego del anclaje. f) Pérdida por relajación del acero luego de su anclaje. 1.3.2.4. Hipótesis de carga

El cálculo estructural exige identificar las diferentes etapas de carga a las que somete la estructura que se proyecta, debido a la intensidad variable de la carga exterior y a la variabilidad que experimenta la fuerza de pretensado. En el caso del pretensado es necesario definir las etapas o hipótesis de cargas que resultan de mayor interés, de manera que dentro de cada una puedan efectuarse las comprobaciones que aseguren que el elemento tendrá un comportamiento adecuado y seguro desde la propia etapa de ejecución, la puesta en servicio y durante toda su vida útil.

Bajo cargas de servicio, como regla se busca el diseño de una sección no fisurada, pueden establecerse dos etapas o hipótesis bien diferenciadas en su análisis:

Etapa 1: Transferencia, donde se combinan la máxima fuerza de pretensado (Po) que se identifica como la fuerza de pretensado actuante cuando solo han ocurrido las pérdidas instantáneas, y la mínima carga externa , que actúa simultáneamente con el pretensado en esa etapa, en la mayoría de los casos el peso propio de la viga y puede considerarse actuando en el centro de la luz o en los extremos.

Etapa 2: Servicio o carga, es la combinación de la mínima fuerza de pretensado , la cual es la fuerza del pretensado al ocurrir todas las pérdidas de presfuerzo y la máxima carga externa , que soportaría la viga en su estado definitivo de funcionamiento,

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pudiendo ser lo más desfavorable, la actuación solo de las cargas de larga duración o sostenidas.

1.3.2.4.1. Etapa de transferencia de la fuerza de pretensado

Esta etapa se relaciona con el instante en el que la fuerza de pretensado se transfiere al hormigón, llamada también etapa de gateo, y en ella las tensiones en el hormigón suelen ser elevadas en comparación con la resistencia de este material a la edad en que se transfiere la carga, como regla inferior a su valor de diseño. Es prácticamente una prueba de carga para este material pues se trata de la mayor fuerza de pretensado y la menor carga exterior, sólo aquella que es concomitante con el pretensado transferido, generalmente el peso propio.

En el elemento pretensado, es muy frecuente que el perfil de los tendones sea lineal con una excentricidad constante. Cuando esto sucede, la sección crítica se desplaza hacia los apoyos al resultar constante el pretensado a lo largo del elemento, mientras hacia esas secciones las flexiones originadas por la carga exterior son mínimas, o nulas en el propio apoyo.

Siendo así, al transferirse el pretensado las tracciones que tienen lugar en las fibras superiores son realmente elevadas y pueden llegar a convertirse en la situación más restrictiva durante el diseño. Afortunadamente en esas secciones los reglamentos definen una tensión admisible que duplica los valores límites que se aceptan para el resto de la pieza.

1.3.2.4.2 Etapa de servicio de la estructura.

En esta etapa se considera que han ocurrido todas las pérdidas y que sobre el elemento está actuando parte de la carga de servicio, o todo ella. El hormigón ha alcanzado su máxima resistencia característica. Se trata ahora del menor pretensado, el efectivo , y la mayor carga exterior.

1.3.2.4.3. Hipótesis de carga en la etapa de agotamiento.

El estado límite último de secciones pretensadas se puede alcanzar tanto por la acción de la menor carga exterior, como de la totalidad de ella. Imagínese lo que acontece en el instante de la transferencia del pretensado. En este instante lo frecuente es que concomite con la mayor fuerza de pretensado, la menor carga exterior, pudiéndose alcanzar el agotamiento de la sección por aplastamiento del hormigón hacia la zona de

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transferencia. Aun cuando este fallo sea poco habitual, en secciones relativamente débiles hacia la zona de transferencia, debe ser comprobado.

Una situación diferente se da cuando se han originado todas las pérdidas y la fuerza de pretensado es la mínima. Para ese entonces el elemento puede estar sometido a la mayor carga exterior y la sección pudiera agotarse si las compresiones del pretensado son insuficientes frente a la tracción que genera la carga exterior. Es en realidad el tipo de fallo que más se comprueba en las secciones pretensadas.

Para verificar uno cualquiera de estos dos estados límites últimos, se consideran las cargas con sus valores mayorados, conforme a las bases de cálculo del Método de Estados Límite.

Pueden existir otras etapas críticas que requieran comprobación, tales como: etapa de traslado e izaje del elemento si es prefabricado, ejecución de secciones compuestas (muy importante en el caso de la construcción evolutiva o por etapa), etc. Cualquiera de ellas puede volverse crítica y dominar el diseño, lo que no resultaría razonable si su duración es fugaz.

A diferencia del hormigón armado, la práctica ha confirmado que en el caso del pretensado la etapa de servicio es la que resulta generalmente crítica y supedita el diseño, revisándose posteriormente el estado límite de resistencia de la sección ya diseñada. Frente a esta evidencia, los procedimientos de diseño se formularán para la etapa de servicio dentro de la cual pueden aplicarse las leyes de la mecánica clásica y muy especialmente de la resistencia de materiales.